nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốm thủy tinh hệ cao-mgo-sio2 từ talc phú thọ và ảnh hưởng của b2o3, al2o3 kích thước nano đến cấu trúc và tính chất của vật liệu

Gốm thuỷ tinh là những vật liệu đa tinh thể có cấu trúc vi mô được tạo thành bởi sự kết tinh kiểm soát của thuỷ tinh.. Với mục đích sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sản sẵn có ở Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

LƯƠNG VIẾT CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐM THỦY TINH

VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

LƯƠNG VIẾT CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐM THỦY TINH

VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU

Chuyên ngành: Hóa vô cơ

Mã số: 60 44 25

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nghiêm Xuân Thung

Hà Nội – Năm 2012

BẢNG CHÚ GIẢI CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU, ĐƠN VỊ ĐO

DTA : Phân tích nhiệt vi sai

TG : Đường nhiệt khối lượng

SEM : Kính hiển vi điện từ quét

(Scanning Electron Microscope) XRD : Nhiễu xạ tia X

TOT : Tệp ba lớp silicat

Ng-Np : Lưỡng chiết suất

a : Thông số ô mạng theo phương OX

b : Thông số ô mạng theo OY

c : Thông số ô mạng theo OZ

dhkl : Khoảng cách giữa các mặt thuộc họ (hkl)

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu chung về gốm thuỷ tinh 2

1.1.1 Gốm thuỷ tinh 2

1.1.2 Quá trình kết tinh của thuỷ tinh 3

1.1.3 Các phương pháp điều chế gốm thuỷ tinh 7

1.2 Giới thiệu chung về hệ bậc ba: CaO - MgO - SiO 2 9

1.2.1 Khái quát các oxit trong hệ: 9

1.2.2 Khái quát các oxit: Al 2 O 3 , B 2 O 3 , Na 2 O 11

1.2.3 Giới thiệu talc 12

1.2.4 Giới thiệu đolomit 16

1.2.5 Khái quát hệ gốm thuỷ tinh CaO - MgO - SiO 2 17

1.3 Giới thiệu phản ứng giữa các pha rắn 20

1.3.1 Phản ứng giữa các pha rắn 20

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn 23

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X ( XRD) 26

2.2 Phương pháp phân tích nhiệt ( DTA-TG) 27

2.3 Phương pháp quan sát vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 28 2.4 Phương pháp xác định các tính chất cơ lý 29

2.4.1 Hệ số giãn nở nhiệt 29

2.4.2 Cường độ 30

2.4.3 Độ rỗng 31

2.4.4 Xác định khối lượng riêng bằng phương pháp Acsimet 31

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 33

3.1 Mục tiêu và nội dung của luận văn 33

3.1.1 Mục tiêu của luận văn 33

3.1.2 Các nội dung nghiên cứu của luận văn 33

3.2 Dụng cụ, thiết bị và hoá chất 33

3.2.1 Hoá chất 33

3.2.2 Các dụng cụ 34

3.3 Thực nghiệm 34

3.3.1 Nghiên cứu thành phần hóa học của nguyên liệu đầu 34

3.3.2 Chuẩn bị hỗn hợp mẫu từ nguyên liệu đầu talc và đolomit 35

3.3.3 Cách làm 36

3.3.4 Phân tích nhiệt mẫu nghiên cứu 36

3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành gốm thuỷ tinh 36

3.3.6 Nghiên cứu mẫu gốm thủy tinh trên cơ sở nguyên liệu đầu là talc và đolomit 37

3.3.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của Al 2 O 3 , B 2 O 3 đến sự hình thành tinh thể diopsit trong gốm thuỷ tinh hệ bậc 3: CaO - MgO - SiO 2 37

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

4.1 Kết quả nghiên cứu nguyên liệu 39

4.1.1 Kết quả phân tích nguyên liệu talc và đolomit 39

4.1.2 Kết quả phân tích nhiệt của mẫu Mo 42

4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên liệu đầu: talc và đolomit đến sự hình thành tinh thể diopsit của gốm thủy tinh……… 44

4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành gốm thuỷ tinh hệ CaO - MgO - SiO 2 45

4.2.1 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X 45

4.2.2 Kết quả ảnh SEM 46

4.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến tính nhất của vật liệu 47

4.3 Ảnh hưởng của hàm lượng Al 2 O 3 và B 2 O 3 đến sự hình thành cấu trúc và tính chất của vật liệu gốm thuỷ tinh 48

4.3.1 Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X 48

4.3.2.Kết quả ảnh SEM 54

4.3.3 Ảnh hưởng của Al 2 O 3 và B 2 O 3 đến tính chất của vật liệu 55

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC HÌNH, BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Hai giai đoạn nhiệt luyện 7

Hình 1.2 Một giai đoạn nhiệt luyện 8

Hình 1.3 Phương pháp bột sản xuất gốm thủy tinh 9

Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể talc 14

Bảng 1.1 Thông số cấu trúc của talc 15

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [20] 16

Hình 1.5 Hệ bậc ba CaO - MgO - SiO 2 19

Bảng 1.3 Giá trị một số hàm nhiệt động 21

Hình 2.1 Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg 26

Hình 2.2 Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt 28

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí kính hiển vi điện tử quét SEM 29

Bảng 3.1 Thành phần khoáng trong các mẫu có sử dụng talc 35

Bảng 3.2 Thành phần khoáng trong mẫu sử dụng đolomit 36

Bảng 4.1 Thành phần hóa học khoáng talc 39

Hình 4.1 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu talc 39

Hình 4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột talc 40

Bảng 4.2 Thành phần hóa học mẫu đolomit 41

Hình 4.3 Giản đồ XRD mẫu đolomit 41

Hình 4.4 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu đolomit 42

Hình 4.5 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu Mo 43

Hình 4.6 Giản đồ XRD của mẫu Ao……… 44

Hình 4.7 Giản đồ XRD của mẫu Mo……… ……… 44

Bảng 4.3 Cường độ píc đặc trưng của pha tinh thể diopsit phụ thuộc vào nhiệt độ nung 46

Bảng 4.4 Cường độ pha tinh thể diopsit phụ thuộc vào nguyên liệu đầu… 46

Hình 4.8 Ảnh SEM của mẫu 1350N 47

Bảng 4.5 Tính chất vật lý của các mẫu ở các nhiệt độ nung khác nhau 47

Bảng 4.6 Cường độ píc đặc trưng của pha tinh thể diopsit 48

49

Bảng 4.7 Cường độ píc đặc trưng của diopsit 50

Hình 4.10 Đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc cường độ pha diopsit vào hàm lượng

Hình 4.11 Ảnh SEM của mẫu M3 54

Hình 4.12 Ảnh SEM của mẫu M6 55

Bảng 4.8 Kết quả xác định độ xốp, độ hút nước, khối lượng riêng,cường độ của

Bảng 4.9 Kết quả xác định độ xốp, độ hút nước, khối lượng riêng, cường độ của

MỞ ĐẦU

Gốm sứ và thuỷ tinh là những vật liệu rất gần gũi với cuộc sống của con

người Chúng được con người sử dụng và phát triển rất sớm Ngày nay, cùng với sự

phát triển của khoa học kỹ thuật đã xuất hiện nhiều loại vật liệu mới với nhiều tính

chất ưu việt, ngày càng được phát triển và ứng dụng rộng rãi Trong vài thập niên

trở lại đây, người ta bắt đầu nghiên cứu một loại vật liệu mới bắt nguồn từ thuỷ tinh

nhưng có cấu trúc tinh thể Vật liệu này có những tính chất của thuỷ tinh và gốm

gọi là gốm thuỷ tinh Đây là một vật liệu khá mới và đang trở thành đề tài được rất

nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm

Gốm thuỷ tinh là những vật liệu đa tinh thể có cấu trúc vi mô được tạo thành

bởi sự kết tinh kiểm soát của thuỷ tinh Nó là những vật liệu đa tinh thể có hạt nhỏ

được tạo thành khi thuỷ tinh với thành phần thích hợp được xử lý nhiệt và trải qua

sự kết tinh kiểm soát để có năng lượng thấp hơn

Gốm thủy tinh hệ CaO - MgO - SiO2 có những tính chất cơ học, hoá học nỗi

trội như sức bền, chịu mài mòn, hệ số giản nở nhiệt thấp, có những đặc điểm về

mặt thẩm mĩ vì thế có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Hiện nay, có rất

nhiều phương pháp tổng hợp hệ gốm thuỷ tinh bậc 3 CaO-MgO-SiO2 như là:

phương pháp truyền thống, phương pháp Sol-gel, phương pháp đồng kết tủa,

phương pháp khuếch tán pha rắn vào pha lỏng Trong đó, phương pháp gốm

truyền thống có nhiều ưu điểm về cách trộn phối liệu ban đầu dẫn đến sự đồng nhất

cao về sản phẩm Không những thế xu thế hiện nay người ta đi tổng hợp gốm thuỷ

tinh từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên: talc, đá vôi, quartz, … để thu được

gốm thuỷ tinh giá rẻ mà vẫn giữ được những tính chất quan trọng

Với mục đích sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sản sẵn có ở Việt Nam để

sản xuất, các vật liệu gốm phục vụ cho sự phát triển kinh tế đất nước, tôi chọn đề

tài cho luận văn: "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốm thuỷ tinh hệ CaO-MgO-

trúc và tính chất của vật liệu"

