Vật Liệu gốm truyền thống

VẬT LIỆU GỐM.
Thành viên nhóm
1. Nguyễn Minh Hân
2. Nguyễn Hải Thanh
3. Trần Duy Tân
4. Hà Nhân Triều
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA KHOA HỌC – TỰ NHIÊN
PHẦN I: TỔNG QUAN
1. Khái niệm về vật liệu gốm
2. Sơ lược về gốm qua các thời kỳ
3. Tầm quan trọng của vật liệu gốm
PHẦN II: NỘI DUNG
Cấu trúc của vật liệu gốm
Phân loại vật liệu gốm
Các tính chất cơ bản của vật liệu gốm
Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm
Ưu nhược điểm của vật liệu gốm
Ứng dụng của vật liệu gốm
PHÂN III: KẾT LUẬN
MỤC LỤC
TỔNG QUAN

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, vật liệu gốm càng ngày càng được sử dụng rộng rãi, đặc biệt sự ra đời của nhiều loại gốm mới với nhiều đặc tính ưu việt đang trở thành đề tài được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm nghiên cứu.
Xâu chuỗi các hoạt động nghiên cứu sẽ giúp chúng ta đánh giá được ưu, nhược điểm của gốm sứ Việt Nam, đề từ đó, thúc đẩy các hoạt động nghiên cứu, góp sức cho sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất gốm sứ trong nước.
1. Khái niệm về vật liệu gốm

Gốm là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể bao gồm các hợp chất giữa kim loại và á kim như: kim loại với oxi (các oxit), kim loại với nitơ (các nitrua), kim loại với cacbon (các cacbua), kim loại với silic (các silixua), kim loại với lưu huỳnh (các sunfua)… Liên kết chủ yếu trong vật liệu gốm là liên kết ion, tuy nhiên cũng có trường hợp liên kết cộng hóa trị đóng vai trò chính.
2. Sơ lược về gốm qua các thời kỳ

Gốm thời Lý (1010-1224)
Gốm thời Trần (1225-1339)
Gốm thời Lê sơ (1428-1526)
Gốm thời Hậu Lê (1593-1789)
Gốm thời nhà Mạc
3. Tầm quan trọng của vật liệu gốm

Về mặt kỹ thuật: Đên nay, cả nước có khoảng 500 dây chuyền sản xuất gạch, ngói bằng công nghệ Tuynel, đây là công nghệ được xem là tiên tiến nhất. Trong ngành sản xuất gốm sứ hiện nay của Việt Nam, giúp doanh nghiệp tiết kiệm được nguyên liệu sản xuất, giảm thiêu ô nhiễm môi trường.
Về nguyên liệu: Lợi thê lớn nhất của các ngành sản xuất gồm sứ Việt Nam là chủ động được nguồn nguyên liệu, nguồn nhân lực đồi dào và Việt Nam nay đã là thành viên của WTO nên thị trường giao thương đã được mở rộng.
3. Tầm quan trọng của vật liệu gốm

NỘI DUNG
Cấu trúc của vật liệu gốm
1.1. Số phối trí và tỷ số bán kính ion Số phối trí và tỷ số bán kính ion
Do gốm chứa ít nhất hai nguyên tố hóa học, cấu trúc tinh thể của chúng, nói chung phức tạp hơn nhiều so với kim loại. Liên kết nguyên tử trong loại vật liệu này là từ liên kết ion thuần cho đến hoàn toàn là đồng hóa trị; nhiều vật liệu gốm có cả hai kiểu liên kết này, mức độ liên kết ion phụ thuộc vào tính âm điện của các nguyên tử.

Bảng 2: Bán kính ion của một số cation và anion.

