Gốm thuỷ tinh



tải về 368.53 Kb.
trang4/4
Chuyển đổi dữ liệu18.08.2016
Kích368.53 Kb.
1   2   3   4

Nhận xét:

- Do sản phẩm có tạo thành pha thuỷ tinh nên có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn hệ số giãn nở nhiệt của gốm có cùng thành phần hoá học.

- Khi nhiệt độ ủ tăng, hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu giảm.

3.2.2 ĐIỀU CHẾ GỐM TRÊN HỆ BẬC BA CaO – MgO – SiO2

2.1. Chuẩn bị mẫu

Thành phần các mẫu như trong bảng 3.1

Nghiên cứu này nhằm điều chế gốm trong hệ CaO-MgO-SiO2 dựa vào thành phần diopside và wollastonite tồn tại nhiệt độ thấp, do đó thành phần cơ bản của phối liệu được lựa chọn trong vùng nhiệt độ thấp của hệ (gần với kiểu eutecti). Thành phần của phối liệu được lựa chọn như sau :51-52% SiO2, 37-39% CaO, 9-12% MgO. Để tạo sản phẩm gốm chúng tôi đã bổ xung vào một lượng chất khoáng hoá B2O3, P2O5, Na2O và CaF2. [14]

2.2. Cách làm

+ Cân phối liệu CaCl2.2H2O, MgCl2.6H2O và SiO2 theo thành phần trong bảng1.

+ Hoà tan CaCl2.2H2O và MgCl2.6H2O vào huyền phù SiO2.

+ Tiến hành kết tủa các muối bằng dung dịch (NH4)2CO3.

+ Lọc, sấy khô kết tủa thu được.

+ Trộn các chất khoáng hoá rồi nung sơ bộ ở 700-8000C trong 60 phút.

+ Nghiền hỗn hợp sau khi nung sơ bộ bằng máy nghiền hành tinh trong 30 phút (tốc độ 200vòng/phút).

+ Trộn với chất kết dính (dung dịch PVA 5%) rồi ép viên bằng bơm thuỷ lực.

+ Nung mẫu theo các chế độ đã chọn từ 10500C, 11000C với thời gian lưu 30, 60 và 90 phút sau đó ủ tại 8000C trong 60 phút.

2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần, nhiệt độ, thời gian nung và thời gian ủ tới quá trình hình thành gốm.

Chúng tôi tiến hành chuẩn bị 6 dãy mẫu với điều kiện nung, ủ và có ký hiệu mẫu như trong bảng số 3.7:



Bảng 3.7. Ký hiệu các mẫu




Mẫu

S1

S2

S3

S4

S5

Dãy


Điều kiện




Ký hiệu















1

Nung tại 10500C trong 30phút

Ủ tại 8000C trong 60phút



S1.1

S1.2

S1.3

S1.4

S1.5

2

Nung tại 10500C trong 60phút

Ủ tại 8000C trong 60phút



S2.1

S2.2

S2.3

S2.4

S2.5

3

Nung tại 10500C trong 90phút

Ủ tại 8000C trong 60phút



S3.1

S3.2

S3.3

S3.4

S3.5

4

Nung tại 11000C trong 30phút

Ủ tại 8000C trong 60phút



S4.1

S4.2

S4.3

S4.4

S4.5

5

Nung tại 11000C trong 60phút

Ủ tại 8000C trong 60phút



S5.1

S5.2

S5.3

S5.4

S5.5

6

Nung tại 11000C trong 90phút

Ủ tại 8000C trong 60phút



S6.1

S6.2

S6.3

S6.4

S6.5

Các mẫu sau khi nung, ủ theo các chế độ đã chọn, chúng tôi tiến hành chụp X–ray để xác định thành phần pha, từ đó lựa chọn điều kiện tối ưu để tổng hợp và xác định các tính chất khác của vật liệu.