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về gốm thuỷ tinh

1.1.1 Gốm thuỷ tinh

Thuỷ tinh có xu hướng đạt đến trạng thái thấp hơn về mặt năng lượng khi

phải chịu một quá trình nhiệt luyện nào đó Sự kết tinh trong quá trình sản xuất

thuỷ tinh là một khuyết điểm Tuy nhiên tính chất này có thể được sử dụng để sản

xuất một loại vật liệu mới là gốm thuỷ tinh

Gốm thuỷ tinh là những vật liệu đa tinh thể được tạo thành khi những thành

phần thuỷ tinh thích hợp được nhiệt luyện và điều chỉnh quá trình kết tinh Trong

gốm thuỷ tinh thường tồn tại 50% - 95% thể tích là tinh thể còn lại là pha thuỷ tinh

còn dư Một hoặc nhiều hơn những pha tinh thể có thể tạo thành trong quá trình

nhiệt luyện và thành phần của chúng khác với thuỷ tinh cho trước và do đó thành

phần của thuỷ tinh còn dư cũng khác trước

1.1.1.1 Tính chất của gốm thuỷ tinh

Gốm thuỷ tinh có những tính chất quan trọng như:

- Độ bền cao đối với các lực va đập và lực biến dạng, nên ống thuỷ tinh

thường có độ bền gãy là: 210 - 270 kg/cm2 thì vật liệu gốm thuỷ tinh có kích thước

tương đương có độ bền gãy là 2800 - 4200 kg/cm2 Gốm thuỷ tinh cũng có độ chịu

mài mòn cao hơn nhiều so với thuỷ tinh thường

- Có thể điều chỉnh thành phần hoá học của gốm thuỷ tinh một cách dễ dàng

để thay đổi hệ số giãn nở nhiệt theo mong muốn từ giá trị thấp nhất (gần bằng

không) đến cao nhất (2.10-5 K-1) Do đó, có khả năng chọn hệ số giãn nở nhiệt của

vật liệu gốm thuỷ tinh cũng như của vật liệu kim loại Điều này quan trọng khi chế

tạo các khớp nối kín của kim loại với linh kiện bằng gốm thuỷ tinh Các mẫu gốm

thuỷ tinh có hệ số giãn nở nhiệt bé hoặc âm rất bền đối với xung nhiệt

- Vật liệu gốm thuỷ tinh bền nhiệt hơn vật liệu thuỷ tinh có cùng thành phần

- Vật liệu gốm thuỷ tinh có đặc tính cách nhiệt tốt, đặc biệt khi thành phần

không chứa kiềm

- Tính chất quang của vật liệu gốm thuỷ tinh phụ thuộc vào pha tinh thể có

trong đó, nó có thể trong suốt hoặc không trong suốt đối với ánh sáng tuỳ thuộc vào

kích thước tinh thể

- Khác với vật liệu gốm sản xuất theo phương pháp nén ép thông thường,

gốm thuỷ tinh có độ rỗng bằng không

1.1.1.2 Ứng dụng của gốm thuỷ tinh

Gốm thuỷ tinh vẫn bền khi giảm nhiệt độ một cách đột ngột nên được sử

dụng để sản xuất các bộ phận để xử lý nhiệt độ cao của vật liệu, ví dụ như các vỏ lò

có sợi đốt ở bên trong

Độ chống mài mòn của gốm thuỷ tinh cao hơn nhiều lần so với kim loại nên

vật liệu gốm thuỷ tinh được sử dụng để làm các bộ phận chịu lực hoặc để phủ lên

kim loại làm các khớp nối kín của kim loại và gốm

Vật liệu gốm thuỷ tinh có độ bền nhiệt cao, đặc biệt là đối với các xung

nhiệt nên được sử dụng để làm lớp vỏ bảo vệ đầu mũi tên lửa,…

Ngoài ra với chi phí sản xuất thấp và kỹ thuật đơn giản gốm thuỷ tinh cũng

có thể sử dụng để sản xuất các đồ dân dụng chất lượng cao như nồi nấu, mặt bếp từ

1.1.2 Quá trình kết tinh của gốm thuỷ tinh

Sự kết tinh hay hoá mờ của thuỷ tinh để tạo thành gốm thuỷ tinh là một sự

biến đổi hỗn tạp và gồm hai giai đoạn: giai đoạn tạo mầm và giai đoạn mầm phát

triển thành tinh thể Trong giai đoạn tạo mầm nhỏ, thể tích ổn định của pha sản

phẩm (tinh thể) được tạo thành, thường tại các vị trí ưu tiên trong thuỷ tinh ban

đầu Những vị trí được ưu tiên là các mặt tiếp xúc bên trong thuỷ tinh ban đầu hoặc

bề mặt tự do Sau cùng, thường không mong muốn như kết quả vi cấu trúc gốm

thuỷ tinh thường chứa những tinh thể định hướng lớn có hại đến các tính chất cơ

học

Tuy nhiên, trong một ít lĩnh vực một cấu trúc định hướng là có lợi, ví dụ cho

các thiết bị hoả điện và áp điện, và có thể gia công gốm thuỷ tinh trên máy Trong

đa số trường hợp sự tạo mầm bên trong, cũng biết có sự tạo mầm lớn, được yêu cầu

và thành phần thuỷ tinh ban đầu được chọn để chứa dạng tăng cường cho dạng này

của sự tạo mầm Các dạng này có quan hệ với các chất tạo mầm và có thể là kim

loại (vd: Au, Ag, Pt, và Pd) hoặc phi kim loại (Vd: TiO2, P2O5 và những Florua)

Tốc độ của sự tạo mầm phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ Một khi mầm đã được hình

thành ổn định thì sự phát triển tinh thể bắt đầu Sự phát triển kéo theo sự chuyển

động của các nguyên tử các phân tử từ thuỷ tinh, ngang qua bề mặt tinh thể thuỷ

tinh và vào trong tinh thể Việc điều kiển quá trình này là do sự khác nhau trong thể

tích hoặc năng lượng hoá học tự do Gv giữa thuỷ tinh và trạng thái tinh thể

Một quá trình kết tinh thông thường gồm hai giai đoạn:

 Giai đoạn tạo mầm

 Giai đoạn mầm phát triển thành tinh thể

Căn cứ vào cơ chế tạo mầm có thể chia làm hai loại kết tinh:

 Kết tinh tự phát hay tự kết tinh

 Kết tinh cưỡng bức hay kết tinh định hướng

1.1.2.1 Quá trình tự kết tinh [7]

Qúa trình tự kết tinh xảy ra kèm theo hiệu ứng toả nhiệt do đó sau khi kết

tinh hệ trở nên bền vững hơn Trong qúa trình này mầm tinh thể được tạo thành do

bản thân chuyển đổi nội tại của hệ tạo thuỷ tinh từ trạng thái ít ổn định nhiệt động

trạng thái ổn định hơn

Khả năng kết tinh được xác định, đánh giá, và khảo sát thông qua hai dữ liệu

tốc độ tạo mầm (Vtm) và tốc độ phát triển tinh thể (vft) ứng với hai giai đoạn tạo

mầm và phát triển mầm

Với một hệ cho trước, khi làm lạnh nếu ta xét đến khả năng kết tinh nghĩa là

xét đến tốc độ tạo mầm và tốc độ phát triển tinh thể của nó, ta sẽ thấy có 5 trường

hợp có thể xảy ra như:

Trường hợp 1: Cực đại tạo

mầm nằm ở nhiệt độ cao hơn cực đại phát triển tinh thể Khi làm lạnh hệ này sẽ thường bị kết tinh không phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh

Trường hợp 2: Ngược lại,

luôn cho thuỷ tinh vi tinh thể trong vùng nhiệt độ có khả năng tạo mầm thì tốc độ phát triển tinh thể

đã ~ 0 Trong thực tế hay gặp hai vùng nhiệt độ tạo mầm và phát triển mầm tinh thể