1.2.Cấu trúc tinh thể kiểu AX
* Cấu trúc tinh thể kiểu NaCl
Có lẽ cấu trúc tinh thể AX phổ biến nhất là kiểu của chloride natri NaCl. Số phối trí cho cả cation và anion là 6 tỷ số bán kính cation-anion trong khoảng 0.414-0.732. Khối cơ bản của kiểu cấu trúc tinh thể này.
* Cấu trúc tinh thể kiểu CsF

Số phối trí bằng 8 cho cả hai kiểu ion. Các anion ở (góc) đỉnh khối lập phương. Còn Cation ở tâm khối. Sự trao đổi anion với cation và ngược lại, sẽ tạo ra cấu trúc tinh thể hoàn toàn tương đương.
Cấu trúc tinh thể kiểu ZnS

Kiểu mạng này có số phối trí bằng 4, nghĩa là xung quanh từng ion đều có 4 ion gần nhất, được gọi là cấu trúc tinh thể sphalerite, theo tên khoáng vật của ZnS. Tất cả các vị trí góc (đỉnh) và mặt của khối lập phương đều chứa nguyên tử S, còn các nguyên tử Zn điền vào các vị trí tứ diện bên trong. Nếu đổi chỗ các nguyên tử Zn cho các nguyên tử S sẽ tạo ra cấu trúc tinh thể hoàn toàn tương đương
1.3. Cấu trúc tinh thể kiểu AmXp

Nếu điện tích trên cation và anion không như nhau, có thể viết công thức hợp chất dưới dạng AmXp, trong đó m hoặc p ≠ 1; chẳng hạn AX2 với cấu trúc tinh thể kiểu CaF2. Tỷ số bán kính ion rC/rA của CaF2 khoảng 0,8, do đó có số phối trí bằng 8. Các ion Ca2+ chiếm vị trí tâm khối lập phương và các ion F- ở đỉnh khối lập phương. Công thức hóa học cho biết, số ion fluor gấp đôi calci, do đó cấu trúc tinh thể sẽ tương tự kiểu CsCl. Một số hợp chất có kiểu mạng này là UO2, PuO2, ThO2
1.4. Cấu trúc tinh thể kiểu AmBnXp

