Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ THẢO NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐM DIOPSIT CaO.MgO.2SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ZrO2 ĐẾN CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Thị Thảo NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐM DIOPSIT CaO.MgO.2SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ZrO2 ĐẾN CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU Chuyên ngành: Hóa Vô Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nghiêm Xuân Thung giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Em xin cảm ơn thầy cô giáo, anh chị phòng Vật Liệu Vô Cơ – Khoa Hóa học – Trường ĐH Khoa học Tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy cô giáo Khoa Hóa học – Trường ĐH Khoa học Tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên tinh thần giúp đỡ để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2013 Học viên Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU, ĐƠN VỊ ĐO a: Thông số ô mạng theo phương OX b: Thông số ô mạng theo phương OY c: Thông số ô mạng theo phương OZ dhkl: Khoảng cách mặt thuộc họ (hkl) DTA: Phân tích nhiệt vi sai SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) TG: Đường khối lượng TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua (Tranmission Electron Microscope) XRD: Nhiễu xạ tia X Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô MỤC LỤC Trang Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ pha diopsit vào hàm lượng ziriconi (IV) oxit 48 .9 Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng ZrO2 52 .9 Bảng 2.2: Thành phần nguyên liệu mẫu có ZrO2 28 10 Bảng 3.5: Kết xác định độ co ngót mẫu 10 với hàm lượng ZrO2 khác 51 10 Chương 1- TỔNG QUAN 12 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM 12 1.1.1 Vật liệu gốm [10] 12 Độ cứng thang Mohs 13 .13 .13 5-6 13 Môđun đàn hồi E 20oC (kg/cm2) 13 2,9.106 13 Hệ số giãn nở nhiệt α khoảng 20-1000oC (1/oC) 13 1.1.2 Các phương pháp tổng hợp gốm [10] 13 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO2 .16 1.2.1 Khái quát oxit hệ CaO-MgO-SiO2 16 1.2.2 Khái quát gốm hệ CaO-MgO-SiO2 [17] 18 1.3 GIỚI THIỆU VỀ GỐM DIOPSIT 20 1.3.1 Cấu trúc Diopsit [3, 29] 20 1.3.2 Tính chất gốm Diopsit [30] .21 1.3.3 Ứng dụng gốm Diopsit 21 1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng pha rắn 23 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô 1.4.3 Phản ứng phân hủy nhiệt nội phân tử [10] 25 Hình 1.6 Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg 28 1.5.3 Hình ảnh quét kính hiển vi điện tử SEM [27] .28 Hình 1.7 Sơ đồ khối phận kính hiển vi điện tử quét .29 .31 Hình 1.8 Mô hình thiết bị đo cường độ kháng nén 31 Chương THỰC NGHIỆM 33 2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN .33 2.1.1 Mục tiêu luận văn 33 Nghiên cứu tổng hợp gốm Diopsit CaO.MgO.2SiO2 ảnh hưởng Ziriconi (IV) oxit đến cấu trúc tính chất gốm 33 2.1.2 Các nội dung nghiên cứu luận văn 33 2.2 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 33 2.2.1 Hóa chất 33 2.2.2 Dụng cụ 33 2.3 THỰC NGHIỆM .34 2.3.1 Chuẩn bị mẫu .34 2.3.2 Cách làm 34 2.3.3 Phân tích nhiệt mẫu nghiên cứu 35 Bảng 2.2: Thành phần nguyên liệu mẫu có ZrO2 37 2.3.7 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Ziriconi (IV) oxit đến tính chất vật liệu .37 Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Kết phân tích