Trường hợp 3: Khi làm lạnh chậm sẽ có các tinh thể nhỏ mịn Nếu làm lạnh

nhanh trong vùng nhiệt độ tạo mầm không đủ mầm nên xuất hiện trong thuỷ tinh

một ít tinh thể riêng biệt

Trường hợp 4: Khi làm lạnh nhanh hệ sẽ tạo thuỷ tinh Vì khả năng tạo mầm

xảy ra khi Vft đã quá bé Nếu làm lạnh chậm thì trong thuỷ tinh sẽ có một lượng

nhỏ tinh thể

Trường hợp 5: Khi làm lạnh nhanh sẽ tạo các tinh thể thô Nếu làm lạnh

chậm lượng mầm xuất hiện đáng kể khi đó Vft bé, không đủ thời gian và vật chất để

phát triển nên tạo ra các tinh thể nhỏ mịn

Ngoài ra, quá trình ngược lại - quá trình đốt nóng thuỷ tinh và sự kết tinh

cũng rất quan trọng Khi đốt nóng (chiều ngược lại với làm lạnh) nếu giữ hệ lâu ở

nhiệt độ tạo mầm cực đại sẽ xuất hiện một lượng mầm đáng kể mà khi đốt nóng

tiếp lên nhiệt độ có vận tốc phát triển cực đại sẽ cho nhiều tinh thể nhỏ mịn Ngược

lại nếu đốt nóng qua vùng nhiệt độ tạo mầm nhanh sẽ xuất hiện các tinh thể nhỏ

1.1.2.2 Quá trình kết tinh định hướng

Khi quá trình tự kết tinh xảy ra thường sẽ thu được sản phẩm gốm thuỷ tinh

có những tính chất không mong muốn do các tinh thể hình thành định hướng tự do,

do đó hầu hết các tính chất của thuỷ tinh đều giảm

Để tiến hành làm kết tinh trong điều kiện có kiểm tra cần phải tạo một nồng

độ mầm tinh thể cao (1012 - 1015 mầm/cm3) và phân bố thật đồng đều trong toàn bộ

khối mẫu Điều quan trọng là loại bỏ sự kết tinh của một số mầm trên bề mặt Ta có

thể tạo mầm tinh thể bằng một số phương pháp như sau:

- Chuẩn bị một dung dịch keo của các kim loại như Cu, Ag, Au, Pt đưa vào

khối nóng chảy Các phân tử keo đó không hoà tan hoàn toàn do đó có thể dùng

làm tâm kết tinh khi tôi thuỷ tinh ở nhiệt độ thấp

- Thêm các cấu tử như TiO2, P2O5, ZrO2 vào phối liệu ban đầu để nấu thuỷ

tinh Ở nhiệt độ cao các oxit này hoà tan vào khối chất nóng chảy, nhưng ở nhiệt độ

thấp khi tôi thì lắng kết thành kết tủa biến thành tâm kết tinh

Tạo mầm đồng thể bằng cách tôi ở nhiệt độ gần nhiệt độ hoá thuỷ tinh Lúc

đó, sẽ phát sinh ra mầm tinh thể trong toàn khối thuỷ tinh

Hai phương pháp đầu là sự thực hiện tạo mầm dị thể, chỉ đạt kết quả tốt khi

đảm bảo hai yếu tố:

+ Sức căng giữa pha mầm và pha kết tinh phải rất bé

+ Cấu trúc tinh thể của pha mầm và của pha kết tinh phải tương tự nhau, đặc

biệt là giá trị khoảng cách giữa các mặt d với các chỉ số hkl bé của hai pha đó gần

giống nhau Trong trường hợp này có thể phát triển tinh thể theo kiểu epitaxit nếu

kích thước của các tế bào tinh thể mầm và của tinh thể kết tinh khác nhau dưới

15%

Sau giai đoạn tạo mầm ở nhiệt độ gần nhiệt độ hoá thuỷ tinh khi mà độ nhớt

của hệ khá cao, tốc độ lớn của tinh thể bé thì phải đun nóng thuỷ tinh lên nhiệt độ

cao hơn Lúc này độ lớn của thuỷ tinh tăng lên trên bề mặt của mầm Do nồng độ

của mầm rất cao nên tinh thể được phân bố đồng đều trong toàn bộ khối thuỷ tinh

Mỗi tinh thể lớn lên với tốc độ chậm chạp và va chạm với mầm bên cạnh, làm cho

kích thước của tinh thể trong vật liệu có giá trị rất bé (10-7 - 10-6m) Nhiệt độ phát

triển tinh thể thường cao hơn nhiệt độ tạo mầm

1.1.3 Các phương pháp điều chế gốm thuỷ tinh

1.1.3.1 Phương pháp thông thường

Phương pháp thông thường để điều chế gốm thủy tinh là tiến tới làm kết tinh

bằng hai giai đoạn nhiệt luyện (Hình1.1)

Hình 1.1 Hai giai đoạn nhiệt luyện

+ Giai đoạn đầu tiên được thực hiện tại một nhiệt độ nhiệt luyện thấp mà ở

đó tốc độ tạo mầm cao (xung quanh TN) Ở đây, hình thành một mật độ cao của

mầm ở khắp bên trong thuỷ tinh Mật độ cao của mầm là rất quan trọng để kích

thích hình thành một lượng lớn thuỷ tinh nhỏ trong cấu trúc của gốm thuỷ tinh

+ Giai đoạn thứ hai là giai đoạn nhiệt luyện ở nhiệt độ cao hơn, xung quanh

nhiệt độ Tg để mầm tinh thể lớn lên ở một tốc độ lớp lý

1.1.3.2 Phương pháp cải tiến (một giai đoạn)

Do nhiệt độ tạo mầm và phát triển mầm thường cách xa nhau và do đó

đường cong tốc độ tạo mầm và phát triển mầm cách xa nhau Nếu có một vùng

rộng chồng lên nhau của chúng thì ta có thể thực hiện một giai đoạn nhiệt luyện

nhiệt độ TNG như ở Hình 1.2

Hình 1.2 Một giai đoạn nhiệt luyện

Đường cong tốc độ, đặc biệt là đường cong tạo mầm nhạy cảm với thành

phần và do đó bằng cách tối ưu hoá thành phần trong một vài trường hợp có thể

nhận được sự xen phủ cần thiết

1.1.3.3 Phương pháp petrurgic

Phương pháp này dùng để sản xuất một vài loại gốm thuỷ tinh bằng cách

điều chỉnh (thường rất chậm) quá trình làm lạnh của thuỷ tinh nguyên liệu từ trạng

thái nóng chảy không qua giai đoạn lưu giữ ở nhiệt độ trung gian Với phương

pháp này, cả sự hình thành mầm và phát triển tinh thể đều có thể giữ cùng một vị

trí trong quá trình làm lạnh Phương pháp petrurgic và phương pháp truyền thống

cải tạo (một giai đoạn) đều tiết kiệm hơn phương pháp truyền thống về mặt năng

lượng

1.1.3.4 Phương pháp bột [10]

Việc tạo hình bằng cách ép nguội bột sau đó nhiệt luyện ở nhiệt độ cao thiêu

kết khối chắc đặc là một con đường thông thường để sản xuất gốm sứ và cũng được

sử dụng cho những sản phẩm gốm thuỷ tinh Phương pháp này có những giới hạn

trong kích thước và hình dạng của các chi tiết sản xuất, thêm vào đó là chi phí cho

việc sản xuất Phương pháp này chỉ được sử dụng khi xác định được một lợi ích

chắc chắn Trong đa số trường hợp chỉ có một chút lợi thế trong việc ép khối và

nung kết bột bởi vì sản phẩm gốm thuỷ tinh đòi hỏi một nhiệt độ nung kết cao

nhưng tính chất của thành phẩm cũng không khác đáng kể so với gốm thuỷ tinh

làm từ các con đường khác

Thường người ta sử dụng bột thuỷ tinh nguyên liệu, để kết khối theo cơ chế

dòng nhớt ở một nhiệt độ thấp hơn Quan trọng là phải tính đến tốc độ nung kết

tinh quá nhanh, kết quả là mức độ kết tinh cao sẽ ngăn cản sự nung kết ở nhiệt độ

thấp và do đó dẫn đến một lượng xốp không mong muốn Mặt khác, nếu sự nung

kết xảy ra hoàn toàn trước khi kết tinh thì thành phẩm không hứa hẹn có gì khác

biệt có thể sản xuất được gốm thuỷ tinh chắc đặc bằng một quá trình kết tụ mà

trong đó cả sự kết đặc và kết tinh xảy ra đồng thời ở cùng nhiệt độ Việc tối ưu hoá

thành phần và nhiệt độ nung kết có thể dẫn tới những vi cấu trúc khác và thậm chí

có cả những tính chất khác nhau của sản phẩm Việc sử dụng áp suất hỗ trợ cũng có

tác dụng như của nhiệt độ, phương pháp này cho những sản phẩm có độ chắc đặc

gần như hoàn toàn, tuy nhiên giá thành đắt và kỹ thuật phức tạp

Có thể mô tả phương pháp bột theo dạng sơ đồ sau:

Hình 1.3 Phương pháp bột sản xuất gốm thủy tinh

1.2 Giới thiệu chung về hệ bậc ba: CaO - MgO - SiO 2

1.2.1 Khái quát về các ôxit trong hệ:

Phân tử gam: 60,08 g/mol

Ở điều kiện thường, silic đioxit thường tồn tại ở các dạng thù hình là: thạch

anh, tridimit và cristobatlit Mỗi một dạng thù hình này lại có hai dạng: dạng  bền

ở nhiệt độ thấp và dạng  bền ở nhiệt độ cao

Sơ đồ biến đổi dạng tinh thể của silic đioxit:

