intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốm thuỷ tinh hệ CaO-MgOSiO2 từ talc Phú Thọ và ảnh hưởng của Al2O3, B2O3, kích thước nano đến cấu trúc và tính chất của vật liệu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST
Báo xấu
21
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn là 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. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của luận văn này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốm thuỷ tinh hệ CaO-MgOSiO2 từ talc Phú Thọ và ảnh hưởng của Al2O3, B2O3, kích thước nano đến cấu trúc và tính chất của vật liệu

  1. 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 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 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2012
  2. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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 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 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 ii Lương Viết Cường CHH-K21
  3. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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) ii Lương Viết Cường CHH-K21
  4. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1 CHƢƠNG 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 - SiO2 ........................................9 1.2.1. Khái quát các oxit trong hệ: ...........................................................................9 1.2.2. Khái quát các oxit: Al2O3, B2O3, Na2O .........................................................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 - SiO2 ...........................................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 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................26 2.1. Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X ( XRD) ............................................26 2.2. Phƣơng pháp phân tích nhiệt ( DTA-TG) ....................................................27 2.3. Phƣơng pháp quan sát vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 28 2.4. Phƣơng 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 CHƢƠNG 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 iii Lương Viết Cường CHH-K21
  5. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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 Al2O3, B2O3 đến sự hình thành tinh thể diopsit trong gốm thuỷ tinh hệ bậc 3: CaO - MgO - SiO2 .................................................37 CHƢƠNG 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 hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành gốm thuỷ tinh hệ CaO - MgO - SiO2 ..................................................................................................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 hƣởng của hàm lƣợng Al2O3 và B2O3 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 Al2O3 và B2O3 đến tính chất của vật liệu ..........................55 KẾT LUẬN .............................................................................................................58 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................59 iv Lương Viết Cường CHH-K21
  6. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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 - SiO2 ..................................................................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 v Lương Viết Cường CHH-K21
  7. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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 Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha diopsit vào hàm lượng Al2O3 ..................................................................................................................................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 B2O3. .........................................................................................................................50 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 mẫu chứa Al2O3 ........................................................................................................56 Bảng 4.9. Kết quả xác định độ xốp, độ hút nước, khối lượng riêng, cường độ của mẫu chứa B2O3 .........................................................................................................56 vi Lương Viết Cường CHH-K21
  8. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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- SiO2 từ talc Phú Thọ và ảnh hưởng của Al2O3, B2O3, kích thước nano đến cấu trúc và tính chất của vật liệu". 1 Lương Viết Cường CHH-K21
  9. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ CHƢƠNG 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. 2 Lương Viết Cường CHH-K21
  10. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ - 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 3 Lương Viết Cường CHH-K21
  11. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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: 4 Lương Viết Cường CHH-K21
  12. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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. 5 Lương Viết Cường CHH-K21
  13. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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 6 Lương Viết Cường CHH-K21
  14. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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. 7 Lương Viết Cường CHH-K21
  15. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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 8 Lương Viết Cường CHH-K21
  16. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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: Chuẩn bị Nghiền Ép Sản Phối liệu trộn viên Nung Ủ phẩm Hình 1.3. Phương pháp bột sản xuất gốm thủy tinh 1.2. Giới thiệu chung về hệ bậc ba: CaO - MgO - SiO2 1.2.1. Khái quát về các ôxit trong hệ: 1.2.1.1. Silic điôxit (SiO2) Phân tử gam: 60,08 g/mol Tỷ trọng: 2,2g/cm3 Điểm nóng chảy: 16500C ( 750C) Điểm sôi: 22300C Độ tan trong nước: 0,012g/mol 9 Lương Viết Cường CHH-K21
  17. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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   1170C thạch anh  tridimit  critobalit   5730C  1630C  2530C thạch anh  tridimit  critobalit  8700C 14700C 10500C 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: 25720C Điểm sôi: 28500C Độ tan trong nước: có phản với nước. 10 Lương Viết Cường CHH-K21
  18. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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: 28520C 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 1.2.2. Khái quát về các oxit: Al2O3, B2O3, Na2O 1.2.2.1. Nhôm oxit (Al2O3) 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. 1.2.2.2. Bo oxit (B2O3) Bo oxit hay còn gọi là diboron trioxit Phân tử gam: 69,64 g/mol 11 Lương Viết Cường CHH-K21
  19. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ Tỷ trọng: 2,46g/cm3 Điểm nóng chảy: 7230K Điểm sôi: 21300K 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. 1.2.2.3. Natri oxit (Na2O) Phân tử gam: 61,9789 g/mol Tỷ trọng: 2,27g/cm3 Điểm nóng chảy: 11320C 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 12 Lương Viết Cường CHH-K21
  20. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ 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. 13 Lương Viết Cường CHH-K21
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.26: Bộ 320 Luận Văn Thạc Sĩ Y Học
320 tài liệu
1246 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2