thành phần bột talc .39 3.2 Kết phân tích nhiệt bột talc .40 3.3 Kết phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp (talc, SiO2, canxi cacbonat) 42 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng Ziriconi (IV) oxit đến hình thành diopsit 52 3.6.1 Kết phân tích nhiễu xạ tia X ( X- Ray) 52 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ pha diopsit .56 vào hàm lượng ziriconi (IV) oxit 56 3.6.2 Kết ảnh SEM 57 3.7 Ảnh hưởng Ziriconi (IV) oxit đến tính chất vật liệu 59 Bảng 3.5 Kết xác định độ co ngót mẫu 59 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô với hàm lượng ZrO2 khác 59 Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng ZrO2 61 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Mục lục hình Hình 1.1: Phương pháp gốm truyền thống để sản xuất vật liệu gốm Hình 1.2: Sơ đồ biến đổi dạng tinh thể SiO2 Hình 1.3: Hệ bậc ba CaO – MgO – SiO2 Hình 1.3: Cấu trúc diopside, CaMgSi2O6 11 Hình 1.5: Sơ đồ khối thiết bị phân tích nhiệt 17 Hình 1.6: Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg 18 Hình 1.7: Sơ đồ khối phận kính hiển vi điện tử quét 19 Hình 1.8: Mô hình thiết bị đo cường độ kháng nén 21 Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột talc 31 Hình 3.2: Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TG mẫu talc Phú Thọ 32 Hình 3.3: Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp 33 Hình 3.4: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chất khoáng hóa 34 Hình 3.5: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu khoáng hóa CH3COOLi 35 Hình 3.6: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu khoáng hóa CH3COONa 35 Hình 3.7: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu khoáng hóa CH 3COOK 36 Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 1% CH3COONa 39 Hình 3.9: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 2% CH3COONa 39 Hình 3.10: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 3% CH3COONa 40 Hình 3.11: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 4% CH3COONa 40 Hình 3.12: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 5% CH3COONa 41 Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ pha diopsit vào hàm lượng chất khoáng hóa CH3COONa 43 Hình 3.14: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 0,5% ZrO2 44 Hình 3.15: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 1% ZrO2 44 Hình 3.16: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 1,5% 45 Hình 3.17: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 2% ZrO2 45 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Hình 3.18: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 2,5% ZrO2 46 Hình 3.19: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 3% ZrO2 46 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ pha diopsit vào hàm lượng ziriconi (IV) oxit 48 Hình 3.21: Ảnh SEM mẫu M20 49 Hình 3.22: Ảnh SEM mẫu M23 49 Hình 3.23: Ảnh SEM mẫu M26 50 Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn độ co ngót phụ thuộc vào hàm lượng ZrO2 51 Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng ZrO2 52 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Mục lục bảng Bảng 1.1: Bảng tính chất số gốm đơn oxit Bảng 2.1: Thành phần nguyên liệu mẫu có chất khoáng hóa 27 Bảng 2.2: Thành phần nguyên liệu mẫu có ZrO2 28 Bảng 3.1: Thành phần hóa học khoáng talc 30 Bảng 3.2: Các pic đặc trưng pha