Tridimit 

 1170

C thạch anh  tridimit  critobalit 

 5730C  1630C  2530C thạch anh  tridimit  critobalit 

Trong thực tế, nhiệt độ chuyển hoá các dạng thù hình của silic đioxit còn

phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sự có mặt của các chất khoáng hoá, chế độ nâng

nhiệt, áp suất

Tất cả các dạng tinh thể này đều bao gồm các nhóm tứ diện [SiO4]4- nối với

nhau qua nguyên tử oxi chung Trong tứ diện [SiO4]4- nguyên tử Si nằm ở tâm tứ

diện, liên kết cộng hoá trị với bốn nguyên tử oxi nằm ở đỉnh của tứ diện

Về mặt hoá học SiO2 rất trơ, nó không tác dụng với oxi, clo, brom và các

axit kể cả khi đun nóng Nó chỉ tác dụng với flo và HF ở điều kiện thường, SiO2 tan

trong kiềm hay cacbonat kim loại kiềm nóng chảy

SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O

SiO2 + Na2CO3  Na2SiO3 + CO2

1.2.1.2 Canxi oxit (CaO)

Phân tử gam: 56,08 g/mol

Tỷ trọng: 3,35g/cm3

Điểm nóng chảy: 25720

C Điểm sôi: 28500C

Độ tan trong nước: có phản với nước

8700C 14700C

10500C

Canxi ôxit là chất rắn màu trắng, dạng tinh thể lập phương tâm mặt Về mặt

hoá học canxi oxit là một oxit bazơ có thể bị kim loại kiềm, nhôm, silic khử về kim

loại Canxi oxit chủ yếu được điều chế từ canxi cacbonat (CaCO3) bằng cách phân

huỷ nhiệt ở khoảng 9000C

CaCO3  CaO + CO2

1.2.1.3 Magie oxit (MgO)

Phân tử gam: 40,30g/mol

Tỷ trọng: 1,5g/cm3

Điểm nóng chảy: 28520

C Điểm sôi: 36000C

Cũng giống như canxi oxit, magie oxit là chất bột màu trắng, dạng bột tan ít

và tan rất chậm trong nước Magie oxit có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt

được tạo thành khi nung Mg(OH)2 ở 4000C - 5000C, nung MgCO3 ở 600 - 7500C

Mg(OH)2  MgO + H2O

MgCO3  MgO + CO2

Phân tử gam: 101,96g/mol

Tỷ trọng: 3,97g/cm3

Điểm nóng chảy: 20540C (23270K)

Độ tan trong nước: không

Điểm sôi: 30000C (32730K)

Biển hiện: chất rắn, màu trắng

Nhôm oxit là thành phần chính của boxit, loại quặng chủ yếu chứa nhôm

Trong công nghiệp, boxit được tinh luyện thành oxit nhôm sau đó được chuyển

thành nhôm kim loại

Bo oxit hay còn gọi là diboron trioxit

Phân tử gam: 69,64 g/mol

Tỷ trọng: 2,46g/cm3

Điểm nóng chảy: 7230

K Điểm sôi: 21300

K Biển hiện: chất rắn, màu trắng, không màu, không mùi Bo oxit được dùng

nhiều trong vật liệu gốm thuộc nhóm lưỡng tính Nó giúp hình thành lớp đệm

chuyển tiếp đất sét, men để tránh rạn men Bo oxit có thể được xem là 1 chất tạo

thuỷ tinh có tính axit nhưng cũng có thể xem là 1 oxit trợ chảy

Phân tử gam: 61,9789 g/mol

Tỷ trọng: 2,27g/cm3

Điểm nóng chảy: 11320

C Điểm sôi: 19500C

Độ hoà tan trong nước: Phản ứng mãnh liệt với nước

Là chất rắn màu trắng, mềm Sử dụng Na2O để hạ thấp nhiệt độ nóng chảy

nung gốm thuỷ tinh

1.2.3 Giới thiệu về talc [2,14,18]

1.2.3.1 Nguồn gốc hình thành

Talc là một khoáng vật được hình thành từ quá trình biến chất các khoáng

vật magie như pyroxen, amphiboli, olivin có mặt của nước và cacbon đioxit Quá

trình này tạo ra các đá tương ứng gọi là talc cacbonat

Talc ban đầu được hình thành bởi sự hydrat và cacbonat hoá serpentin, theo

chuỗi phản ứng sau:

Serpentin + cacbon đioxit  talc + manhezit + nước

2Mg3Si2O5(OH)4 + CO2  Mg3Si4O10(OH)2 + 3MgCO3 + 3H2O

Talc cũng được tạo thành từ magie chlorit và thạch anh có mặt trong đá

phiến lục và eclogit qua phản ứng biến chất

Chlorit + thạch anh  kyanit + talc + H2O

Trong phản ứng này, tỉ lệ talc và kyanit phụ thuộc vào hàm lượng nhôm

trong đá giàu nhôm Quá trình này xảy ra trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ

thấp thường tạo ra phengit, granat, glaugophan trong tướng phiến lục Các đá có

màu trắng, dễ vỡ vụn và dạng sợi được gọi là phiến đá trắng

1.2.3.2 Thành phần hoá học và thành phần khoáng talc

* Thành phần hoá học

Talc tinh khiết có công thức hoá học là Mg3Si4O10(OH)2 với tỷ lệ MgO:

31,9%, SiO2: 63,4% và H2O: 4,7% Tuy nhiên quặng talc trong tự nhiên thường

chứa các tạp chất như FeO, Fe2O3, Al2O3, Na2O, K2O, CaO… hàm lượng các tạp

chất thường chứa vài phần trăm Trong những tạp chất trên, người ta lưu ý nhiều

đến thành phần của các oxit kim loại nhóm d vì chúng có khả năng gây màu, gây

màu mạnh nhất là oxit sắt Nếu sử dụng talc làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ hay

vật liệu chịu lửa thì người ta thường chọn talc có thành phần oxit sắt nhỏ Màu của

talc thường là màu xanh sáng, trắng hoặc xanh xám Nếu hàm lượng oxit sắt lớn thì

có màu trắng ngà hoặc phớt hồng

* Thành phần khoáng vật

Do nguồn gốc của talc được hình thành từ quá trình biến đổi nhiệt dịch đá

giàu magie, các đá silicat trầm tích, các đá cacbonat magie nên ngoài talc

Mg3[Si4O10(OH)2] thì quặng có chứa MgO còn có các khoáng như: dolomit

(Mg.Ca(CO3)2); mahezit (MgCO3); serpentin (4MgO.2SiO2.2H2O); actinolit

(Ca2Fe5[Si4O11]2.(OH)2); manhetit (Fe3O4); hemantiet (Fe2O3)…

1.2.3.3 Cấu trúc của talc [2,14]

Khoáng chất talc có cấu trúc tinh thể và ở dạng cấu trúc lớp: tứ diện - bát

diện - tứ diện (T-O-T) Hình 1.4 mô tả cấu trúc tinh thể của talc

Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể talc

Cấu trúc lớp cơ bản của talc được tạo thành từ lớp bát diện

MgO-O2/hydroxyl nằm kẹp giữa 2 lớp tứ diện SiO2, Các lớp đều trung hoà điện tích, xen

giữa chúng không có cation trao đổi và chúng liên kết với nhau bằng lực liên kết

yếu Điều này dẫn đến độ cứng thấp và khuyết tật trong trình tự các lớp của talc

Talc có thể kết tinh trong hai hệ tinh thể khác nhau: một nghiêng và ba

nghiêng Thông số cấu trúc tinh thể tế bào đơn vị hệ một nghiêng và ba nghiêng

được trình bày trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Thông số cấu trúc của talc

Khi các lớp TOT chồng lên nhau thì các vòng sáu tứ diện của chúng không

đối nhau trực diện, mà lệch nhau một khoảng bằng 1/3 cạnh  của ô cơ sở Mặt

khác vòng sáu cạnh tứ diện không đối xứng sáu phương, mà ba phương kép do các

tứ diện tự xoay một góc quanh trục đứng Vậy, talc có những cấu trúc như 1 Tc

(một lớp ba nghiêng), 2M (hai lớp một nghiêng) và 2CO (hai lớp trực thoi)

Tinh thể talc có dạng hình vẩy, thường tập hợp tạo các lá hay khối sít đặc

Do lực liên kết các vảy nhỏ nên sờ tay có cảm giác mỡ

1.2.3.4 Tính chất của talc

Trong các loại khoáng chất có trong tự nhiên, bột talc là loại bột mềm nhất

(độ cứng 1Moh), có khả năng giữ mùi thơm lâu và đặc biệt là có độ sạch cao Tỷ

trọng của bột talc dao động trong khoảng 2,58 - 2,83g/cm3, talc nóng chảy ở

15000C

Tính kỵ nước và trơ về mặt hoá học, dẫn điện, dẫn nhiệt kém Talc không

tan trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazo yếu Mặc dù có rất ít khả

năng gây phản ứng hoá học nhưng talc có một mối quan hệ rõ rệt với các chất hữu

cơ tức là nó ưa các hợp chất hữu cơ

Khi nung talc có hiệu ứng nhiệt mạnh bắt đầu từ 9000C, thông thường là 920

- 10600C nếu nung nóng trong môi trường không khí, ở khoảng nhiệt độ này talc bị

mất nước hoá học tạo thành metasilicat magie

3MgO.4SiO2.H2O  3(MgO.SiO2) + SiO2 + H2O

Khi đó SiO2 được tách ra ở trạng thái vô định hình, ở 11000C nó chuyển một

phần sang cristobalit kèm theo giãn nở thể tích Cristobalit có khối lượng riêng nhỏ

và nó sẽ bù trừ sức co khi nung talc Vì thế thể tích quặng talc khi nung thực tế ổn

định Nhờ tính ổn định thể tích và độ mềm của nó cho phép ta có thể sử dụng

quặng talc cưa thành những viên gạch xây lò, buồng đốt nhiên liệu khí

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262)

Loại Hàm lượng talc

Với các tính chất của talc như: cấu trúc dạng phiến, mềm, kỵ nước, ưa dầu

và có thành phần khoáng, thành phần hoá…., nên talc được ứng dụng rộng rãi trong

các ngành công nghiệp như gốm, sơn, mĩ phẩm, polime, trong nông nghiệp, thực

phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp cao su, nhựa,…

1.2.4 Giới thiệu về đolomit [4,5,8]

1.2.4.1 Tính chất

Khoáng vật đolomit kết tinh ở hệ tinh thể ba phương Nó tạo thành tinh thể

trắng, xám đến hồng, thường có hình cong mặc dù nó thường ở dạng khối Nó có

tính chất vật lí tương tự như tinh thể canxit, nhưng không hòa tan nhanh chóng

trong dung dich HCl loãng trừ trường hợp ở dạng bột Độ cứng là 3,5 đến 4 và tỉ

trọng là 2,85 Chiết suất nω = 1,679 – 1,681 và nε = 1,500

1.2.4.2 Thành phần hóa học

Đolomit tinh khiết có công thức hóa học là MgCO3/CaCO3 với tỷ lệ MgO:

21.74% , CaO: 30.43% và CO2: 47,83% Tuy nhiên quặng đolomit trong tự nhiên

thường chứa các tạp chất như FeO, Fe2O3, Al2O3, MnO hàm lượng các tạp chất

thường chứa vài phần trăm Trong những tạp chất trên người ta lưu ý nhiều đến

thành phần của các oxit kim loại nhóm d vì chúng có khả năng gây màu, gây màu

mạnh nhất là oxit sắt Nếu sử dụng đolomit làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ hay

vật liệu chịu lửa thì người ta thường chọn đolomit có thành phần oxit sắt nhỏ

1.2.4.3 Ứng dụng

Đolomit được dùng làm đá trang trí, hỗn hợp xi măng, là nguồn magie oxit

và trong quá trình Pidgeon để sản xuất magie Nó là một loại đá trữ dầu quan trọng

Đolomit đôi khi được dùng làm phụ gia trong luyện kim Lượng lớn đolomit được

dùng trong việc sản xuất thủy tinh Đolomit được dùng làm nguyên liệu xây dựng,

làm nguyên liệu chịu lửa và chất chảy trong luyện kim, chế tạo các chất dinh dưỡng

cùng với asbet làm chất cách nhiệt, dùng trong công nghệ hoá học cũng như một số

ngành công nghệ khác

Khi sử dụng nguyên liệu đầu để điều chế gốm, nếu có lẫn thêm các oxit

Fe2O3, Al2O3, Cr2O3, các chất này sẽ phản ứng để tạo các khoáng khác nhau hay

tạo màu Trong môi trường oxi hóa magie oxit với các oxit trên sẽ tạo thành tinh

thể ferit Magie oxit và ferit sẽ hòa tan lẫn nhau để tạo thành dung dịch rắn ở nhiệt

độ thấp Khi sử dụng các phụ gia là oxit M2O3 sẽ làm tăng quá trình kết khối và tái

kết tinh tinh thể trong gốm

Gốm, gốm thuỷ tinh trong hệ bậc ba CaO-MgO-SiO2, với những tính chất cơ

học và hoá học như sức bền, chịu mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp cỡ 6.10-6

K-1cùng những đặc điểm về mặt thẩm mĩ có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

Tuy nhiên, gốm thuỷ tinh trên hệ này đòi hỏi một nhệt độ tổng hợp tương đối cao

1400 – 14500C, trong khi đó vấn đề năng lượng và kèm theo đó là vấn đề môi

trường đang là những vấn đề nóng bỏng hiện nay, ngoài ra việc tổng hợp ở nhiệt độ

thấp cũng đem lại nhiều ý nghĩa về mặt kinh tế

Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu gốm, gốm thuỷ tinh, silicat trên hệ bậc ba

CaO-MgO-SiO2 và hướng tới giảm nhiệt độ tổng hợp làm thay đổi cấu trúc cũng

như các đặc tính của vật liệu với một vài phụ gia như: Na2O, B2O3 P2O5, Al2O3,

TiO2, ZrO2, CaF2 , NaF, LiF , kích thước nanomet

Để giảm đươc nhiệt độ tổng hợp thì trước hết thành phần nguyên liệu cần phải

được tối ưu hoá sao cho gần với điểm eutecti của hệ, khi đó pha tinh thể được tạo

thành trong hệ chủ yếu là diopsit và wollasstonit, để làm giảm nhiệt độ người ta

còn sử dụng các chất chảy ở dang khoáng hóa

Gốm thuỷ tinh là những vật liệu đa tinh thể được tạo thành khi những thành

phần thuỷ tinh thích hợp được nhiệt luyện và điều chỉnh quá trình kết tinh Hướng

nghiên cứu này thường người ta sử dụng các mầm tinh thể như: Au, TiO2, ZrO2,

Al2O3… được đưa vào trong quá trình điều chế nung nóng chảy hỗn hợp sau đó kết

tinh các tinh thể lớn lên từ các mầm tạo nên sản phẩm gốm thuỷ tinh.Thường trong

trạng thái gốm thuỷ tinh tồn tại 50% đến 95% thể tích là những tinh thể, còn lại là

phần thuỷ tinh còn dư [4,7], một hoặc nhiều hơn những pha tinh thể có thể tạo

thành trong quá trình nhiệt luyện và thường thành phần của chúng khác với thuỷ

tinh cho trước và do đó thành phần của thuỷ tinh còn dư cũng khác trước

Gốm thuỷ tinh trong hệ CaO - MgO - SiO2 với những tính chất tốt về mặt cơ

học và hoá học như sự trong suốt, sức bền, chịu mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp,

bền trong môi trường axit và bazơ do đó có thể được sử dụng: chịu mài mòn, cơ

nhiệt, vật liệu trong y học, gốm phủ … Tuy nhiên hệ này đòi hỏi một nhiệt độ tổng

hợp tương đối cao Để giảm được nhiệt độ tổng hợp trước hết thành phần nguyên

liệu cần phải được tối ưu hoá sao cho gần với điểm ơtecti của hệ

Hình 1.5 Hệ bậc ba CaO - MgO - SiO 2

Trong hệ CaO - MgO - SiO2, điểm dễ chảy nhất ứng với thành phần % về số

mol như sau: 8,0MgO, 61,4SiO2, 30,6CaO ở nhiệt độ 13200C được thể hiện trên

giản đồ bậc ba Trong hệ có các hợp chất 3 cấu tử:

- Diopsit: CaO.MgO.2SiO2

- Monticellit: CaO.MgO.SiO2

- Merwinit: 3CaO.MgO 2SiO2

- Akermanit: 2CaO.MgO.SiO2

Tính chất của các khoáng có thể hình thành trên hệ bậc ba:

có d = 3 Thuộc nhóm pyroxen của họ inosilicat Có cấu trúc dạng chuỗi, các tứ

diện [SiO4]4- nối với nhau qua hai ion O2- tạo thành mạch dài, giữa các mạch đó

phân bố các cation Ca2+, Mg2+ Các ion này có thể được thay thế đồng hình bởi các

ion khác như Co2+, Ni2+, Fe3+, Cr3+… Công thức khung có thể viết [SiO3]2- hoặc

[Si2O6]4-:

thay thế các ion đồng hình khác: Ce4+, Zn2+, Sr2+,…

+ Monticellit: CaO.MgO.SiO2 thuộc họ Olevin (Mg,Fe)2SiO4 xếp chặt theo

luật 6 phương ABABB theo hướng [100], tinh thể hệ trực thoi

+ Merwinit: có công thức: 3CaO.MgO.2SiO2

Thuộc nhóm Silicat đảo vòng chỉ có các nhóm SiO4 với các cation phối trí 6

hoặc lớn hơn Merwinit không chứa Al, chỉ là silicat của Ca với kim loại kiềm hoặc

