Thủy tinh là gì?
Thủy tinh còn được gọi là kính là một chất rắn vô định hình đồng nhất có công thức hóa học là SiO2. Thủy tinh có nguồn gốc từ silicat có độ trong suốt và được pha trộn thêm nhiều tạp chất khác nhau để có tính chất như ý muốn.
Nguồn gốc
Mặc dù thủy tinh quá quen thuộc với cuộc sống của chúng ta hàng ngày nhưng mọi người sẽ bất ngờ vì thủy tinh đã xuất hiện từ rất lâu đời kể từ thời kỳ đồ đá với các tên gọi như vỏ chai. Con người nguyên thủy sử dụng thủy tinh làm dao chế biến đồ ăn.
Việc sản xuất thủy tinh lần đầu tiên vào những năm 2000 TCN ở Ai Cập. Giai đoạn này thủy tinh mới được sử dụng làm men màu và đồ gốm cho các mặt hàng khác.
Tới thế kỉ I, TCN, kỹ thuật chế tạo thổi thủy tinh bắt đầu hình thành và phát triển. Cho đến thời kỳ đế chế La Mã thủy tinh đã được tạo ra nhiều với chủ yếu các mẫu mã chai lọ, bình. Trong thiên niên kỷ tiếp theo thủy tinh được phát triển phổ biến với phương pháp cải tiến mạnh mẽ hơn.
Vào giữa các năm 30 TCN và năm 395 SCN, những người thợ thủy tinh của Siri đã phát minh ra chiếc ống thổi có thể tạo ra các sản phẩm thủy tinh có hình dáng, độ dày khác nhau.
Đến năm 1670, ngành nghề sản xuất thủy tinh mới được biết đến nhiều hơn ở Đức và phía bắc Bôhêmia và Anh – nơi George Ravenscoft. Cũng vào khoảng giai đoạn này những người thợ Pháp đã sản xuất kính tấm bằng các phương pháp mặt trụ.
Năm 1773, Công ty sản xuất tấm kính đầu tiên ra đời ở Anh và trở thành trung tâm kính cửa sổ chất lượng cao ở thời điểm bấy giờ. Ngày nay ngành chế tạo thủy tinh cũng dần phát triển mạnh mẽ với công nghệ sản xuất hiện đại và tiên tiến nhất. Các sản phẩm thủy tinh có sự đa dạng mẫu mã, hình thức và được nhiều người dùng đón nhận.
Tính chất đặc trưng
Thủy tinh là chất rắn trong suốt không màu, không gỉ sét, có độ cứng tương đối và dễ bị đổ vỡ trong quá trình vận chuyển hoặc bị rơi từ độ cao.
Thủy tinh không cháy, không hút ẩm và không bị axit ăn mòn, kể cả với các loại axit mạnh.
Thủy tinh có khả năng truyền ánh sáng và tạo ra hiệu ứng quang học. Do đó người ta thường sử dụng thủy tinh trong các đồ trang trí như đèn trang trí, đèn soi…
Thủy tinh không có nhiệt độ nóng chảy nhất định, vì thế bạn không thể xác định được nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh với các sản phẩm khác. Theo đó silicat là nguyên liệu chính được sử dụng sản xuất thủy tinh với độ nóng chảy cao từ 2000 độ C. Mọi người có thể bổ sung thêm các chất khác nhằm giảm nhiệt độ nóng chảy xuống còn khoảng 1000 độ C.
Thủy tinh được sản xuất như thế nào?
Thực tế quy trình sản xuất thủy tinh không hề đơn giản, bởi quy trình được thực hiện bởi những người thợ có tay nghề giỏi, chuyên môn cao gồm 7 bước như sau:
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu: Silicat (hoặc thạch anh) là nguyên liệu chính được sử dụng để sản xuất thủy tinh. Các oxit như CaO, Na2O, K2O và Al2O3 cũng được thêm vào để cải thiện tính chất của thủy tinh. Các nguyên liệu này phải đảm bảo được các tiêu chí sạch, không có tạp chất sắt, kim loại hay chì…
Bước 2: Thêm các phụ gia cần thiết: Các chất phụ gia được đưa vào lò và được pha trộn với nhau theo tỉ lệ chính xác. Bao gồm Natri Cacbonat (NANCO3) và Canxi Oxit (CaO) hoặc vôi sống. Mỗi hợp chất sẽ có những công dụng riêng như: Natri cacbonat (NANCO3) sử dụng để hạ thấp nhiệt độ nóng chảy xuống mức cần thiết. Còn Canxi Oxit (CaO) hoặc vôi sống có hiệu quả giúp nung thủy tinh không bị thấm nước.