tinh thể mẫu có chất khoáng hóa chất khoáng hóa 37 Bảng 3.3: Các pic đặc trưng pha tinh thể mẫu có chất khoáng hóa CH3COONa 42 Bảng 3.4: Các pic đặc trưng pha tinh thể mẫu có hàm lượng ZrO2 khác 47 Bảng 3.5: Kết xác định độ co ngót mẫu với hàm lượng ZrO2 khác 51 Bảng 3.6: Kết đo độ hút nước 52 Bảng 3.7: Độ xốp tỉ khối mẫu có hàm lượng ZrO2 khác 53 Bảng 3.8: Kết đo cường độ nén 54 Bảng 3.9: Hệ số giản nở nhiệt mẫu 54 Bảng 3.10 Kết đo độ bền xốc nhiệt 55 Bảng 3.11 Kết đo độ chịu lửa 55 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample 24 d=2.992 600 500 d=2.511 300 d=1.374 d=1.416 d=1.452 d=1.501 d=1.481 d=1.551 d=1.525 d=1.623 d=1.826 d=1.670 d=1.751 d=2.040 d=2.015 d=1.996 d=1.965 d=2.199 d=2.154 d=2.132 d=2.107 d=2.388 d=2.348 d=2.288 d=2.268 d=2.563 d=2.460 d=2.768 d=3.335 d=3.493 d=3.885 100 d=3.720 d=3.630 d=3.226 200 d=2.941 d=2.895 Lin (Cps) 400 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thao K22 mau 24.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 01-076-0237 (C) - Diopside subcalcic - Ca0.8Mg1.2(SiO3)2 - Y: 46.98 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 9.72700 - b 8.91200 - c 5.24500 - alpha 90.000 - beta 106.360 - gamma 90.000 - Base-cente 01-084-1402 (C) - Forsterite, syn - Mg2SiO4 - Y: 16.36 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 4.75490 - b 10.19850 - c 5.97920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbnm (62) - Hình 3.17: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 2% ZrO2 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample 25 d=2.995 500 d=2.510 d=1.351 d=1.414 d=1.448 d=1.480 d=1.511 d=1.500 d=1.531 d=1.553 d=1.578 d=1.624 d=1.669 d=1.700 d=1.751 d=1.825 d=1.936 d=2.039 d=2.019 d=1.992 d=1.967 d=2.070 d=2.133 d=2.104 d=2.197 d=2.280 d=2.565 d=2.460 d=2.767 d=3.334 100 d=3.491 d=3.886 d=3.222 200 d=2.936 d=2.893 300 d=3.727 d=3.622 Lin (Cps) 400 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Thao K22 mau 25.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 01-076-0237 (C) - Diopside subcalcic - Ca0.8Mg1.2(SiO3)2 - Y: 49.74 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 9.72700 - b 8.91200 - c 5.24500 - alpha 90.000 - beta 106.360 - gamma 90.000 - Base-cente 01-084-1402 (C) - Forsterite, syn - Mg2SiO4 - Y: 15.88 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 4.75490 - b 10.19850 - c 5.97920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbnm (62) - Hình 3.18: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 2,5% ZrO2 70 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample 26 d=2.988 500 400 d=1.409 d=1.377 d=1.449 d=1.497 d=1.478 d=1.549 d=1.532 d=1.622 d=1.591 d=1.685 d=1.668 d=1.748 d=1.709 d=1.821 d=1.876 d=2.033 d=2.018 d=1.985 d=1.962 d=2.130 d=2.103 d=2.062 d=2.269 d=2.189 d=2.151 d=2.453 d=2.559 d=3.476 d=3.868 d=3.706 100 d=2.760 d=3.320 d=3.212 200 d=2.923 d=2.890 d=2.503 Lin (Cps) 300 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: Thao K22 mau 26.