Mg hoặc cả hai Merwinit là tinh thể đơn tà với a = 13,29A0, b=5,3A0, c=9,35A0 và

 = 92,090

Trong vài thập niên gần đây, với những tính ưu việt trên, các nhà khoa học

trên thế giới như Mỹ, các nuớc Châu Âu, Nhật, Trung Quốc, Brazin…tập trung

nghiên cứu các vật liệu có tính chất nổi trội phục vụ cho các ngành công nghiệp,

công nghệ điện tử, sinh học, xây dựng đã được các nhà khoa hoc S Bannịamali,

ReZeaei, Ètekhri Yekata Marghusian, Samia Salama, Darwish, Rozenstrauha, J

Bossert, A.R Boccaccini đã đưa ra nhiều nghiên cứu vật liệu mới có nhiều tính

năng đặc biệt Sản phẩm gốm thuỷ tinh đã được sản xuất hàng triệu tấn mỗi năm và

sản lượng hàng năm được sản xuất tăng lên Nhất là các nựớc Cộng đồng chung

châu Âu, Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản…

1.3 Giới thiệu về các phản ứng giữa các pha rắn [7,8]

1.3.1 Các phản ứng giữa các pha rắn

Phản ứng giữa các pha rắn khác với phản ứng đồng thể ở thể lỏng hoặc thể

khí về mặt bản chất và cơ chế phản ứng Phản ứng ở trạng thái lỏng hoặc khí phụ

thuộc chủ yếu vào bản chất và nồng độ các chất tham gia phản ứng Do các chất

phản ứng rất linh động, chúng dễ dàng khuếch tán trong toàn bộ thể tích của hệ

phản ứng và tiếp xúc với nhau ở mức độ phân tử, nguyên tử hay ion… Vì thế,

phản ứng ở thể lỏng hoặc thể khí xảy ra dễ dàng hơn và có thể đạt tới trạng thái cân

bằng, Trong khi đó phản ứng pha rắn phụ thuộc vào sự xắp sếp của cấu tử phản

ứng trong mạng lưới tinh thể Cấu trúc tinh thể và khuyết tật mạng lưới có ảnh

hưởng quyết định đến khả năng phản ứng của chất rắn Các chất phản ứng nằm

định vị tạo các nút mạng tinh thể, chúng chỉ dao động quanh vị trí cân bằng Do đó,

phản ứng chỉ xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa các pha rắn của chất tham gia phản

ứng Tốc độ phản ứng xảy ra chậm và không đạt đến trạng thái cân bằng Phản ứng

bao gồm hai giai đoạn:

1 Giai đoạn mầm tinh thể sản phẩm trên bề mặt tiếp xúc pha

Để làm sáng tỏ cơ chế phản ứng giữa các pha rắn, chúng tôi xét ví dụ phản

ứng tổng hợp spinel MgAl2O4 từ MgO và -Al2O3:

MgO + -Al2O3 = MgAl2O4 (l)

Giá trị nhiệt động của các chất trong phản ứng (1) được cho ở bảng 1.3 sau

đây:

Bảng 1.3 Giá trị nhiệt động của một số chất

và -Al2O3 nén mẫu với áp suất cao rồi nung đến 12000C thì phản ứng mới bắt đầu

xảy ra trên bề mặt tiếp xúc của 2 pha MgO/-Al2O3 Sự hình thành lớp tinh thể như

vậy gọi là quá trình tạo mầm tinh thể

Quá trình tạo mầm tinh thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó cấu trúc

tinh thể của chất tham gia và sản phẩm tạo thành là yếu tố đóng vai trò quan trọng

nhất Tinh thể MgO thuộc hệ lập phương, ion Mg2+ có số phối trí 6 nằm ở hốc bát

diện Tinh thể -Al2O3 thuộc hệ lục phương, ion Al3+ có số phối trí 6 nằm ở hốc bát

diện Trong khi đó tinh thể spinel MgAl2O4 thuộc hệ lập phương Các ion Mg2+ có

số phối trí 4 nằm trong hốc tứ diện, ion Al3+ có số phối trí 6 nằm ở hốc bát diện

Như vậy, tại biên giới tiếp xúc giữa các pha -Al2O3 và MgO, khi phản ứng xảy ra

thì cation Mg sẽ chuyển từ số phối trí 6 sang số phối trí 4 và phân mạng anion O

2-của tinh thể -Al2O3 có sự chuyển từ dạng lục phương sang dạng lập phương Để

quá trình tạo mầm xảy ra đòi hỏi phải phá vỡ một số liên kết cũ trong các chất tham

gia phản ứng, từ đó hình thành nên các liên kết mới của sản phẩm Điều này chỉ có

thể xảy ra ở nhiệt độ cao tại các ion ở bề mặt tiếp xúc Do phân mạng anion của

spinel MgAl2O4 giống với MgO nên sự hình thành mầm tinh thể thuận lợi hơn về

phía mặt tinh thể MgO Một yếu tố đóng vai trò quan trọng đối với quá trình tạo

mầm tinh thể sản phẩm là nhiệt độ nung Bởi lẽ sự phá huỷ liên kết cũ và hình

thành liên kết mới cũng như sự dịch chuyển của các cation chỉ có thể xảy ra ở nhiệt

độ cao Vì lúc đó các cation mới có đủ năng lượng để dịch chuyển

2 Giai đoạn phát triển mầm tinh thể sản phẩm

Sau khi hình thành một lớp mầm tinh thể sản phẩm thì đến giai đoạn phát

triển của lớp tinh thể đó Để thực hiện quá trình này sẽ có sự khuếch tán ngược

chiều cation Cation Mg2+ khuếch tán từ bề mặt tiếp xúc MgO/MgAl2O4 đi qua lớp

sản phẩm MgAl2O4 để phản ứng với Al2O3 trong khi đó cation Al3+ khuếch tán theo

chiều ngược lại Để đảm bảo tính trung hoà về điện, cứ 2 ion Al3+ khuếch tán sang

trái, phải có 3 ion Mg2+ khuếch tán sang phải Các phản ứng xảy ra như sau:

Trên bề mặt biên giới MgO/MgAl2O4

2Al3+ - 3Mg2+ + 4MgO = MgAl2O4

Trên bề mặt biên giới Al2O3/MgAl2O4

3Mg2+ - 2Al3+ + 4Al2O3 = 3MgAl2O4

Phản ứng tổng cộng:

4MgO + 4Al2O3 = 4MgAl2O4

Như vậy: tốc độ phát triển tinh thể sản phẩm về phía phải nhanh gấp 3 lần về

phía trái Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn theo kiểu khuếch tán ngược dòng

cation như vậy gọi là cơ chế C.Wagner

Kết quả nghiên cứu động học phản ứng tạo thành spinel của W.Jander cho

thấy giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng là quá trình khuếch tán ngược dòng các

cation qua lớp sản phẩm spinel Hằng số tốc độ phản ứng được tính theo phương

trình:

x k

2

100

100 1



Trong đó: t là thời gian phản ứng;

x hàm lượng % chất đã tham gia phản ứng;

k hằng số tốc độ phản ứng

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn

Phản ứng giữa các pha rắn khác biệt hoàn toàn với phản ứng giữa các khí,

hay giữa các chất tan trong dung dịch do các phân tử tham gia phản ứng đều nằm

tại các nút mạng của tinh thể ban đầu Vì vậy, phản ứng chỉ xảy ra tại vị tiếp xúc

giữa các pha rắn của các chất tham gia phản ứng Qúa trình thực hiện phản ứng

giữa các chất rắn gồm các bước: chuẩn bị chất rắn đa tinh thể, tiến hành phản ứng ở

nhiệt độ cao

Một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để chuẩn bị chất

rắn đa tinh thể (dạng bột) là thực hiện phản ứng trực tiếp hỗn hợp các nguyên liệu

ban đầu ở pha rắn Vì vậy, tốc độ khuếch tán và hoạt tính của các cấu tử tham gia

phản ứng quyết định tốc độ phản ứng Hai yếu tố này bị chi phối bởi nhiều yếu tố:

- Nhiệt độ nung;

- Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng;

- Đặc điểm cấu trúc của các chất ban đầu;

- Chất khoáng hoá

a Nhiệt độ nung:

Các chất rắn thường không phản ứng với nhau ở nhiệt độ thường, chỉ khi

nhiệt độ cao các cấu tử mới có đủ năng lượng để khuếch tán qua lớp sản phẩm đến

bề mặt tiếp xúc giữa các hạt để phản ứng Ngoài ra, dưới tác động của nhiệt độ,

mạng lưới cấu trúc pha giữa các chất ban đầu bị phá vỡ dần tạo điều kiện cho sự

khuếch tán, sắp xếp của các ion pha cũ để tạo thành pha mới Do vậy, tốc độ phản

ứng pha rắn phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ nung Nói chung phản ứng có thể đạt