Hợp chất gốm có thể có nhiều cation, với hai kiểu cation, ký hiệu là A và B, có thể viết công thức hóa học dưới dạng AmBnXp, chẳng hạn như titanate bari (BaTiO3), có cả Ba2+ và Ti4+. Hợp chất này có cấu trúc tinh thể kiểu perovskite. Tại khoảng nhiệt độ trên 1200C, cấu trúc tinh thể lập phương, các ion Ba2+ chiếm 8 đỉnh khối lập phương, một ion Ti4+ ở tâm khối lập phương, sáu ion O2- chiếm tâm 6 mặt xung quanh.
Bài tập ví dụ: Trên cơ sở tỷ số bán kính ion, hãy xác định kiểu cấu trúc tinh thể của FeO.
Giải:
FeO là hợp chất kiểu AX, từ bảng 2 có thể xác định tỷ số bán kính cation – anion:
rFe2+/rO2- = 0,077 nm / 0,140 nm = 0,550
Giá trị này trong khoảng 0,414 – 0, 732, số phối trí của Fe2+ là 6, do trong công thức có số cation và anion bằng nhau. Từ bảng 3 có thể thấy cấu trúc tinh thể của FeO sẽ là kiểu NaCl.
2. Phân loại các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm:
- Dựa vào sản phẩm:
- Dựa vào điều kiện kỹ thuật:
TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU GỐM
Các tính chất cơ bản của vật liệu gốm
Vật liệu gốm có nhiều tính chất quý giá về cơ, nhiệt, điện, từ quang,...các tính chất này đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp.
Tùy vào cấu trúc tinh thểcủa khối vật liệu và thành phần cấu tạo hóa học như độ nguyên chất, lượng hay các loại tạp chất chứa trong khối vật liệu đó mà nó sẽ biểu thị các đặc tính khác nhau.
Đặc tính cơ
Vật liệu gốm có độ rắn cao nên thường được dùng làm vật liệu mài, vật liệu giá đỡ,...
Đặc tính nhiệt
Vật liệu gốm có độ nóng chảy cao, đặc biệt là hệ số giãn nở nhiệt thấp nên được dùng làm các thiệt bị đòi hỏi có độ bền, chịu được các xung nhiệt lớn như lót lò, bọc tàu vũ trụ,...
Đặc tính điện
Độ dẫn điện của vật liệu gốm thay đổi trong một phạm vi khá rộng từ 10 ôm-1cm-1 đến 10-12ôm-1cm-1 . Có loại vật liệu gốm có phần tử dẫn điện là elactron như trong kim loại hoặc chứa ion đóng vai trò dẫn điện, do đó các loại gốm này thường được sử dụng trong công nghiệp điện, điện điện tử,....
Đặc tính từ
Đặc tính từ của gốm rất đa dạng tùy theo thành phần cấu tạo, cấu trúc vật liệu gốm mà ta tổng hợp được các loại gốm như gốm nghịch từ, gốm thuận từ, gốm sắt từ, gốm phản sắt từ với độ từ cảm thay đổi từ 0 đến 10 tùy theo điều kiện nhiệt độ và từ trường ngoài.
Đặc tính quang
Ta có thể tổng hợp được vật liệu có tính chất quang học khác nhau như phát quang dưới tác dụng của dòng điện(chất điện quang), vật liệu phát quang dưới tác dụng của ánh sáng(chất lân quang) hoặc gốm sứ được sử dụng trong thiết bị phát tia laze.
Khái quát:
Phướng pháp gốm truyền thống là phương pháp được kết tinh từ tất cả các kinh nghiệm trong mấy trăm năm phát triển của nghề gốm trên thế giới. Mỗi quốc gia, châu lục đều có phương pháp làm nghề gốm riêng biệt cho riêng mình, và chúng được nhân loại tổng kết lại và cho ra một phương pháp riêng mà đến tận ngày nay loài người vẫn đã và đang sử dụng để làm gốm.
Trong phương pháp truyền thống, mức độ khuếch tán chất tham gia phản ứng dưới dạng các hạt. Mặc dù với thiết bị hiện đại ngày nay thì việc nghiền nguyên liêu tạo thành các hạt vẫn có kích thước khoảng 1 micromet, nghĩa là trong hạt đó vẫn còn chứa một số rất nhiều các phân tử vẫn còn chưa phản ứng trong bước thứ tư là nung liên kết. Ở phương pháp Precursor, người ta thực hiện khuếch tán các chất tham gia phản ứng ở mức độ phân tử hoặc mức độ nguyên tử. Hỗn hợp được tạo bởi phương pháp precursor có tỉ lệ các ion kim loại đúng theo hợp thức của hợp chất ta cần tổng hợp.
Phương pháp này ra đời vào khoảng những năm 50-60 ở thế kỷ trước và được phát triển nhanh chóng do có nhiều ưu điểm sau:
- Có thể tổng hợp được vật liệu dưới dạng bột với cấp hạt cỡ micromet, nanomet.
- Có thể tổng hợp dưới dạng màng mỏng, dưới dạng sợi có đường kính nhỏ hơn 1 mm.
- Nhiệt độ tổng hợp không cần cao.
Như chúng ta đã biết, sol là một dạng huyền phù chứa các tiểu phân tử có đường kính khoảng 0,01 nm phân tán trong chất lỏng, còn gel là một dạng nửa rắn trong đó có một ít dung môi tồn tại dưới dạng keo hoặc polyme.
Để tổng hợp gốm theo phương pháp này cần:
- Việc đầu tiên cần phải chế tạo sol trong một chất lỏng thích hợp bằng cách:
+ Phân tán chất rắn không tan trong dung môi từ cấp hạt lớn sang cấp hạt nhỏ trong máy xay keo.
+ Dùng dung môi để thủy phân một precusor tạo thành dung dịch keo
- Từ sol được xử lý hay để lâu dần cho già hóa trở thành gel
- Đun nóng gel tạo thành sản phẩm.
ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU GỐM
ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU GỐM
C) Ứng dụng
KẾT LUẬN
Gốm là một vật liệu được tìm ra và được con người sử dụng từ xưa với nhiều công dụng từ những vật gia dụng đến những chi tiết kỹ thuật phức tạp. Gốm là một vật liệu có nhiều ưu điểm mà các vật liệu khác không có được nhưng nó vẫn không tránh khỏi một số nhược điểm mà yêu cầu một vật liệu tối ưu có được. Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu sản xuất gốm rất phông phú và đa dạng cùng với nhu cầu rất lớn nên việc nghiên cứu và phát triển vật liệu gốm sẽ là một đi tốt và cần thiết trong việc phát triển nghành vật liệu hiện nay.
58
THE END
!!!