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 01-076-0237 (C) - Diopside subcalcic - Ca0.8Mg1.2(SiO3)2 - Y: 53.28 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 9.72700 - b 8.91200 - c 5.24500 - alpha 90.000 - beta 106.360 - gamma 90.000 - Base-cente 01-084-1402 (C) - Forsterite, syn - Mg2SiO4 - Y: 12.37 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 4.75490 - b 10.19850 - c 5.97920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbnm (62) - Hình 3.19: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chứa 3% ZrO2 Bảng 3.4: Các pic đặc trưng pha tinh thể mẫu có hàm lượng ZrO2 khác Pha tinh thể Mẫu 2θ ( ) 29,9 Diopsit d (Å) 2,992 I (Cps) 430 2θ ( ) 35,5 2,511 280 36,5 2,456 85 56,5 29,9 1,623 2,987 100 470 35,5 2,507 255 36,5 2,455 70 56,5 29,9 1,622 2,986 110 520 M23 35,5 2,514 330 36,5 2,458 90 M24 56,5 29,9 1,623 2,992 120 470 36,5 2,460 90 o M21 M22 o Forsterit d (Å) I (Cps) Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô M25 M26 35,5 2,511 285 56,5 29,9 1,623 2,995 90 445 35,5 2,510 265 56,5 29,9 1,624 2,988 90 415 35,5 2,503 230 56,5 1,622 95 36,5 2,460 75 36,5 2,453 56 Hình 3.20: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc cường độ pha diopsit vào hàm lượng ziriconi (IV) oxit ZrO2 ảnh hưởng chủ yếu đến trình kết tinh pha tinh thể diopsit Điều tác giả [4,10] giải thích sử dụng thêm số oxit có độ nóng chảy cao, có cấu trúc gần giống với cấu trúc tinh thể sản phẩm, vai trò làm mầm tinh thể trình nóng chảy mẫu chất rắn, đồng thời làm xuất mầm tinh thể sớm để từ tinh thể hình thành hoàn thiện Trên giản đồ XRD không thấy xuất pic đặc trưng ZrO độc lập Vì cho Zr 4+ thay vị trí Mg 2+, Ca2+ thay vị trí Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô mạng tinh thể để tạo thành hệ (CaMg) 2-xZrxSi2O6 thay vị trí Si4+ tạo thành hệ (CaMg)2Si2-xZrxO6 Nhìn vào đồ thị hình 3.20 dễ nhận thấy có mặt ZrO cường độ pha diopsit mẫu giảm so với mẫu ZrO Cường độ pha diopsit tăng hàm lượng Ziriconi (IV) oxit tăng từ 0,5÷1,5% giảm dần hàm lượng ZrO2 tăng từ 1,5÷3% Trên sở mẫu sản phẩm gốm thu chọn mẫu M20, M23, M26 mẫu phụ gia mẫu với hàm lượng 1,5% 3% ZrO để nghiên cứu hình thái học chụp hình ảnh SEM cấu trúc gốm diopsit 3.6.2 Kết ảnh SEM Chúng tiến hành chụp SEM mẫu M20, M23, M26 Kết trình bày hình 3.21, 3.22, 3.23 Hình 3.21: Ảnh SEM mẫu M20 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Hình 3.22: Ảnh SEM mẫu M23 Hình 3.23: Ảnh SEM mẫu M26 Nhìn vào kết ảnh SEM thấy cho thêm chất phụ gia kích thước hạt nhỏ so với mẫu không phụ gia Trong mẫu phân bố hạt mẫu 26 đồng đặc cả, cỡ hạt đạt trung bình 1-3µm Và xét hình thái học thấy hạt tinh thể có hình lăng trụ Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô 3.7 Ảnh hưởng Ziriconi (IV) oxit đến tính chất vật liệu 3.7.1 Độ co ngót Kết xác định độ co ngót trình bày bảng hình sau: Bảng 3.5 Kết xác định độ co ngót mẫu với hàm lượng ZrO2 khác Tên mẫu D0 (cm) D (cm) H0 (cm) H (cm) M 20 M 21 M 22 M 23 M24 M25 M26 3,59 3,59 3,59 3,59 3,59 3,59 3,59 3,38 3,38 3,364 3,338 3,322 3,286 3,269 0,843 0,659 0,636 0,688 0,832 0,844 0,76 0,776 0,568 0,566 0,604 0,729 0,711 0,613 Độ co ngót (%) 6,25 6,66 7,00 7,85 8,39 9,86 10,76 D0,D: đường kính mẫu trước sau nung (cm) H0,H: Chiều cao mẫu trước sau khu nung (cm) Nhìn vào bảng 3.5 thấy độ co ngót nhìn chung tăng hàm lượng ZrO2 tăng Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn độ co ngót phụ thuộc vào hàm lượng ZrO2 3.7.2 Độ hút nước Tiến hành xác định độ hút nước mẫu, kết bảng sau: Bảng 3.6 Kết đo độ hút nước Mẫu M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 Độ hút nước (%) 12,13 10,01 8,32 8.23 7,14 5,53 5,16 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng ZrO2 Từ kết cho thấy độ hút nước nhìn chung giảm tăng hàm lượng ZrO2 Mẫu 26 có độ hút nước