được nếu nhiệt độ nung đạt đến 2/3 điểm nóng chảy của một các chất tham gia

phản ứng

b Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng,

Ảnh hưởng quyết định đến khả năng phản ứng đến cùng của các chất phản

ứng Hầu hết các kỹ thuật tổng đều nhằm mục đích và tăng diện tích tiếp xúc giữa

các chất phản ứng bằng cách chuẩn bị phối liệu có kích thước hạt càng nhỏ càng

tốt Chẳng hạn như phương pháp sol - gel giúp chuẩn bị các cấu tử phản ứng được

trộn lẫn ở kích thước nguyên tử, phân tử vì thế có thể hạ thấp nhiệt độ nung thiêu

kết đáng kể so với phương pháp gốm truyền thống Với phương pháp gốm truyền

thống, phối liệu ban đầu có thể được nghiền mịn, ép chặt, nung, sau đó nghiền mịn

rồi lại nung và lặp lại nhiều lần như thế Tác dụng của quá trình nghiền mịn liên tục

giữa các lần nung không chỉ tăng bề mặt tiếp xúc giữa hỗn hợp các chất phản ứng

mà còn tạo thêm các bề mặt mới cũng như các khuyết tật cấu trúc nhằm thúc đẩy

phản ứng đến cùng

c Đặc điểm cấu trúc của các chất ban đầu

Phản ứng pha rắn được thực hiện trực tiếp giữa các chất phản ứng ở pha rắn,

nên cấu trúc ban đầu của chất rắn có ảnh hưởng quyết định không ngừng đến tốc độ

phản ứng mà còn ảnh hưởng đến cơ chế của phản ứng Các chất ban đầu có cấu

trúc kém bền, hoặc tinh thể có nhiều khuyết tật thì có hoạt tính hơn thì dễ tham gia

phản ứng hơn

Ví dụ: Với phản ứng giữa các oxit người ta thường chọn chất ban đầu là các

muối dễ phân huỷ tạo ra các oxit ở vùng nhiệt độ phản ứng Lúc này các oxit mới

hình thành và có cấu trúc mạng lưới chưa hoàn chỉnh (hoạt tính hơn) nên dễ tham

gia phản ứng hơn so với các oxit bền được đưa vào làm phối liệu ban đầu

Ngoài ra, phản ứng pha rắn sẽ xảy ra thuận lợi về mặt năng lượng hơn khi

các chất phản ứng có cùng kiểu cấu trúc với sản phẩm hình thành và thường được

phân biệt bởi hai loại phản ứng; epitactic và topotactic Phản ứng epitactic yêu cầu

có sự giống nhau về cấu trúc ở lớp tiếp xúc của chất phản ứng và sản phẩm Còn

phản ứng topotatic thì yêu cầu sự giống nhau về cấu trúc trong toàn khối Tuy

nhiên bên cạnh yếu tố giống nhau về cấu trúc, để xảy ra sự định hướng tạo mầm

sản phẩm một cách thuận lợi thì kích thước tế bào mạng cũng như khoảng cách

giữa các nguyên tử cũng phải gần giống nhau (chênh lệch dưới 15%)

d Chất khoáng hoá

Thường được đưa vào phối liệu với hàm lượng khá thấp (khoảng vài %)

nhằm tạo pha lỏng có độ nhớt thấp, giúp thấm ướt các hạt rắn của các chất phản

ứng dẫn đến xảy ra quá trình hoà tan của các chất phản ứng Từ đó, giúp sự khuếch

tán chất phản ứng dễ dàng hơn nên có tác dụng thúc đẩy phản ứng cũng như quá

trình tái kết tinh sản phẩm trong hỗn hợp Mặt khác, pha lỏng tác dụng lấp đầy

khoảng trống giữa các pha rắn, làm tăng mật độ của sản phẩm phản ứng, nghĩa là

giúp cho quá trình kết nối xảy ra nhanh ở nhiệt độ thấp Đôi lúc chất khoáng hoá có

thể tham gia phản ứng với một trong các chất phản ứng để chuyển thành pha khí,

sự xuất hiện pha khí đã chuyển phản ứng giữa các pha rắn theo một cơ chế khác -

cơ chế CVT (Chemical Vapor Transport) Các chất khoáng hoá sử dụng phổ biến

là: các hợp chất của Bo (H3BO3, Na2B4O7.10H2O, B2O3), các muối của kim loại

kiềm, các hợp chất của Flo, Clo (NaF, NaCl, CaF2, BaF2, AlF3, Na2SiF6,

Na3AlF6,….) hoặc có khi là các oxit dễ chảy (oxit vanadi, oxit lantan,…)

Nói chung phản ứng kết hợp trực tiếp của các chất ở pha rắn thường tiêu tốn

rất nhiều thời gian nếu không có sự hình thành pha lỏng hoặc pha khí, quá trình

phản ứng thường là rất phức tạp và phụ thuộc nhiều bề mặt tiếp xúc giữa các pha

cũng như khuyết tật cấu trúc của các chất phản ứng Tuy nhiên khi sản phẩm được

tạo thành thì có khuynh hướng giảm diện tích tiếp xúc giữa các chất phản ứng dẫn

đến giảm tốc độ phản ứng Phạm vi tạo thành sản phẩm bị giới hạn bởi bề mặt tiếp

xúc giữa các chất tham gia phản ứng phải khuyếch tán qua lớp sản phẩm mới tạo

thành Vì vậy phản ứng khó xảy ra đến cùng

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X [1]

Nhiễu xạ tia X (XRD) là một trong những phương pháp hiện đại được dùng

để xác định thành phần pha tinh thể của vật liệu Nguyên tắc của phương pháp này

là khi chiếu một chùm tia X đơn sắc song song vào vật liệu có cấu trúc tinh thể thì

xảy ra hiện tượng khuếch tán tia X Điện trường của chùm tia tới làm cho điện tử

của nguyên tử trong mạng tinh thể dao động, sự dao động này là nguồn phát thứ

cấp phát ra bức xạ cùng tần số với tia X

Vì các tia khuếch tán có cùng tần số nên chúng có thể giao thoa với nhau

Mặt khác, khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng lưới bằng bước sóng tia X

nên tinh thể thường được dùng làm mạng nhiễu xạ để quan sát sự giao thoa của tia

X Sự giao thoa của các tia khuếch tán sau khi đi qua mạng tinh thể gọi là sự nhiễu

xạ tia X Trong mạng tinh thể các nguyên tử tạo thành mặt phẳng nút Sự khuếch

tán tia X có thể xem như sự phản xạ từ các mặt phẳng nút đó Khi chiếu một chùm

mặt phẳng nút song song với nhau có khoảng giữa các mặt là dhkl, góc hợp bỏ

phương của tia tới và mặt phẳng nút là 

Hình 2.1 Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg

Nếu hiệu số đường đi giữa 2 tia tới và tia phản xạ bằng một số nguyên lần

bước sóng thì sẽ sảy ra hiện tượng nhiễu xạ

Ta có: DEF - ABC = n

mặt khác: DEF - ABC = GE + EH = 2dhklsin 

Do đó: 2dhklsin  = n (*)

Trong đó:

dhkl: khoảng cách giữa 2 mặt phẳng nút mạng tinh thể;

 - góc tạo bởi tia tới và mặt phẳng phản xạ;

 - bước sóng tia X;

n = 1,2,3,… gọi là bậc phản xạ (thực nghiệm thường chọn n = 1)

Phương trình (*) được gọi là phương trình Bragg (do W.L.Bragg thiết lập

năm 1913), nó biểu diễn mối quan hệ giữa góc của tia nhiễu xạ với bước sóng của

tia X và khoảng cách giữa các mặt phẳng nguyên tử Đây là phương trình cơ bản

của phương pháp phân tích cấu trúc bằng tia X, khi biết được bước sóng  của tia X

và góc nhiễu xạ  thì tính được hằng số mạng dhkl So sánh giá trị dhkl thu được với

giá trị dhkl của mẫu nghiên cứu có chứa các khoáng vật nào Phương pháp nhiễu xạ

tia X cho phép xác định các thông số mạng như: a, b, c, sự hình thành dung dịch

rắn, các khuyết tật mạng lưới tinh thể và mức độ tạo thành của các tinh thể kết

tinh

Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X của mẫu đơn tinh thể cho phép xác

định được kiểu mạng lưới, nhóm không gian, sự phân bố mật độ electron, kích

thước nguyên tử, liên kết hoá học

Để xác định thành phần tinh thể của các mẫu nghiên cứu trong luận văn

chúng tôi tiến hành ghi giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) trên thiết bị D8 ADVANCED

BRUKER - (Đức), góc quay 2 : 5 - 700 tại khoa Hoá ĐHKHTN - ĐHQG Hà Nội

2.2 Phương pháp phân tích nhiệt [1]

Phương pháp phân tích nhiệt được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nghiên

cứu vật liệu Khi đốt nóng mẫu nghiên cứu, các khoáng vật có trong mẫu sẽ có các

quá trình biến đổi hoá lý khác nhau: quá trình mất nước vật lý, mất nước cấu trúc

sự phân huỷ, sự chuyển pha, sự biến đổi thù hình, sự tương tác hoá học giữa các

phân tử phản ứng trong hệ để tạo nên chất mới… Các quá trình biến đổi này kèm

theo hiệu ứng thu nhiệt hoặc toả nhiệt (H) Bằng cách ghi các hiệu ứng nhiệt này,

chúng ta có thể dự đoán được các quá trình biến đổi xảy ra khi nung nóng vật liệu