2.4. Kết quả và thảo luận



1. Kết quả phân tích nhiệt.

Hỗn hợp kết tủa CaCO3, MgCO3 và SiO2 (chưa cho chất khoáng hoá) thu được ở giai đoạn chuẩn bị mẫu tiến hành phân tích nhiệt (30 -13000C, tốc độ đốt nóng 100C/phút, trong không khí). Kết quả được trình bày trên hình 3.7.





Hình 3.7: Kết quả phân tích nhiệt mẫu chưa có chất khoáng hoá

Từ giản đồ nhiệt cho ta thấy trên đường DTA xuất hiện các hiệu ứng:

+ Hiệu ứng thu nhiệt ở 117,540C, tương ứng với đường TG giảm khối lượng 4,83%. Giai đoạn này xảy ra do sự bay hơi nước, phân huỷ muối NH4Cl được tạo ra và (NH4)2CO3 dư chưa phản ứng hết.

+ Hiệu ứng thu nhiệt ở 842,950C tương ứng với sự giảm khối lượng 16,56%. Giai đoạn này xảy ra các phản ứng phân huỷ:

CaCO3 CaO + CO2

MgCO3 MgO + CO2

Mg(OH)2 MgO + H2O

Như vậy quá tình tạo ra CaO, MgO mới hình thành có kích thước hạt bé, diện tích lớn, tính thể mới hình thành chưa ổn định vì vậy tăng diện tích tiếp xúc và tăng khả năng phản ứng để tạo thành pha tinh thể gốm. Điều này cũng được trình bày ở phần tổng quan [1.1.4.3].

Tại nhiệt độ 10800C xuất hiện một hiệu ứng toả nhiệt, tuy rất nhỏ, đây có thể là một quá trình hình thành một pha tinh thể nào đó. Khi tiến hành nung thử một số mẫu ở xung quanh nhiệu độ này (10500C, 11000C, 12000C) trong thời gian 120 phút, Kết quả cho thấy sản phẩm chưa có các tính chất chắc đặc cao hoặc chưa có độ kết dính cao. Điều này cho thấy muốn hình thành sản phẩm với các tính chất mong muốn cần phải nâng nhiệt độ nung cao hơn nữa. Do đó muốn giảm nhiệt độ tổng hợp cần phải thêm chất khoáng hoá. Dựa trên giản đồ phân tích nhiệt ta chọn nhiệt độ nung sơ bộ ở khoảng 700-8000C nhằm nâng cao diện tích bề mặt hạt và cấu trúc tinh thể chưa ổn định.

2. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (X-Ray)

Tiến hành phân tích nhiễu xạ tia X các mẫu S1.5, S2.4, S3.3, S4.5, S5.5, S6.5. Kết quả được trình bày trong bảng 3.8



Bảng 3.8. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu
















Pha

















Diopside










Wollastonite










Akermanite









Mẫu

2

d

I

2

d

I

2

d

I

S1,5










30,0

2,971

650

31,2

2,865

330

S2,4










30,0

2,974

470










S3,3

29,8

2,977

265

30,0

2,977

265










S4,5

29,8

2,972

250

30,0

2,972

250

31,2

2,868

90

S5,5

29,8

2,975

520

30,0

2,975

520










S6,5










30,0

2,975

750

31,2

2,868

320

Nhận xét:

- Từ kết quả cho ta thấy sự ảnh hưởng của nhiệt độ nung và hỗn hợp phụ gia ảnh hưởng đến quá trình hình thành và kết tinh tinh thể trong sản phẩm.

- Pha tinh thể Wollastonite được tạo thành trong tất cả các mẫu ở các điều kiện khác nhau. Điều này được giải thích là do sự phụ thuộc vào tỉ lệ CaO/SiO2 có trong mẫu và sự xúc tiến của B2O3, P2O5, chất khoáng hoá Na2O, CaF2 đã được nghiên cứu trong hệ CaO-SiO2-B2O3 [11].

- Hai pha Diopside và Arkermanite chỉ xuất hiện ở một số mẫu ở nhiệt độ khác nhau.