thấp 5,16 % Điều phù hợp với kết ảnh SEM kết xác định độ co ngót vật liệu Độ co ngót lớn độ hút nước vật liệu nhỏ 3.7.3 Độ xốp, khối lượng riêng Kết xác định tỉ khối độ xốp mẫu ứng với hàm lượng ZrO khác trình bày bảng 3.7 Bảng 3.7: Độ xốp khối lượng riêng mẫu có hàm lượng ZrO2 khác Mẫu M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 d (g/cm3) 2,44 2,53 2,6 2,65 2,69 2,72 2,78 Độ xốp (%) 12,24 11,48 10,08 9,98 9,54 8,78 8,34 Từ bảng 3.7 cho thấy hàm lượng ZrO tăng khối lượng riêng vật liệu tăng độ xốp vật liệu giảm Có thể giải thích sau: ZrO có khối lượng Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô riêng lớn, thêm vào mẫu làm tăng khối lượng riêng vật liệu, hàm lượng ZrO2 thêm vào nhiều thi khối lượng riêng vật liệu tăng Bảng kết 3.7 cho thấy có tương quan khối lượng riêng độ xốp, khối lượng riêng tăng độ xốp có xu hướng giảm Khối lượng riêng vật liệu tăng từ mẫu M20 đến mẫu M26 ngược lại độ xốp giảm từ mẫu M20 đến M26 Điều phù hợp với kết ảnh SEM, độ đặc vật liệu cao khối lượng riêng vật liệu lớn độ xốp vật liệu nhỏ 3.7.4 Cường độ kháng nén Các mẫu sau nung thiêu kết tiến hành đo cường độ kháng nén, kết trình bày bảng 3.8: Bảng 3.8: Kết đo cường độ kháng nén Mẫu FN (KN) Rn (N/cm2) M20 274,6 31098,5 M21 217,6 24512,7 M22 281,3 31535,8 M23 283,1 32664,1 M24 266,2 30714,2 M25 227,2 25247,2 M26 189,8 21012,8 Từ bảng kết cho thấy cường độ kháng nén tăng hàm lượng ZrO tăng từ 0÷1,5% giảm hàm lượng ZrO tăng từ 1,5÷3% Mẫu 23 có cường độ kháng nén tốt Kết phù hợp với tạo thành pha diopsit mẫu M23 có cường độ lớn (theo kết phân tích tia X) 3.7.5 Hệ số giãn nở nhiệt Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Kết xác định hệ số giãn nở nhiệt mẫu M21, M23, M26 thực máy phân tích nhiệt TA/TMA - Đại học Bách Khoa Hà Nội Kết trình bày bảng 3.9 Bảng 3.9: Hệ số giản nở nhiệt mẫu Mẫu Hệ số trung bình (10-6/oC) M20 M21 M23 M26 4,0826 3,8794 3,5642 3,931 Nhìn vào bảng kết thấy mẫu có chất phụ gia có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ mẫu phụ gia Qua bảng kết nhận thấy mẫu 23 có hệ số giãn nở nhiệt trung bình thấp 3,5642.10 -6/oC, mẫu 26 có hệ số giản nở nhiệt trung bình cao 3,931.10-6/oC 3.7.6 Độ bền xốc nhiệt Từ kết thu cấu trúc tinh thể mẫu gốm chọn hai mẫu M20 M23 để xác định độ bền sốc nhiệt độ chịu lửa Chúng tiến hành đo độ bền sốc nhiệt mẫu nghiên cứu Viện Vật Liệu Xây Dựng kết trình bày bảng 3.10, 3.11 Bảng 3.10: Kết đo độ bền xốc nhiệt Kí hiệu mẫu M20 M23 Số lần 20 >32 Từ bảng kết cho thấy mẫu 23 có độ bền xốc nhiệt tốt lớn mẫu phụ gia Vì pha diopsit có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, SiO dạng Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô cristobalit thay đổi thể tích tăng nhiệt độ Kết phù hợp với kết đo hệ số giãn nở nhiệt mẫu 3.7.7 Độ chịu lửa Chúng tiến hành xác định độ chịu lửa M20 M23, kết thu sau: Bảng 3.11: Kết đo độ chịu lửa Nhiệt độ (oC) 1210 1250 Kí hiệu mẫu M20 M23 Từ kết thu cho thấy vật liệu gốm có độ chịu lửa không cao Điều sản phẩm gốm thu đa pha với pha forsterit pha diopsit Nhiệt độ nóng chảy diopsit 1392,5 oC thấp nên làm giảm độ chịu lửa vật liệu Từ kết cho thấy ảnh hưởng không tốt đến độ chịu lửa vật liệu đồng thời có mặt CaO SiO2 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu thu số kết sau: Đã điều chế gốm diopsit từ nguyên liệu với hàm lượng tương ứng: talc (47,42%), SiO2 (15,03%), CaCO3 (37,55%) có bổ sung thêm chất khoáng hóa chất phụ gia Các mẫu thu xuất pha diopsit pha chính, có pha forsterit clinoenstatit có cường độ yếu Đã khảo sát ảnh hưởng chất khoáng hóa CH 3COOLi, CH3COONa, CH3COOK đến hình thành pha vật liệu Chất khoáng hóa tối ưu CH3COONa với hàm lượng tối ưu 2% Mẫu thu xuất pha diopsit có cường độ mạnh Các mẫu có bổ sung thêm chất gia ZrO ( 0% ÷ 3%) có thành phần pha gồm hai pha tinh thể: diopsit forsterit, pha diopsit pha Khi hàm lượng ZrO2 tăng đến 1,5% pha tinh thể diopsit có cường độ lớn Khi hàm Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô lượng ZrO2 tăng từ 1% đến 3% độ co ngót tăng, độ hút nước giảm, khối lượng riêng tăng, độ xốp giảm Gốm diopsit điều chế từ bột talc, SiO , CaCO3 có bổ sung thêm 2% chất khoáng hóa CH3COONa, ( 0% ÷ 3%) chất phụ gia ZrO có đặc tính lý tốt, hệ số giãn nở nhiệt α nhỏ sử dụng làm gốm bền sốc nhiệt hay sản xuất gốm chịu lực TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Vũ Đăng Độ (2006), Các phương pháp vật lý hóa học, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [2] Phan Thị Hạnh (2010), Luận văn cao học, Trường Đại học KHTN-Đại học Quốc Gia Hà Nội [3] Trịnh Hân, Ngụy Tuyết Nhung (2007),Cơ sở hóa học tinh thể,NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội [4].Nguyễn Đăng Hùng (2006); Công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa, NXB Bách khoa-Hà Nội [5].Bùi Hữu Lạc, Nguyễn văn Thắng, Hoàng Nga Đính, Báo cáo kết tìm kiếm đánh giá triển vọng talc tỉ lệ 1/50.000 vùng Ngọc Lập- Tà Phú, Liên đoàn Địa chất III-1989 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô [6] Huỳnh Đức Minh-Nguyễn Thành Công (2009), “Công nghệ gốm sứ”, NXB Khoa học kỹ thuật [7] PGS.TS Triệu Thị Nguyệt, Giáo án chuyên đề: Các phương pháp nghiên cứu hóa vô [8] Vũ Đình Ngọ (2004), Luận văn cao học, Trường Đại học KHTN-Đại học Quốc Gia Hà Nội [9] Phan Văn Tường (2001), Vật liệu vô cơ, giáo trình chuyên đề, Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc Gia Hà Nội [10].Phan Văn Tường (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [11] Phạm Xuân Yên, Huỳnh Đức Minh,Nguyễn Thu Thủy (1995), Kỹ thuật sản xuất gốm sứ, NXB Khoa học kỹ thuật TIẾNG ANH [12] Bandford,A.W.,Aktas,Z.,and Woodburn, E.T., (1998) , “Powder Technology”, vol 98, pp.61-73 [13] Chandra, N.et al, (2005), Journal of the European Ceramic Society, 25 (1), pp, 81-88 [14] J.H.Rayner and G.Brown (1972), “The crystal structure of talc”, clay and clay mineral, vol 21, pp.103-114.S [15] Kiyoshi Okada, et al, Journal of the European Ceramic Society, 29, 2009, pp 2047-1052 [16] Toru nonami, Sadami Tsutsumi (1999),” Study of diopside ceramics for biomaterials”, Journal of materials science: materials in medicine 10, pp, 475-479 [17] J B Ferguson and H E Merwin (1918), “ The ternary system CaO – MgO – SiO2”, Geophysical laboratory, Carnegie Institution or Washington Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô [18] K Sugiyama P F James, F Saito, Y Waseda, (1991), “ X- ray diffiraction study of ground talc Mg3Si4O10(OH)2”, Journal of materials science [19] Donald B Dingwell, (1989), “ effect of fluorine on the viscosity of diopside liquid”, American Mineralogist, volum 74, pp, 333- 338 [20] Zichao Wang and Shaocheng Ji, Georg Dresen, (1999), “ Hydrogenenhanced e; ectrical conductivity of diopside”, Geophysical research letters, vol 26, pp, 799- 802 [21] A.M Kalinkin, A A Politov, E V Kalinkin, O A Zalkind and V V Boldyrev, (2006), “ Mechanochemical Interaction of Calcium Carbonate with Diopside and Amorphous Silica”, Chemistry for Sustainable Development, pp, 333 – 343 [22] J.Stephen Huebner, Donald E Voigt (1988), “ Electrial conductivity of diopside: Evidence for oxygen vacan cies”, American Mineralogist, Volum 73, pp, 1235- 1254 [23] Xianchun Chen- Jun Ou- Yan Wei- Zhongbin Huang- Yunqing KangGuangfu Yin, (2010), “ Effect of MgO contents on the mechanical properties and biological performances of bioceramics in the MgO.CaO.SiO 2”, J Mater Sci: Mater Med, pp, 1463- 1471 [24] Yu I Alekseev, (1997), “ Ceramic insulating materials with a diopside crystalline phase”, Steklo i Keramika, No 12, pp 15-19 [25] M.B Sedel′nikova, V M Pogrebenkov and N.V Liseenko, (2009), “ Effect of mineralizers on the synthesis of ceramic pigments from talc”, Steklo i Keramika, No 6, pp 28- 30 [26] V.M Pogrebenkov, M B Sedel′nikova and V I Vereshchangin, (1998), “ Production of ceramic pigments with diopside structure from talc”, Steklo i Keramika, No 5, pp 16- 18 [27] L Bozadjiev, L Doncheva, (2006), “Methods for diopsdie synthesis”, Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41,2, pp 125- 128 Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô [28] Marek Wesolowski, (1984),“Thermal decomposition of talc”, Thermochimica Acta, 78, pp 395- 421 [29] Masanori Matsui and William R Busing, (1984), “ Calculation of the elastic contants and hingh – pressure properties of diopside, CaMgSi2O6”, Amrerican Mineralogist, Volum 69, pp 1090- 1095 [30] R.Goren, C.Ozgur, H.Gocmez, Ceramics International, 2006,32, pp,53-56 [31] http://en.wikipedia.org/wiki/ [...]... Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô cơ Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN 2.1.1 Mục tiêu của luận văn Nghiên cứu tổng hợp gốm Diopsit CaO.MgO.2SiO2 và ảnh hưởng của Ziriconi (IV) oxit đến cấu trúc và tính chất của gốm 2.1.2 Các nội dung nghiên cứu của luận văn * Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều chế gốm Diopsit - Chất khoáng hóa - Hàm lượng chất khoáng hóa * Nghiên cứu cấu. .. đề tài cho luận văn: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốm diopsit CaO.MgO.2SiO2 và nghiên cứu ảnh hưởng của ZrO2 đến cấu trúc, tính chất của vật liệu Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô cơ Chương 1- TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM 1.1.1 Vật liệu gốm [10] Gốm là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể bao gồm các hợp chất giữa kim loại và á kim như: kim loại với oxi (các oxit), kim loại với nitơ (các... gốm Diopsit - Chất khoáng hóa - Hàm lượng chất khoáng hóa * Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của gốm - Nghiên cứu ảnh hưởng của Ziriconi (IV) oxit đến cấu trúc, tính chất của gốm - Sử dụng các phương pháp: DTA, TG, TMA, XRD, SEM để nghiên cứu cấu trúc, thành phần và tính chất của gốm 2.2 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 2.2.1 Hóa chất - Bột talc được lấy từ Thanh Sơn - Phú Thọ - Silic đioxit SiO2 - Canxi... bốn hợp chất 3 cấu tử: Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô cơ Diopsit: CaO.MgO.2SiO2 Monticellit: CaO.MgO.SiO2 Merwinit: 3CaO.MgO.2SiO2 Akermanit: 2CaO.MgO.2SiO2 Trong luận văn này chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu gốm diopsit (CaO.MgO.2SiO2) 1.3 GIỚI THIỆU VỀ GỐM DIOPSIT 1.3.1 Cấu trúc của Diopsit [3, 29] Diopsit có công thức CaO.MgO.2SiO2 hay CaMg[Si2O6] Theo lý thuyết gồm có 18,51% MgO; 25,93% CaO và. .. Đặc tính từ của vật liệu gốm rất đa dạng Ta có thể tổng hợp được gốm nghịch từ, gốm thuận từ, gốm sắt từ, gốm phản sắt từ với độ từ cảm thay đổi từ 0 đến 10 phụ thuộc rất đa dạng vào nhiệt độ cũng như từ trường ngoài Đặc tính quang: có thể tổng hợp được các loại vật liệu có các tính chất quang học khác nhau như vật liệu phát quang dưới tác dụng của dòng điện (chất điện phát quang), vật liệu phát quang... này chúng tôi nghiên cứu sự ảnh hưởng của ZrO 2 đến hệ gốm CaO.MgO.2SiO2 nhằm tạo ra dung dịch rắn trên cơ sở CaMgSi 2-xZrxO6 để thu được vật liệu gốm có những tính chất đặc biệt 1.3.2 Tính chất của gốm Diopsit [30] Diopsit công thức hóa học CaMgSi2O6 thường tồn tại ở dạng đá quý trong như pha lê Độ cứng: 5-6, khá giòn, trọng lượng riêng của diopsit là 3,40 g/cm 3 Gốm diopsit có đặc tính bền nhiệt, bền... Đặc tính điện: độ dẫn điện của vật liệu gốm thay đổi trong một phạm vi khá rộng từ dưới 10 Ω-1.cm-1 đến 10-12 Ω-1.cm-1 Có loại vật liệu gốm trong đó phần tử dẫn điện là electron như trong kim loại, cũng có loại vật liệu gốm trong đó ion đóng vai trò là phần tử dẫn điện Do đó ta có thể tổng hợp nhiều loại vật liệu gốm kĩ thuật khác nhau như gốm cách điện, gốm bán dẫn, gốm siêu dẫn điện… Đặc tính từ của. .. ta đi tổng hợp gốm diopsit từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên như: đá vôi, khoáng talc, thạch anh…để thu được diopsit có giá thành rẻ mà vẫn giữ được những đặc tính quan trọng Với mục đích sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sản sẵn có của Việt Nam để sản xuất các vật liệu gốm phục vụ cho sự phát triển kinh tế của đất nước, chúng tôi chọn đề tài cho luận văn: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốm diopsit. .. sunfua)… Liên kết chủ yếu trong vật liệu gốm là liên kết ion, tuy nhiên cũng có trường hợp liên kết cộng hóa trị đóng vai trò chính Vật liệu gốm có nhiều đặc tính quí về cơ, nhiệt, điện, từ, quang… do đó đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp Đặc tính cơ: vật liệu gốm có độ rắn cao nên được dùng làm vật liệu mài, vật liệu giá đỡ… Đặc tính nhiệt: vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao,... nhiệt của vật liệu, sự thay đổi chiều dài theo nhiệt độ của vật liệu rắn được biểu diễn bởi công thức: α= l t −l0 l0 (Tt − T0 ) Trong đó: lt và l0 tương ứng là chiều dài ban đầu và chiều dài cuối cùng khi tăng nhiệt độ của vật liệu từ T0 đến Tt α: hệ số giãn nở nhiệt theo chiều dài (oC-1) Vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt càng lớn thì khi thay đổi nhiệt độ, sự co giãn của vật liệu càng lớn làm cho vật liệu ... chọn đề tài cho luận văn: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu gốm diopsit CaO.MgO.2SiO2 nghiên cứu ảnh hưởng ZrO2 đến cấu trúc, tính chất vật liệu Luận văn tốt nghiệp Hóa Vô Chương 1- TỔNG QUAN 1.1... 2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN .33 2.1.1 Mục tiêu luận văn 33 Nghiên cứu tổng hợp gốm Diopsit CaO.MgO.2SiO2 ảnh hưởng Ziriconi (IV) oxit đến cấu trúc tính chất gốm 33... Do ta tổng hợp nhiều loại vật liệu gốm kĩ thuật khác gốm cách điện, gốm bán dẫn, gốm siêu dẫn điện… Đặc tính từ vật liệu gốm đa dạng Ta tổng hợp gốm nghịch từ, gốm thuận từ, gốm sắt từ, gốm phản