Bước 3: Nung chảy: Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào lò và nung ở nhiệt độ cao trong khoảng 1500-1700 độ C. Quá trình này tạo ra một dòng chảy dung dịch thủy tinh. Ngoài ra trong công đoạn này cần loại bỏ bọt tăm và làm đồng nhất hỗn hợp.
Bước 4: Tạo độ đặc cho thủy tinh. Thủy tinh sẽ được loại bỏ bọt trong hỗn hợp, khuấy đều đồng nhất và bổ sung thêm nhiều các chất phụ gia Natri Sunfat, Antimon oxit… Nhiệm vụ chính của giai đoạn này là làm đặc quánh dung dịch thủy tinh lên.
Bước 5: Đúc tạo hình cho thủy tinh: Dòng chảy dung dịch thủy tinh được đúc thành các khuôn dạng tấm hoặc hình dạng khác nhau. Các khuôn được làm bằng kim loại hoặc bằng các vật liệu khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cuối cùng.
Bước 6: Làm nguội thủy tinh: Sau khi đúc tạo hình cho thủy tinh sẽ được làm nguội nhiệt trước khi đưa ra thành phẩm cuối cùng.
Bước 7: Hoàn thiện, đóng gói sản phẩm. Thủy tinh sau khi nguội sẽ được đưa đi đun nóng nhằm loại bỏ các điểm tụ có thể phát sinh trong khâu làm nguội. Cuối cùng sau khi hoàn thiện sản phẩm sẽ được đưa đi kiểm tra kỹ về kích thước, độ bền, độ trong suốt đảm bảo đúng yêu cầu trước khi tiến hành đóng gói, xuất xưởng.
Thủy tinh có những loại cơ bản nào?
Ở thời điểm hiện tại thủy tinh có nhiều loại khác nhau với từng đặc điểm, tính chất phù hợp với từng mục đích sử dụng khác nhau. Cụ thể
- Thủy tinh vô cơ: Được tạo thành bởi các hợp chất vô cơ như silic, boron, sodium, calcium, aluminum, potassium, magnesium và đồng. Thủy tinh vô cơ có tính chất không dẫn điện và không dẫn nhiệt, chịu được nhiệt độ cao, chịu được hóa chất, kháng ăn mòn và độ bền cao.
- Thủy tinh hữu cơ: Thường được tạo thành từ các polyme hữu cơ như polycarbonate, acrylic, styrene và polyester. Thủy tinh hữu cơ có tính chất dẫn điện và dẫn nhiệt, có độ dẻo cao, có khả năng chịu va đập tốt, nhưng không chịu được nhiệt độ cao.
- Thủy tinh oxit: Được tạo thành từ hợp chất oxit như SiO2 (silica), B2O3 (boron oxide), P2O5 (phosphorus oxide), Al2O3 (aluminum oxide) và MgO (magnesium oxide). Thủy tinh oxit có tính chất chịu nhiệt tốt, kháng ăn mòn, chịu được ánh sáng mặt trời và độ bền cao.
- Thủy tinh đơn nguyên tử: Là thủy tinh được tạo thành bởi một nguyên tố duy nhất, ví dụ như thủy tinh silic (SiO2) và thủy tinh germani (GeO2). Thủy tinh đơn nguyên tử có tính chất chịu nhiệt tốt, khả năng chịu va đập kém và không dẫn điện.
- Thủy tinh halogen: Là thủy tinh được tạo thành từ các halogen như fluor, clor, brom và iod. Thủy tinh halogen có tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt và khả năng chịu ánh sáng tốt.
- Thủy tinh hỗn hợp: Là thủy tinh được tạo thành từ hai hoặc nhiều loại hợp chất khác nhau. Ví dụ như thủy tinh borosilicat (B2O3-SiO2) hay thủy tinh kim loại (FeO-Fe2O3-SiO2-Al2O3). Thủy tinh hỗn hợp có tính chất đa dạng, phụ thuộc vào thành phần và tỷ lệ của các chất trong hỗn hợp.
- Gốm thủy tinh: Là sản phẩm của quá trình nung chảy và làm nguội chậm của thủy tinh và khoáng chất. Gốm thủy tinh có tính chất chịu nhiệt, kháng hóa chất và độ bền cao. Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như gốm sứ, gạch và gốm men.
Công dụng của thủy tinh
Thủy tinh có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và các ngành công nghiệp khác nhau, ví dụ như:
- Chế tạo sản phẩm và đồ trang trí: Thủy tinh được sử dụng để sản xuất đồ trang trí như đồ thủ công mỹ nghệ, đồ trang trí trong nội thất, chậu cây cảnh, và cả các sản phẩm gia dụng như ly, chén, bình đựng nước,..