- Mẫu S2,4 ( nung ở 10500C trong 60 phút) khi sử dụng 2 phụ gia B2O3 và P2O5 sản phẩm thu được chỉ có một pha duy nhất là Wollastonite.

- Cường độ các pha được thể hiện trong hình 15, từ đó ta thấy

+ Sản phẩm gốm thu được là đa pha. Trong đó pha Diopside và Wollastonite là chính, ngoài ra còn tạo pha phụ với hàm lượng nhỏ (được thể hiện ở cường độ peak thấp). Điều này cũng phù hợp với các kết quả của các tác giả [14,16] đã nghiên cứu.



Hình 3.8. Cường độ các pha ở các mẫu

3. Kết quả xác định các tính chất vật lý khác

3.1. Các tính chất vật lý của mẫu nung ở 10500C trong 30 phút, 60 phút, 90 phút; ủ tại 8000C trong 60 phút được trình bày trong bảng 3.9.



Bảng 3.9. Kết quả xác định các tính chất vật lý của các mẫu ở 10500C

Tên mẫu

Độ co ngót (%)

Khối lượng riêng (g/cm3)

30’

60’

90’

30’

60’

90’

S1

3,587

3,75

3,70

2,0148

2,152

2,12

S2

3,728

5,8

5,57

2,3065

2,119

2,4347

S3

3,846

4,67

5,045

2,3177

2,3

2,5474

S4

3,553

4,85

5,526

2,6307

2,6028

2,4895

S5

3,345

4,54

4,875

2,3501

2,2452

1,9975

3.2. Các tính chất vật lý của các mẫu nung ở 11000C trong 30 phút, 60 phút và 90 phút được trình bày trong bảng 3.10

Bảng 3.10. Kết quả xác định các tính chất vật lý của các mẫu ở 11000C

Tên mẫu

Độ co ngót (%)

Khối lượng riêng (g/cm3)

30’

60’

90’

30’

60’

90’

S1

5,8

6.45

7.22

2,02

2,20

2,22

S2

5,656

8,298

9,0

2,495

2,24

3,054

S3

7,34

6,522

10,0

2,574

2,06

2,4

S4

3,55

5,66

7,273

2,256

2,535

2,46

S5

6,775

8,24

4,348

2,199

2,095

2,126

Các tính chất vật lí của các mẫu được thể hiện trên các hình 3.9 và 3.10

a. Độ co ngót




Hình 3.9. Sự phụ thuộc của độ co ngót các mẫu vào nhiệt độ và thời gian.

Nhận xét:

- Nhìn chung khi nhiệt độ nung thiêu kết tăng, thời gian ủ tăng thì độ co ngót của các mẫu cũng tăng. Điều này có thể được giải thích do khi tăng nhiệt độ thiêu kết, tăng thời gian lưu giúp tăng pha thuỷ tinh trong gốm tạo cho các tinh thể được tạo thành tập hợp lại với nhau dễ dàng hơn.

b. Khối lượng riêng



Hình 3.10. Khối lượng riêng các mẫu thuộc các dãy khác nhau

Nhận xét:

- Khối lượng riêng của các mẫu xác định được trong khoảng 2 - 3 g/cm3. Tuy nhiên đối với mẫu S2, có giá trị khối lượng riêng lớn hơn 3 g/cm3, điều này chứng tỏ hỗn hợp chất nóng chảy lớn ảnh hưởng đến quá trình kết tinh của tinh thể đồng thời tạo pha thuỷ tinh làm tăng mật độ các hạt và tăng độ chắc đặc hơn.

- Nhìn chung giá trị khối lượng riêng của các mẫu khác nhau không nhiều. Chứng tỏ khi thay đổi nhiệt độ nung và thời gian lưu trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu không ảnh hưởng nhiều đến giá trị khối lượng riêng.

4.4. Kết quả xác định độ bền nén

Tiến hành đo độ bền nén của mẫu thử S1.4 tại Tổng Cục Đo Lường Chất Lượng cho kết quả như bảng 3.11:



Bảng 3.11. Độ bền nén của mẫu S1,4

Mẫu

Chiều dài

(cm)


Chiều rộng (cm)

Chiều cao (cm)

Diện tích (cm2)

Kgf

N

N/cm2

S1.4

1.15

0.9

1.0

1.035

3210.5

31490

30430

Nhận xét:

- Độ bền nén của mẫu gốm cao hơn so với độ bền nén của các mẫu gốm thuỷ tinh điều chế được ở trên. Điều này có thể là do trong các mẫu gốm thuỷ tinh, hình thành pha thuỷ tinh lớn nên có độ bền kém hơn mẫu gốm chứa nhiều tinh thể hơn.



4.5. Kết quả xác định điểm chảy

Mẫu thử S1,5 đo tại Viện Khoa Học Vật Liệu Xây Dựng được trình bày trong hình 3.11.





Hình 3.11. Kết quả xác định điểm chảy của mẫu S1,5

Nhận xét: Qua đường DTA ta có thể thấy một hiệu ứng thu nhiệt mạnh nhất tại 1148,10C ứng với điểm chảy mềm của vật liệu. Các hiệu ứng toả nhiệt tại 1306,20C và 14000C ứng với quá trình tạo thành thêm tinh thể mới.

4.6. Kết quả ảnh SEM

Mẫu S6,2 được chụp tại Viện Khoa Học Vật Liệu - Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam trình bày trên hình 3.12.



Hình 3.12. Ẩnh SEM của mẫu S6,2

Nhận xét:

- Hạt tinh thể to là Diopside, hạt nhỏ là Wollastonite, điều này được tác giả [14] giải thích.

- Qua ảnh chúng ta có thể thấy rằng trong mẫu còn nhiều lỗ trống hơn so với mẫu S10,2 do trong mẫu S6,2 này tạo pha thuỷ tinh kém hơn.

4.7. Kết quả xác định hệ số giãn nở nhiệt

Kết quả xác định hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu S3,3, S4,5, S5,5 được trình bày trong bảng 3.12:

Bảng 3.12. Hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu


Mẫu

S3,3

S4,5

S5,5

Hệ số trung bình (10-6/0C)

- 12.1291

-11.0221

-7.3541

Nhận xét:

- Hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu gốm có giá trị nhỏ hơn của các mẫu gốm-thuỷ tinh. Điều này có thể là do trong các mẫu gốm sự tạo thành pha thuỷ tinh kém hơn trong mẫu gốm thuỷ tinh.

- Khi có cùng thành phần hoá học thì thời gian lưu thiêu kết tăng dẫn đến hệ số giãn nở nhiệt giảm ( mẫu S4.5 và S5.5 ).

- Khi nhiệt độ thiêu kết tăng thì hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu giảm (mẫu S3.3 so với các mẫu S4.5 và S5.5).

KẾT LUẬN

Qua kết quả nghiên cứu tổng hợp gốm thuỷ tinh và gốm dựa trên hệ CaO-MgO-SiO2 bằng phương pháp bột, chúng tôi đưa đến các kết luận sau đây:

1. Gốm thuỷ tinh tổng hợp ở trạng thái nóng chảy 12600C có sử dụng hỗn hợp phụ gia B2O3, P2O5, Na2O và CaF. Thu được sản phẩm chứa pha tinh thể Diopside – Wollastonite và pha thuỷ tinh.

2. Với nhiệt độ ủ ở 8500C và thời gian lưu trong 60 phút thu được sản phẩm có cấu trúc và tính chất tốt, ổn định.

3. Gốm trên cơ sở thành phần MgO( 7,86%-10,3%), CaO(30%-33%), SiO2 (41,39%-45,35%) tổng hợp được là đa pha trong đó pha tinh thể Diopside là chủ yếu, pha wollastonite và akermanite rất nhỏ. Pha tinh thể thu được có ảnh hưởng đến các tính chất vật lý của sản phẩm.