Hình 2.2 Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt

Để xác định các quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung mẫu nghiên cứu tiến

hành ghi giản đồ phân tích nhiệt vi sai (DTA), phân tích nhiệt trọng lượng (TG) và

TMA trên thiết bị phân tích nhiệt LabSys TG/DSE SETARAM (Pháp) Với nhiệt

độ nung cực đại là 11000

C, tốc độ nâng nhiệt 100C/phút, trong môi trường không khí

2.3 Phương pháp quan sát vi cấu trúc bằng hiển vi điện tử quét (SEM)

Hiển vi điện tử quét (SEM) là một trong những phương pháp phổ biến nhất

hiện nay dùng để quan sát hình thái học (Morphology) của vật liệu

Nguyên tắc của phương pháp này như sau: Chùm điện tử được điều khiển

bằng các thấu kính điện tử của quét lên bề mặt vật chất, khi các điện tử tới đập vào

mẫu, chúng bị tán xạ đàn hồi hoặc không đàn hồi bởi các nguyên tử trong mẫu làm

phát xạ các loại điện tử và sóng điện tử Các điện tử phát xạ bao gồm: Điện tử

truyền qua, tán xạ ngược, thứ cấp, hấp thụ và Auger); Các bức xạ điện từ tương tác

với vật chất và bị tán xạ Tuỳ theo cấu trúc của vật chất mà sự tán xạ sẽ khác nhau

nên sẽ cho hình ảnh bề mặt vật chất khác nhau

Ghi thông tin

Xử lí thông tin Chất

so sánh Mẫu

nghiên cứu

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí kính hiển vi điện tử quét SEM

Độ phân giải kính hiển vi điện tử có thể đạt tới 10-3

- 10-2 nm (so với hiển vi quang học chỉ có thể đạt cỡ 10-1nm) Độ phóng đại của kính hiển vi điện quét lớn

gấp nhiều lần so với kính hiển vi quang học vì bước sóng của chùm điện tử nhỏ

hơn nhiều lần so với bước sóng ánh sáng vùng khả kiến Nhờ ảnh SEM hình ảnh

dạng cấu trúc ống, vẩy, hình kim… của các mẫu có thể xác định được

Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các mẫu nghiên cứu được chụp tại

phòng thí nghiệm Vật lý – Trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia

Hà Nội

2.4 Phương pháp xác định các tính chất cơ lý [5,8]

Các tính chất cơ lý của vật liệu cách nhiệt ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả

của chúng trong quá trình sử dụng

2.4.1 Hệ số giãn nở nhiệt

Khi vật liệu bị nung nóng và các nguyên tử sẽ nhận thêm năng lượng và dao

động quanh vị trí cân bằng Vì thế, khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử

cũng như kích thước của vật liệu tăng lên Nói cách khác, vật liệu bị nở ra khi đốt

nóng và khi làm lạnh xảy ra quá trình ngược lại Hiện tượng đó được gọi là sự giãn

nở nhiệt của vật liệu, sự thay đổi chiều dài theo nhiệt độ của vật liệu rắn được biểu

diễn bởi công thức

bộ

Detector

Ống tia catôt

Chuyển thành ảnh hiệu diệu

và khuếch đại

l l

: hệ số giãn nở nhiệt theo chiều dài (0C-1)

Vật liệu có hệ số giãn nhở nhiệt càng lớn thì khi thay đổi nhiệt độ, sự co

giãn của vật liệu càng lớn làm cho vật liệu bị nứt vỡ Vì vậy, hệ số giãn nở nhiệt là

thông số vật lý đặc trưng cho độ bền nhiệt của vật liệu Tiến hành chụp mẫu xác

định  bằng phương pháp TMA tại Khoa Hoá học - Trường Đại học khoa học tự

nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội

2.4.2 Cường độ

Cường độ của vật liệu là khả năng của chúng chịu được các ứng suất (nén,

kéo, uốn) đạt đến giá trị nhất định mà không bị phá hoại Cần phân biệt cường độ

nén, cường độ kéo và cường độ uốn Trong một số tài liệu cường độ còn lại giới

hạn bền

Tuỳ thuộc vào cấu trúc và hình dạng của sản phẩm có thể áp dụng chỉ tiêu

cường độ thích hợp

Cường độ hay giới hạn bền của vật liệu cách nhiệt phụ thuộc trước hết vào

cường độ, tỉ lệ thành phần pha rắn và tính chất các lỗ rỗng Có thể cải thiện cường

độ của vật liệu thông qua quá trình tối ưu hóa các thông số công nghệ Cường độ

của vật liệu có cấu trúc hạt, trước hết, phụ thuộc vào cường độ của từng hạt riêng

rẽ

Cường độ kháng nén được tính bằng công thức: RN = FN/S

Trong đó: FN - Tải trọng nén phá hoại mẫu (N,KN);

S- Tiết diện chịu lực của mẫu (mm2, cm2, m2)

Trong luận văn này, chúng tôi tiến hành đo độ bền nén của mẫu tại Tổng cục

đo lường chất lượng nhà nước

2.4.3 Độ rỗng

Độ rỗng của vật liệu là tỉ lệ phần trăm pha khí có trong khối thể tích của vật

liệu Cần phân biệt độ rỗng toàn phần, độ rỗng kín và độ rỗng hở

a - khối lượng thể tích tuyệt đối, kg/m3

Độ rỗng hở của vật liệu bao gồm các lỗ rống thấm nước Do vậy, có thể định

độ rỗng hở bằng phương pháp xác định độ hút nước bão hoà

Độ rỗng toàn phần của vật liệu phụ thuộc vào tỉ lệ thành phần của pha rắn

Do đó khi tăng độ rỗng toàn phần của vật liệu sẽ làm giảm cường độ cơ học và làm

tăng tính biến dạng

Đối với vật liệu cách nhiệt cần phân biệt độ rỗng vi mô và độ rỗng vĩ mô

Chỉ có các lỗ rỗng vĩ mô, tức là các lỗ rỗng quan sát được bằng mắt thường, mới có

ảnh hướng lớn đến tính chất nhiệt của vật liệu cách nhiệt Hàm lượng pha rắn hợp

lý phụ thuộc vào cường độ và đặc điểm phân bố của vật liệu nền Khi cường độ của

vật liệu nền và khả năng liên kết của các phân tử của chúng càng cao thì khả năng

tạo ra độ rỗng toàn phần càng lớn

Kích thước và hình dạng của các lỗ rỗng có ảnh hưởng lớn đến tính chất

nhiệt cũng như tính chất cơ lý của vật liệu Có thể tối ưu hoá cấu trúc của vật liệu

cách nhiệt thông qua các biện pháp công nghệ thích hợp

2.4.4 Xác định khối lượng riêng bằng phương pháp Acsimet

Thể tích tự nhiên của viên gốm V0 được xác định bằng cách sau khi ngâm

bão hoà viên gốm trong nước ta đem xác định thể tích thông qua phương pháp đẩy

nước Thể tích nước dâng lên chính là thể tích tự nhiên của viên gốm Xác định thể

tích toàn đặc của khối gốm bằng cách xác định thể tích gốm dạng bột bằng phương

pháp đẩy nước ta được thể tích gốm là Va Khi đó độ xốp của gốm được tính như

sau:

Vo

Va Vo

Cân khối lượng của viên gốm được m(g) Khi đó tỉ khối được tính theo công

thức: D = m/Vo

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM

3.1 Mục tiêu và nội dung của luận văn

3.1.1 Mục tiêu của luận văn

"Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốm thuỷ tinh hệ CaO - MgO - SiO2 từ talc

Phú Thọ và ảnh hưởng của Al2O3, B2O3 kích thước nano đến cấu trúc và tính chất

của vật liệu"

3.1.2 Các nội dung nghiên cứu của luận văn

- Nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến điều chế gốm thuỷ tinh

+ Thành phần hoá học của nguyên liệu;

+ Nhiệt độ nung nóng chảy;

+ Thời gian nung ;

- Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của gốm thủy tinh

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của Al2O3 đến tính chất và cấu trúc gốm thủy tinh;

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của B2O3 đến tính chất và cấu trúc gốm thủy tinh;

Sử dụng các phương pháp: DTA - TG, XRD, SEM để nghiên cứu cấu trúc

tính chất của gốm

3.2 Dụng cụ, thiết bị và hoá chất

3.2.1 Hoá chất

+ Bột talc được lấy từ Thanh Sơn - Phú Thọ

+ Khoáng đolomit được cung cấp bởi công ty Cổ Phần Phú Long- Hải

Phòng

+ Silic đioxit: SiO2

+ Canxi oxit: CaO