- Chế tạo các thiết bị khoa học và công nghệ: Thủy tinh là vật liệu chịu được nhiệt độ cao và khá bền, được sử dụng để sản xuất bề mặt kính trên các thiết bị như ống kính, lăng kính, máy quang phổ, thiết bị phân tích hóa học,..
- Sản xuất các sản phẩm y tế: Thủy tinh được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm y tế như ống chứa mẫu máu, ống đựng thuốc, vật liệu đóng răng,..
- Chế tạo các sản phẩm điện tử: Thủy tinh được sử dụng để sản xuất bề mặt màn hình tivi, điện thoại, máy tính bảng và các thiết bị điện tử khác.
- Xây dựng và kiến trúc: Thủy tinh được sử dụng để sản xuất các vật liệu xây dựng như kính cường lực, kính chịu lực, kính chống đạn,..
- Trong mỹ phẩm: Thủy tinh được sử dụng chế tạo các lọ đựng mỹ phẩm, nước hoa, kem dưỡng da, toner… Các sản phẩm thủy tinh có khả năng bảo quản mỹ phẩm và đáp ứng tính thẩm mỹ cao trong sản xuất.
Ưu nhược điểm của các sản phẩm từ thủy tinh
Có thể nhận thấy thủy tinh là chất rắn có tính ứng dụng cao trong đời sống và sản xuất. Ngoài ra các sản phẩm bằng thủy tinh luôn được người dùng ưu ái lựa chọn nhiều bởi những ưu nhược điểm sau:
Ưu điểm
Thủy tinh có khả năng chịu nhiệt tốt, chịu được nhiệt độ cao hơn so với nhiều vật liệu khác như nhựa.
Thủy tinh có độ cứng và bền tốt, khó bị biến dạng hoặc bị vỡ khi chịu lực
Sản phẩm từ thủy tinh dễ dàng lau chùi và vệ sinh, không bị thấm nước hoặc bị dính các chất bẩn.
Thủy tinh có tính thẩm mỹ cao, được sử dụng rộng rãi trong trang trí nội thất, trang trí nhà cửa, và sản xuất các sản phẩm quà tặng.
Thủy tinh không có chứa chất gây độc và không phản ứng hóa học với các chất bảo quản bên trong nên hoàn toàn an toàn với người dùng.
Sản phẩm có thể tái chế và sử dụng nhiều lần nên giúp nâng cao tinh thần bảo vệ môi trường.
Nhược điểm
Thủy tinh có tính chất dễ vỡ, chúng ta cần phải cẩn trọng khi sử dụng và lưu trữ để tránh gây ra tai nạn.
Sản phẩm từ thủy tinh có trọng lượng nặng hơn so với nhiều vật liệu khác như nhựa hoặc gỗ.
Sản phẩm từ thủy tinh thường có giá thành cao hơn so với nhiều vật liệu khác, đặc biệt là trong sản xuất lớn.
Lưu ý khi sử dụng đồ thuỷ tinh
Khi sử dụng đồ thuỷ tinh, bạn nên lưu ý những điều sau đây:
- Kiểm tra trước khi sử dụng: Trước khi sử dụng đồ thuỷ tinh, hãy kiểm tra kỹ xem có bị vỡ hoặc trầy xước không. Nếu phát hiện trầy xước hoặc vết nứt, hãy không sử dụng và thay thế bằng sản phẩm mới.
- Tránh va chạm: Đồ thuỷ tinh rất dễ bị vỡ hoặc nứt do va chạm. Vì vậy, hãy đặt chúng ở nơi an toàn, tránh tiếp xúc với vật cứng hoặc đặt trên bề mặt cứng.
- Vệ sinh đúng cách: Khi vệ sinh đồ thuỷ tinh, hãy sử dụng dung dịch vệ sinh đồ dùng để làm sạch và tránh sử dụng nước quá nóng hoặc quá lạnh. Bạn nên dùng khăn mềm hoặc bông tẩy trang để lau chùi.
- Tránh nhiệt độ cực đoan: Đồ thuỷ tinh không chịu được nhiệt độ cực đoan, nên không nên đặt chúng trong lò nướng, máy rửa chén, hay đổ nước lạnh vào khi còn nóng.
- Sử dụng đồ thuỷ tinh phù hợp: Không sử dụng đồ thuỷ tinh để chứa hóa chất độc hại, axit, hoặc chất dễ cháy nổ.
Với những thông tin trên đây về thủy tinh là gì, những ưu nhược điểm của thủy tinh sẽ giúp mọi người hiểu hơn về kim loại này và cách sản xuất chúng thế nào tốt nhất. Nếu bạn đang quan tâm đến thủy tinh hãy theo dõi Tuấn Hưng Phát để cập nhật thêm thông tin nhé.