4. Khi sử dụng hỗn hợp phụ gia B2O3, P2O5, Na2O và CaF đã giảm được nhiệt độ thiêu kết xuống 11000C (ủ ở 8000C) thấp hơn so với lý thuyết (13200C) và có ảnh hưởng đến sự tạo thành pha tinh thể của sản phẩm.



TÀI LIỆU THAM KHẢO



Tiếng Việt

  1. .Vũ Đăng Độ, “Các phương pháp vật lí ứng dụng trong hoá học”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, (2006).

  2. Nguyễn Đăng Hùng, “Cộng nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa”, Nhà xuất bản Bách Khoa – Hà Nội (2006).

  3. Kim Long, Hoàng Nhuận, “Tính chất lí hoá của các chất vô cơ”, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2001.

  4. Hoàng Nhâm, “Hoá học vô cơ (tập 2)”, NXB Giáo dục, tr. 55-56, 134-137. (2006).

  5. Nguyễn Như Quý, “Công nghệ vật liệu cách nhiệt”, Nhà xuất bản xây dựng – Hà Nội (2002)..

  6. Phan Văn Tường, “Vật liệu vô cơ”, Giáo trình chuyên đề, tr. 70-75, (2001).

  7. Phan Văn Tường, “Vật liệu vô cơ”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, (2007).

  8. Phan Văn Tường, , “Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, (2007).

Tiếng Anh

  1. C.C Chiang, Sea.Fuewang, “Densification and microware dielectric properties of CaO-B2O3-SiO2 system glass-ceramics”, Ceramics International (2007).

  2. Cheng – Fu Yang, “The characteristics of MgO-CaO-Al2O3-SiO2 composite powder made by sol-gel method”, Ceramics international 24 (1998) 234-247.

  3. C.Zanelli, G.Baldi.M Dondi, “Glass-ceramic frits for porcelain stoneware bodies. Effect on sintering, phase composition and technologycal properties”, ceramic international (2007).

  4. D.U. Tulyvanov, S.A gathopoulos, J.M. Ventura, M.A. Karakassides, O. Fabrichnaya, J.M.F. Ferreira, “Synthesys of glass-ceramics in the CaO-MgO-SiO2 system with B2O3, P2O5 , Na2O and CaF2 additives”. Journal of the European Ceramic Society, Vol. 26, 1463-1471, (2006).

  5. J.R.Taylor, A.C.Bull, Ceramices glaze technology pergamon press oxford, New York, pp.14 (1997).

  6. J.B. Ferguson, H.E. Merwin, “The ternary system CaO-MgO-SiO2”, source. internet: http://www.pubmedcentral.niv.gov/articlerender.fcgi?artid ,(1918).

  7. M.G.Rasteiro, Tiago Gassman, R.Santos, E. Antunes, “Crystalline phase characterization of glass-ceramic glazes”, Ceramics international 33(2007) 345-354.

  8. Mayrad.S.Zolotar, “Study of the sol-gel processing of glass-ceramic powder in the SiO2-Al2O3-CaO-CaF2 system”, Journal of Non-Crystalline Solid 247 (1999) 50-57.

  9. R.D. Rawlings, J.P. Wu, A.R.Boccaccini, “Glass-Ceramics: their production from wastes. A review” Journal of Materials Science, Vol. 41, 733-761,(2006).

  10. V.M.F.Marques, D.U.Tulyaganov, “Low temperature production of glass-ceramics in the anorthite-diopside system via sintering and crystallization of glass-powder compacts”, ceramics International (2007).

  11. Z.Karoly, I.Mohai, “Production of glass-ceramic from fly ash using arc plasma”, Journal of the European Ceramic Society 27(2007) 1721-1725.

  12. Wolfgang Pannhorst,”Glass ceramics: “State of the art”, Journal of Non-crystalline Solid, 219(1997) 198-204.







1   2   3   4


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương