(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu tổng hợp gốm cordierite và composite mullite cordierite từ cao lanh a lưới thừa thiên huế luận án TS hóa học65 44 25 01

Mục Lục
Trang
1

Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt

5

Danh mục các bảng

6

Danh mục các hình

7

Mở ĐầU

10

Chơng 1. TổNG QUAN lý thuyết

13

1.1. Giíi thiƯu vỊ cordierite

13

1.1.1. Cordierite vµ cÊu tróc cđa nã

13

1.1.2. Mét sè tÝnh chÊt quan träng cña gèm cordierite

16

1.1.2.1. TÝnh chất nhiệt

16

1.1.2.2. Tính chất điện môi

18

1.1.3. Một số ứng dụng cđa gèm cordierite

22

1.1.3.1. ChÊt mang xóc t¸c xư lý khÝ thải

22

1.1.3.2. Tổng hợp composite MC

23

1.1.3.3. Vật liệu cách điện

25

1.1.4. Tình hình nghiên cứu tổng hợp gốm cordierite

25

1.1.4.1. Phơng pháp gốm truyền thống

25

1.1.4.2. Phơng pháp phân tán rắn - lỏng

27

1.1.4.3. Phơng pháp sol-gel

28

1.1.4.4. Tổng hợp cordierite từ khoáng aluminosilicate

32

1.2. Giới thiệu về mullite và một số phơng pháp tổng hợp composite
mullite-cordierite

36

1.2.1. Giới thiệu về mullite

36

1.2.2. Tình hình nghiên cứu tổng hợp composite MC

40

1.2.2.1. Tổng hợp composite MC từ mullite và cordierite thiêu kết

40

1.2.2.2. Tổng hợp composite MC bằng phơng pháp sol-gel

41

1

TIEU LUAN MOI download :


1.2.2.3. Tổng hợp composite MC từ cao lanh và mullite thiêu kết
1.3. Giới thiệu về phản ứng giữa các pha rắn

46
47

1.3.1. Giai đoạn tạo mầm tinh thể sản phẩm

47

1.3.2. Giai đoạn phát triển tinh thể sản phẩm

48

Chơng 2. NộI DUNG Và PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU

50

2.1. Nội dung nghiên cứu

50

2.2. Phơng pháp nghiên cứu

51

2.2.1. Chuẩn bị mẫu

51

2.2.2. Phơng pháp phân tích thành phần hoá học

53

2.2.2.1. Xác định lợng hàm SiO2

54

2.2.2.2. Xác định hàm lợng Fe2O3 và Al2O3

54

2.2.2.3. Xác định hàm lợng CaO và MgO

55

2.2.2.4. Xác định hàm lợng K2O và Na2O

55

2.2.2.5. Xác định hàm lợng MKN

56

2.2.3. Phơng pháp nhiễu xạ tia X

57

2.2.4. Phơng pháp phân tích nhiệt

60

2.2.5. Phơng pháp quan sát vi cấu trúc bằng hiển vi điện tử quét

61

2.2.6. Phơng pháp phân tích thành phần cấp hạt

61

2.2.7. Phơng pháp xác định độ chịu lửa

62

2.2.8. Xác định hệ số giÃn nở nhiệt

63

2.2.9. Xác định hằng số điện môi và góc tổn thất điện môi

63

2.3. Chuẩn bị hoá chất

63

Chơng 3. Kết quả nghiên cứu và bàn luận

65

3.1. Thành phần hoá học, thành phần khoáng, cấp hạt và khảo sát một số

65

tính chất của cao lanh A Lới
3.1.1. Thành phần hóa học của cao lanh A Lới

65

3.1.2. Thành phần khoáng của cao lanh A Lới

66

3.1.3. Thành phần cấp hạt của cao lanh A Lới

67

3.1.4. Các quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung cao lanh A L−íi

69

2

TIEU LUAN MOI download :


3.1.5. Định lợng thành phần khoáng của cao lanh A Lới

71

3.1.6. Xác định một số tính chất của cao lanh A L−íi sau khi nung

73

3.2. Tỉng hỵp gèm cordierite tõ cao lanh A Lới

76

3.2.1. Chuẩn bị precursor cordierite

76

3.2.1.1. Chọn tác nhân kết tủa

76

3.2.1.2. ảnh hởng tỷ lệ mol NH3/Mg2+ đến % sè mol Mg2+ kÕt tđa

77

3.2.1.3. ¶nh h−ëng tû lƯ mol NH3/Al3+ ®Õn % sè mol Al3+ kÕt tđa

79

3.2.1.4. Mèi quan hệ giữa tỷ lệ mol MgO/SiO2 và Al2O3/SiO2
trong hỗn hợp đầu và trong kết tủa
3.2.2. Các đặc tính của precursor cordierite

80
83

3.2.2.1. Hình thái học của precursor cordierite

83

3.2.2.2. Thành phần khoáng của precursor cordierite

84

3.2.2.3. Các quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung precursor
cordierite

85

3.2.3. ảnh hởng của nhiệt độ nung đến quá trình tạo pha cordierite

87

3.2.4. ảnh hởng của quá trình nghiền đến nhiệt độ tạo pha cordierite

90

3.2.5. Xác định mét sè tÝnh chÊt cđa gèm cordierite

100

3.2.5.1. HƯ sè gi·n nở nhiệt

100

3.2.5.2. Hằng số điện môi và góc tổn thất điện môi

101

3.2.5.3. Vi cấu trúc của gốm cordierite

103

3.2.5.4. Khối lợng thể tích, độ co, độ hút nớc của gốm
cordierite

104

3.2.5.5. Xác định các thông số mạng của cordierite

3.3. Tổng hợp composite mullite - cordierite

105
109

3.3.1. Tỉng hỵp gèm mullite tõ cao lanh A Lới

109

3.3.1.1. Chuẩn bị precursor mullite

110

3.3.1.2. Thành phần pha của precursor MA

111

3.3.1.3. Các quá trình chuyển hoá xảy ra khi nung precursor MA 112

3

TIEU LUAN MOI download :


3.3.1.4. Khảo sát quá trình tạo pha mullite

113

3.3.1.5. Một số tÝnh chÊt cđa gèm mullite tỉng hỵp tõ cao lanh A
Lới

117

3.3.2. Tổng hợp composite MC từ mullite và cordierite thiêu kết

118

3.3.2.1. Thành phần phối liệu composite MC

119

3.3.2.2. Thành phần pha của các mẫu RA sau khi nung thiêu kết

119

3.3.2.3. Độ chịu lửa của các mẫu RA

122

3.3.2.4. Hệ số giÃn nở nhiệt của các mẫu RA

123
127

kết luận
danh mục các công trình khoa học đà công bố liên
quan đến luận án

129

tài liệu tham kh¶o

130

phơ lơc

139

4

TIEU LUAN MOI download :


danh mục các chữ viết tắt

ASB

Aluminum sec-butoxide Al[-O-CH(CH3)-C2H5)]3

DTA

Differential Thermal Analysis (Ph©n tÝch nhiƯt vi sai)

MC

Mullite-Cordierite

MKN

MÊt khi nung

Na2H2Y

Ethylenediaminetetraacetic acid, disodium salt
(NaOOC-CH2)2N-CH2-CH2-N(CH2-COOH)2

PA

Precursor cordierite

RA

Composite mullite-cordierite

SEM

Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TEOS

Tetraethoxysilane (C2H5O)4Si

TG

Thermogravimetry (Phân tích nhiệt trọng lợng)

XRD

X-ray Diffraction (Nhiễu x¹ tia X)

5

TIEU LUAN MOI download :


Danh mục các bảng
Trang
Bảng 1.1. Một số tính chất kỹ thuật của gốm cordierite và mullite

22

Bảng 1.2. Thành phần hoá học của nguyên liệu tổng hợp cordierite

Bảng 2.

theo phơng pháp gốm truyền thống của J.R. Gonzalez

34

Các pic nhiễu xạ đặc trng của một số khoáng

59

Bảng 3.1. Thành phần hóa học của cao lanh A Lới

65

Bảng 3.2. Thành phần cấp hạt của cao lanh A Lới sau lọc

67

Bảng 3.3. Thành phần khoáng, hoá của cao lanh A Lới sau lọc

72

Bảng 3.4. Mét sè tÝnh chÊt cđa cao lanh A L−íi sau khi nung

74

Bảng 3.5. ảnh hởng tỷ lệ mol NH3/Mg2+ đến % sè mol Mg2+ kÕt tđa

78

B¶ng 3.6. ¶nh h−ëng tû lệ mol NH3/Al3+ đến % số mol Al3+ kết tủa

80

Bảng 3.7. Tỷ lệ mol MgO/SiO2 và Al2O3 /SiO2 trong hỗn hợp đầu và trong
kết tủa

81

Bảng 3.8. Thành phần hoá học của mẫu precursor PA

83

Bảng 3.9. Thành phần cấp hạt của các mẫu PA trớc và sau khi nghiền

92

Bảng 3.10. Độ co, độ hút nớc, khối lợng thể tích của gốm cordierite

104

Bảng 3.11. Mối liên hệ giữa giá trị dhkl với các thông số mạng

105

Bảng 3.12. Thông

số

mạng

của

khoáng

cordierite

trong

mẫu

PA1200(180)

106

Bảng 3.13. Thành phần hoá häc cđa precursor mullite MA

111

B¶ng 3.14. Mét sè tÝnh chÊt của gốm mullite nung ở các nhiệt độ khác
nhau

117

Bảng 3.15. Thành phần phối liệu của các mẫu RA

119

Bảng 3.16. Độ chịu lửa của các mẫu PA1200, MA1500 và RA

122

Bảng 3.17. Hệ số giÃn nở nhiệt trung bình của các mẫu RA

124

6

TIEU LUAN MOI download :


Danh mục các hình
Trang

Hình 1.1. Cấu trúc của khoáng cordierite

14

Hình 1.2. Giản đồ trạng thái hệ 3 cấu tử MgO-Al2O3-SiO2

15

Hình 1.3. Cấu tạo của tụ điện phẳng

18

Hình 1.4. Mối quan hệ giữa điện áp (U) và cờng độ dòng (I) qua tụ điện

20

Hình 1.5. Gốm cordierite dạng tổ ong làm chất mang xúc tác xử lý khí thải

24

Hình 1.6. Vật liệu chịu lửa composite mullite-cordierite làm giá đỡ, tấm
kê trong lò nung gốm sứ

24

Hình 1.7. Vật liệu cách điện từ gốm cordierite

24

Hình 1.8. Sơ đồ quá trình tổng hợp gốm cordierite theo phơng pháp

gốm truyền thống

26

Hình 1.9. Sơ đồ quá trình tổng hợp vật liệu gốm theo phơng pháp sol-gel

29

Hình 1.10. Sơ đồ tổng hợp gốm cordierite bằng phơng pháp sol-gel theo
M.A. Einarsrud

31

Hình 1.11. Đơn vị cấu trúc của khoáng aluminosilicate

32

Hình 1.12. Giản đồ XRD của các mẫu gốm cordierite tổng hợp theo
phơng pháp gốm truyền thống của J.R. Gonzalez

35

Hình 1.13. Giản đồ trạng thái hệ 2 cấu tử Al2O3 - SiO2

36

Hình 1.14. Cấu trúc của khoáng kaolinite

38

Hình 1.15. Cấu trúc của metakaolinite

39

Hình 1.16. Quy trình tổng hợp composite MC bằng phơng pháp sol-gel
theo T. Ebadzadeh

44

Hình 1.17. Quy trình tổng hợp composite MC bằng phơng pháp sol-gel
theo G.M.U. Ismail

45

Hình 1.18. Quá trình tạo mầm và phát triển tinh thể sản phẩm MgAl2O4

49

Hình 2.1. Vị trí lấy mẫu ở mỏ cao lanh Bốt Đỏ, A Lới

52

Hình 2.2. Sơ đồ sự nhiễu x¹ tia X qua m¹ng tinh thĨ

57

7

TIEU LUAN MOI download :

Hình 3.1. Giản đồ XRD của cao lanh A Lới sau lọc

67

Hình 3.2. Giản đồ phân bố cấp hạt của cao lanh A Lới sau lọc

68

Hình 3.3. ảnh SEM của cao lanh A Lới

68

Hình 3.4. Giản đồ TG-DTA của cao lanh A Lới

70

Hình 3.5. Chỉ số đối xứng I của hiƯu øng mÊt n−íc cÊu tróc cao lanh A L−íi

71

H×nh 3.6. Giản đồ XRD của cao lanh A Lới nung ở các nhiệt độ khác nhau

75

Hình 3.7. ảnh hởng của tû lƯ mol NH3/Mg2+ ®Õn % sè mol Mg2+ kÕt tủa

78

Hình 3.8. Sự phụ thuộc giữa tỷ lệ mol MgO/SiO2 trong hỗn hợp đầu và

trong kết tủa

82

Hình 3.9. ảnh SEM của mẫu precursor cordierite PA

84

Hình 3.10. Giản đồ XRD của mẫu precursor cordierite PA

85

Hình 3.11. Giản đồ DTA-TG của precursor cordierite PA

86

Hình 3.12. Giản đồ XRD các mẫu PA nung ở các nhiệt độ khác nhau

88

Hình 3.13. ảnh hởng của thời gian nghiền đến phân bố cấp hạt của các
mẫu PA

93

Hình 3.14. ảnh SEM của các mẫu PA sau khi nghiền ở các thời gian khác
nhau

94

Hình 3.15. Giản đồ XRD cđa c¸c mÉu PA sau khi nghiỊn ë c¸c thêi gian
khác nhau và nung ở 1100oC

95

Hình 3.16. Giản đồ XRD cđa c¸c mÉu PA sau khi nghiỊn ë c¸c thêi gian
khác nhau và nung ở 1200oC

96

Hình 3.17. Giản đồ XRD cđa c¸c mÉu PA sau khi nghiỊn ë c¸c thêi gian
khác nhau và nung ở 1250oC

97

Hình 3.18. Giản đồ XRD cđa c¸c mÉu cordierite (a) nghiỊn ë c¸c thêi gian
kh¸c nhau vµ nung ë 1350oC; (b) nghiỊn trong 32 giê và nung ở
các nhiệt độ khác nhau trong nghiên cứu cđa S.J. Kim

99

H×nh 3.19. HƯ sè gi·n në nhiƯt cđa gốm cordierite ở các nhiệt độ khác
nhau

100

8

TIEU LUAN MOI download :

Hình 3.20. Biến thiên theo tần số của gốm cordierite tổng hợp từ cao lanh
A Lới

101

Hình 3.21. Biến thiên tg theo tần số của gốm cordierite tổng hợp từ cao lanh
102

A Lới
Hình 3.22. ảnh SEM của mẫu PA1200(180) sau khi mài nhẵn bề mặt
(hình A) và sau khi xử lý bề mặt bằng HF (hình B)

103

Hình 3.23. ảnh SEM của gốm cordierite đà mài nhẵn bề mặt và đà xử lý
bề mặt bằng HF trong nghiên cứu của Y. Kobayashi

104

Hình 3.24. Quy trình tổng hợp gốm cordierite từ cao lanh A Lới bằng
phơng pháp phân tán rắn-lỏng

108

Hình 3.25. Giản đồ XRD mẫu precursor mullite MA

111

Hình 3.26. Giản đồ TG-DTA của mẫu precursor mullite MA

112

Hình 3.27. Giản đồ XRD của mẫu MA nung ở các nhiệt độ khác nhau

114

Hình 3.28. ảnh SEM của mẫu precursor mullite MA

116

Hình 3.29. Giản đồ XRD của các mẫu composite RA

120

Hình 3.30. ảnh SEM của mẫu RA3 sau khi xử lý bề mặt bằng HF

121

Hình 3.31. Quan hệ tuyến tính giữa hàm lợng mullite trong phối liệu
composite và độ chịu lửa của các mẫu RA

123

Hình 3.32. HƯ sè gi·n në nhiƯt cđa c¸c mÉu PA1300, MA1500 và RA
theo nhiệt độ

124

Hình 3.33. Hệ số giÃn nở nhiệt của các mẫu RA theo lý thuyết và thực

nghiệm

125

Hình 3.34. Quan hệ tuyến tính giữa hàm lợng mullite trong phối liệu
composite và hệ số giÃn nở nhiệt của các mÉu RA

9

TIEU LUAN MOI download :

126


Mở ĐầU

Gốm cordierite (2MgO.2Al2O3.5SiO2) là loại vật liệu có hệ sè gi·n në
nhiƯt rÊt bÐ, cã ®é bỊn nhiƯt cao, chịu đợc sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ, có
độ bền cơ và bền hoá cao. Đặc biệt, gốm cordierite có điện trở suất lớn, có hằng
số điện môi và tổn hao điện môi rất bé trong vùng tần sè cao.
Nhê cã nhiỊu tÝnh chÊt q nh− vËy nªn gốm cordierite đợc sử dụng rộng
rÃi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong công nghiệp gốm sứ, cordierite đợc
sử dụng để chế tạo vật liệu composite mullite-cordierite có độ chịu lưa cao, cã hƯ
sè gi·n në nhiƯt bÐ, dïng lµm gạch lót lò nung, làm bao nung, tấm kê, giá đỡ
trong lò nung gốm sứ. Trong công nghiệp điện và điện tử, gốm cordierite đợc sử
dụng làm sứ cách điện cao thế, làm bugi (spark plugs) cho động cơ đốt trong,
lµm vËt liƯu nỊn (substrate), vËt liƯu bao bäc (packing materials) nh»m thay thÕ
vËt liƯu oxit nh«m Al2O3 trun thèng [23, 58]. Đặc biệt, trong những năm gần
đây, gốm cordierite đợc nghiên cứu sử dụng làm chất mang xúc tác dạng tổ ong
(cordierite monolithic honeycomb) để xử lý khí thải động cơ nhằm chuyển hóa

các hydrocacbon (HC), cacbon monoxit (CO), các oxit nitơ (NOx) tạo thành H2O,
CO2, N2 để bảo vệ môi trờng... [36, 77, 92]. Ngoài ra, gốm cordierite còn đợc
sử dụng để chế tạo bộ phận trao đổi nhiệt trong các tuabin khí, màng lọc ở nhiệt
độ cao... [33].
Do có vai trò to lớn nh vậy nên việc nghiên cứu các phơng pháp tổng
hợp cordierite là một yêu cầu cấp thiết và đang đợc các nhà khoa học rất quan
tâm. Trớc đây, gốm cordierite đợc tổng hợp chủ yếu bằng phơng pháp gốm
truyền thống đi từ các đơn oxit nh MgO, Al2O3, SiO2 hoặc từ các hợp chất có
chứa MgO, Al2O3, SiO2 nh talc, kyanite, kaolinite... Phơng pháp này có u
điểm là dễ đảm bảo tỷ lệ hợp thức của gốm, độ tinh khiết của sản phẩm cao và
đặc biệt dễ dàng tự động hóa quá trình sản xuất. Tuy nhiên do cấp hạt phối liệu
lớn, mức độ phân tán của các cấu tử phản ứng trong pha rắn kém, nên nhiệt độ
tạo pha cordierite rất cao.

10

TIEU LUAN MOI download :


Để hạ thấp nhiệt độ nung thiêu kết gốm cordierite, trong những năm gần
đây có nhiều công trình nghiên cứu tổng hợp cordierite bằng phơng pháp sol-gel
trên cơ sở sử dụng các alkoxide: tetraethoxysilane Si(OC2H5)4, aluminum secbutoxide Al(OC4H9)3... Phơng pháp này có u điểm là mức độ phân tán của các
cấu tử phản ứng rất cao nên nhiệt độ tạo pha cordierite rất thấp, gốm có độ chắc
đặc cao. Tuy nhiên, do nguyên liệu đầu là các alkoxide rất đắt tiền, đồng thời quá
trình tổng hợp phức tạp, nên phần nào đà hạn chế khả năng ứng dụng của phơng
pháp này trong thực tiễn [31].
Một xu hớng tổng hợp cordierite đợc các nhà khoa học quan tâm hiện
nay là sử dụng nguyên liệu cao lanh, một loại khoáng aluminosilicate tự nhiên có
chứa sẵn Al2O3 và SiO2 trong mạng lới tinh thể, tiến hành bổ sung thêm các hợp
chất chứa magie nh− MgO, Mg(OH)2, bét talc... sao cho phèi liÖu cã thành phần

ứng với tỷ lệ hợp thức của gốm cordierite. Phơng pháp này có u điểm là nhiệt
độ nung tạo pha cordierite thấp hơn đáng kể so với phơng pháp gốm truyền
thống đi từ các oxit MgO, Al2O3, SiO2. Mặt khác, cao lanh là nguồn nguyên liệu
phổ biến và rẻ tiền, nên giá thành sản phẩm thấp.
ở Việt Nam, trong khi ngn nguyªn liƯu cao lanh rÊt phong phó, nhu cầu
sử dụng gốm cordierite trong các lĩnh vực vật liệu chịu lửa, vật liệu cách điện,
chất mang xúc tác... rất lớn, nhng việc nghiên cứu tổng hợp gốm cordierite bằng
các phơng pháp khác nhau, đặc biệt đi từ nguyên liệu cao lanh cha đợc các
nhà khoa học quan tâm đúng møc.
Má cao lanh A L−íi - Thõa Thiªn H cã trữ lợng khá lớn (khoảng 2
triệu tấn [7]), chất lợng tốt, độ trắng tự nhiên rất cao, nhng hớng ứng dụng
còn hạn chế. Hiện nay, cao lanh A Lới đợc khai thác chủ yếu để làm xơng
gạch ốp-lát, gạch granite, sản xuất men frit... nên hiệu quả kinh tế cha cao. Do
vậy, những nghiên cứu tìm hớng sử dụng một cách có hiệu quả nguồn cao lanh
A Lới là rất cần thiết.
Xuất phát từ những vấn đề trên, đề tài này đợc thực hiện nhằm mục đích
tổng hợp gốm cordierite có chất lợng đạt yêu cầu kỹ thuật từ cao lanh A L−íi-

11

TIEU LUAN MOI download :


loại cao lanh có hàm lợng Al2O3 thấp và qua ®ã, gãp phÇn më réng h−íng
h−íng sư dơng cđa cao lanh tại địa phơng. Để đạt đợc mục đích đó, các nhiệm
vụ cần giải quyết của luận án bao gồm:
ã Tìm các điều kiện thí nghiệm thích hợp để tổng hợp gốm cordierite và mullite
ở nhiệt độ nung thiêu kết thấp, có các tính chất cơ lý đạt yêu cầu kỹ thuật trên
cơ sở bổ sung MgO và Al2O3 vào cao lanh A Lới theo phơng pháp phân tán
rắn - lỏng.

ã Nghiên cứu tổng hợp composite mullite - cordierite nhằm tạo ra loại vật liệu
vừa có độ chịu lửa cao, võa cã hƯ sè gi·n në nhiƯt bÐ, cã thĨ sử dụng làm vật
liệu chịu lửa bền nhiệt trong công nghiƯp s¶n xt gèm sø.

12

TIEU LUAN MOI download :


Ch−¬ng 1
TỉNG QUAN lý thut

1.1. Giíi thiƯu vỊ cordierite
1.1.1. Cordierite và cấu trúc của nó
Khoáng cordierite trong tự nhiên lần đầu tiên đợc phát hiện bởi nhà địa
chất ngời Pháp tên là P.L. Cordier vào thế kỷ XVIII. Đây là loại đá quý nổi
tiếng đợc các nhà su tập a chuộng nhờ tính đa màu của nó. Cordierite có
nhiều màu sắc nh xanh nhạt, màu tím, xám, hơi nâu..., trong đó đẹp nhất là màu
xanh tím, nó đợc sánh với màu xanh sáng có sắc tía của ngọc saphia. Vì vậy mà
ngời ta còn gọi cordierite là saphia nớc [47].
Cordierite tự nhiên đợc hình thành nhờ quá trình biến hình
(metamorphism) của đá sét (argillaceous rocks) dới tác dụng của nhiệt độ và áp
suất cao [44]. Đến nay, ngời ta đà xác định đợc hai dạng tồn tại chủ yếu của
cordierite là -cordierite (còn gọi là indialite) và à-cordierite. Trong đó, dạng àcordierite kém bền, chỉ tồn tại trong những điều kiện đặc biệt; -cordierite là
dạng bền ở nhiệt độ cao, nó có thể đợc tìm thấy trong tự nhiên và là pha chính
trong các loại vật liệu bền sốc nhiệt [36].
Cordierite là loại khoáng magnesium aluminosilicate với công thức hoá
học 2MgO.2Al2O3.5SiO2, thành phần % về khối lợng của các oxit lµ: MgO =
13,8%; Al2O3 = 34,8%; SiO2 = 51,4%. Tinh thể cordierite thuộc hệ trực thoi
(orthorhombic) với các thông số m¹ng: a = 9,739 Å, b = 17,080 Å, c = 9,345 Å,

α = β = γ = 90o [26].
Cordierite là loại khoáng thuộc nhóm silicate vòng (cyclosilicates), có cấu
trúc tơng tự nh khoáng beryl (Al2Be3[Si6O18]), gồm các nhóm tứ diện đồng
phẳng liên kết với nhau thành những vòng lục giác, mỗi vòng gồm bốn nhóm tứ
diện SiO4 và hai nhóm tứ diện AlO4, do đó công thức của khoáng cã thĨ viÕt d−íi
d¹ng: Mg2Al2Si[Al2Si4O18].

13

TIEU LUAN MOI download :


Các vòng lục giác này liên kết với nhau thông qua các nhóm tứ diện SiO4 và các
nhóm bát diện MgO6 và AlO6. Các nhóm này đợc hình thành ở bên trong các
hốc tự do của đơn vị cấu trúc. Một đơn vị cấu trúc đợc hình thành bởi ba vòng
tứ diện chồng lên nhau và hai hốc giữa chúng (hình 1.1) [36, 62].

Mg

Si

Al

Si

Al

Al

Si

O
Mg

O
Mg

b
Al

a

Mg

Hình 1.1. Cấu trúc của khoáng cordierite [62]
Cordierite nhân tạo lần đầu tiên đợc tổng hợp thành công vào năm 1918
bởi các nhà khoa học G.A. Rankin, H.E. Merwin [92]. Đây là hợp chất bậc ba
đợc tạo ra tõ hƯ 3 cÊu tư MgO - Al2O3 - SiO2. Hình 1.2 trình bày giản đồ trạng
thái hệ 3 cÊu tư MgO - Al2O3 - SiO2. Theo ®ã, cordierite thuộc loại hợp chất bậc
ba nóng chảy không tơng hợp (incongruence), điểm biểu diễn thành phần của
cordierite không nằm trong vïng kÕt tinh cđa nã mµ n»m trong vïng kÕt tinh của
mullite. Vì thế, khi trộn nguyên liệu ban đầu là các oxit MgO, Al2O3 và SiO2 với
tỷ lệ đúng với công thức phân tử của cordierite là 2MgO.2Al2O3.5SiO2, rồi nung
nóng chảy hoàn toàn hỗn hợp, thì điểm biểu diễn thành phần pha lỏng ứng với vị
trí M ở trên giản đồ cũng trùng với điểm biểu diễn thành phần cña cordierite

14

TIEU LUAN MOI download :

(MgO = 13,7%; Al2O3 = 34,9%; SiO2 = 51,4%). Khi làm nguội lạnh từ từ pha
lỏng thì pha rắn kết tinh đầu tiên sẽ là tinh thể mullite. Điểm biểu diễn thành
phần pha rắn ứng với vị trí A trùng với điểm biểu diễn thành phần của mullite
(Al2O3 = 71,8%; SiO2 = 28,2%). Khi tiÕp tơc lµm ngi tõ tõ hỗn hợp nóng chảy,
mullite sẽ tiếp tục tách ra, do pha lỏng ngày càng nghèo Al2O3 và giàu SiO2, nên
điểm biểu diễn thành phần pha lỏng di chuyển từ vị trÝ M sang B.
Periclase: MgO
Forsterite: 2MgO.SiO2
Spinel: MgO.Al2O3
Protoenstatite: MgO.SiO2
Sapphirine: 4MgO.5Al2O3.2SiO2
Cordierite: 2MgO.2Al2O3.5SiO2
Mullite: 3Al2O3.2SiO2
Corundum: -Al2O3
Cristobalite: SiO2

Hình 1.2. Giản đồ trạng thái hệ 3 cấu tử MgO-Al2O3-SiO2 [14]
Khi điểm biểu diễn thành phần pha lỏng đạt vị trí B nằm ở biên giới phân chia
giữa hai pha mullite và cordierite, thì pha rắn mullite sẽ bị tan trở lại vào pha
lỏng để tạo thành cordierite, điểm biểu diễn thành phần pha rắn di chuyển từ vị
trí A sang vị trí M. Khi điểm biểu diễn thành phần pha rắn đạt vị trí M, chất rắn
thu đợc là cordierite tinh khiết [14].

15

TIEU LUAN MOI download :


Từ giản đồ hệ 3 cấu tử MgO-Al2O3-SiO2, có thể thấy rằng quá trình hình
thành tinh thể cordierite bằng phơng pháp kết tinh từ pha lỏng nóng chảy đi từ

nguyên liệu là các oxit MgO, Al2O3 và SiO2 xảy ra rất khó khăn. Nhiệt độ nóng
chảy của hỗn hợp MgO, Al2O3 và SiO2 có thành phần ứng với tỷ lệ hợp thức của
cordierite khá cao (khoảng 1460oC). Quá trình nguội lạnh của pha lỏng phải đợc
thực hiện rất chậm để tạo thuận lợi cho mullite tan hoàn toàn vào pha lỏng, tạo
thành cordierite và nh vậy thành phần pha tinh thể của sản phẩm sẽ là đơn pha
-cordierite. Nếu quá trình nguội lạnh xảy ra nhanh chóng, pha rắn thu đợc sẽ
đa pha và thành phần của nó sẽ bao gồm cordierite, mullite, spinel...
Vì thế, hớng nghiên cứu các phơng pháp tổng hợp khác nhau nhằm làm
giảm nhiệt độ tạo pha của cordierite, cải thiện quá trình thiêu kết của nó đang
đợc các nhà khoa học trên thế giới quan tâm trong những năm gần đây. Nhiều
công trình nghiên cứu sử dụng các loại nguyên liệu đầu khác nhau nh cao lanh,
bột talc, bột Mg(OH)2 siêu mịn... để làm giảm nhiệt độ tạo pha cordierite [35, 37,
54, 55, 80, 89]. Một số tác giả đà nghiên cứu các phơng pháp chuẩn bị phối liệu
khác nhau nh phơng pháp sol-gel, đồng kết tủa, phân tán rắn-lỏng... để tăng
mức độ phân bố đồng đều của các cấu tử phản ứng, hoặc sử dơng phơ gia kho¸ng
ho¸ (nh− B2O3, P2O5, AlF3, Na2SiF6, Na3AlF6...) nhằm làm tăng tốc độ phản ứng
pha rắn, cải thiện quá trình thiêu kết, thúc đẩy quá trình hình thành tinh thÓ
cordierite [38, 59, 60, 61, 78].
1.1.2. Mét sè tÝnh chÊt quan träng cđa gèm cordierite
1.1.2.1. TÝnh chÊt nhiƯt [32]
- HƯ sè gi·n në nhiƯt
Khi vËt liƯu bÞ nung nãng, các nguyên tử sẽ nhận thêm năng lợng và dao
động quanh vị trí cân bằng. Vì thế, khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử
cũng nh kích thớc của vật liệu tăng lên, nói cách khác vật liệu bị nở ra khi đốt
nóng, khi làm lạnh thì quá trình xảy ra ngợc lại. Hiện tợng đó đợc gọi là sự
giÃn nở nhiệt của vật liệu. Sự thay đổi chiều dài theo nhiệt độ của vật liệu rắn
đợc biểu diễn bởi c«ng thøc 1.1:

16

TIEU LUAN MOI download :


α=

(l t − l 0 )
l 0 ( Tt − T0 )

(1.1)

Trong đó: l0 và lt tơng ứng là chiều dài ban đầu và chiều dài cuối cùng khi tăng
nhiệt ®é cđa vËt liƯu tõ To ®Õn Tt
α: hƯ sè gi·n në nhiƯt theo chiỊu dµi (oC−1)
VËt liƯu cã hƯ số giÃn nở nhiệt () càng lớn thì khi thay ®ỉi nhiƯt ®é, sù co
gi·n cđa vËt liƯu cµng lín làm cho vật liệu bị nứt vỡ. Vì vậy, hệ số giÃn nở nhiệt
là thông số vật lý đặc trng cho độ bền nhiệt của vật liệu.
- Độ bền sốc nhiệt

Khi bị nung nóng hoặc làm nguội, sự phân bố nhiệt độ bên trong vật liệu
phụ thuộc vào kích thớc, hình dạng, độ dẫn nhiệt của nó. ứng suất nhiệt hình
thành do gradient nhiệt độ gây ra bởi sự nung nóng hoặc làm nguội nhanh và làm
cho phần ngoài của vật liệu thay đổi nhiệt độ nhanh hơn phần phía trong. Khi
nung nóng, phần ngoài của vật liệu sẽ nóng hơn, và do đó sẽ giÃn nở mạnh hơn
vùng phía trong. Lúc này, ứng suất ở bề mặt thuộc dạng ứng suất nén, còn ở bên
trong vật liệu là ứng suất kéo. Ngợc lại, khi làm nguội nhanh thì mối tơng
quan ứng suất bên trong và ngoài sẽ đảo lại, bề mặt sẽ chịu ứng suất kéo. Đối với
đa số vật liệu gốm đều có đặc tính giòn, cờng độ bền uốn kém, vì thế chúng dễ
bị phá huỷ do ứng suất nhiệt. Thông thờng, quá trình làm nguội nhanh dễ gây ra
hiện tợng nứt vỡ do sốc nhiệt hơn khi nung nóng, bởi vì trên bề mặt vật liệu xuất
hiện ứng suất kéo, làm cho các vết nứt xuất hiện dễ dàng hơn. Khả năng của vật

liệu chống lại loại phá huỷ này đợc gọi là độ bền sốc nhiệt.
Gốm cordierite là loại vật liệu có hệ số giÃn nở nhiệt rất bé: trong khoảng
nhiệt độ từ 25 ữ 1000oC, hƯ sè gi·n në nhiƯt trung b×nh cđa nã chỉ dao động
trong khoảng từ 2,2 ữ 3,0.10-6/oC [75]. Do ®ã, gèm cordierite cã ®é bỊn sèc nhiƯt
rÊt cao, chÞu đợc sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ. Vì thế, cordierite đợc sử
dụng phổ biến để làm vật liệu chịu lửa bền nhiệt trong công nghiệp gốm sứ, làm
bugi cho động cơ đốt trong, làm chất mang xúc tác xử lý khí thải động cơ, ...

17

TIEU LUAN MOI download :


1.1.2.2. Tính chất điện môi [14, 32]

Khái niệm chất điện môi (dielectric) do Faraday đa ra đầu tiên để chỉ các
chất không dẫn điện. Đặc điểm của vật liệu điện môi là có khoảng trống năng
lợng lớn giữa vùng dẫn và vùng hóa trị nên các electron ở trong vùng hóa trị
không thể nhảy vào vùng dẫn làm cho điện trở suất của các vật liệu này rất cao.
Đa số các sản phẩm gốm sứ đều là vật liệu điện môi, cấu trúc của chúng có sự
pha trộn giữa liên kết cộng hóa trị và liên kết ion.
Các đại lợng vật lý quan trọng nhất đặc trng cho vật liệu điện môi là:
hằng số điện môi, tổn thất điện môi và điện thế đánh thủng.
- Hằng số điện môi () [32]

Đối với tụ điện phẳng thì điện dung của nó tỷ lệ thuận với diện tích của
bản điện cực và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa 2 điện cực. Trong chân không,
điện dung của tụ điện đợc tính theo công thức 1.2:

C 0 = 0

S
d

(1.2)

Trong đó, Co: điện dung của tụ điện (F)
o: hằng số điện môi của chân không ( o = 8,845.10-10 F/cm)
S: là diện tích của bản điện cực (cm2)
d: là khoảng cách giữa 2 bản ®iƯn cùc (cm)
§iƯn dung cđa tơ ®iƯn nh− vËy chØ phụ thuộc vào kích thớc hình học.
Nếu ta đặt một điện áp V giữa 2 bản điện cực thì điện tích tụ điện tích luỹ đợc
tính theo công thức 1.3:
Qo = CoV

(1.3)
d

Bản cực dơng
Chất diện môi
Bản cực âm

Hình 1.3. Cấu tạo của tụ điện phẳng

18

TIEU LUAN MOI download :


Nếu ta đặt vật liệu điện môi (ví dụ sứ cách điện, gốm cordierite...) vào

giữa 2 bản điện cực của tụ điện phẳng (hình 1.3) và vẫn giữ nguyên điện áp V thì
điện tích của tụ điện sẽ tăng lên đến giá trị Q, còn điện dung tăng lên đến giá trị
là C. Khi đó điện tích của tụ điện đợc tính theo công thức 1.4:
Q = CV

(1.4)

Điện dung (C) của tụ điện đợc xác định theo công thức 1.5:

C = C 0 hay =

C
C0

(1.5)

Trong đó: đợc gọi là hằng số điện môi tơng đối của vật liệu. Điều này có
nghĩa là khi đa một vật liệu điện môi vào giữa 2 bản điện cực của tụ điện thì
điện dung của tụ điện tăng lên một đại lợng là .
Kết hợp 1.2 và 1.5, sẽ xác định đợc hằng số điện môi tơng đối của vật
liệu () theo 1.6:
=

1 d
ì ìC
0 S

(1.6)

Trong đó, C: giá trị điện dung của tụ điện (F)

o, S và d nh ở biểu thức 1.2
Trong thực tế, để xác định hằng số điện môi tơng đối của vật liệu, ta cần
tạo 2 điện cực bằng lớp phủ Ag lên hai mặt song phẳng của vật liệu, khi đó vật
liệu trở thành một tụ điện phẳng. Xác định các giá trị điện dung (C), chiều dày
(d) và diện tích bề mặt của điện cực (S) của vật liệu, từ đó tính đợc .
Gốm cordierite là loại vật liệu có hằng số điện môi rất bé: ở vùng tần số
cao từ 1 KHz ữ 1 MHz, giá trị của nó dao động trong khoảng từ 5,0 ữ 6,5 [32].
Do vậy, gốm cordierite có khả năng cách điện rất tốt và thờng đợc sử dụng để
làm sứ cách điện cao thế, cao tần.
- Tổn thất điện môi

Khi đặt vật liệu điện môi vào điện trờng, trong vật liệu xảy ra quá trình dịch
chuyển các điện tích tự do và điện tích ràng buộc. Nh vậy, trong vËt liƯu ®iƯn

19

TIEU LUAN MOI download :


môi xuất hiện dòng điện dẫn và dòng điện phân cực, chúng tác động vào chất
điện môi làm cho vật liệu nóng lên, toả nhiệt và truyền nhiệt vào môi trờng.
Phần năng lợng nhiệt này không sinh công, nên ngời ta thờng gọi đó là tổn
hao điện môi.
Khi áp một ®iƯn thÕ xoay chiỊu víi tÇn sè gãc ω = 2f (f là tần số của điện áp
xoay chiều) vào tụ điện chứa vật liệu điện môi, sẽ xảy ra sự mất mát năng lợng liên
quan đến các quá trình phân cực. Trong tụ điện, mối quan hệ giữa điện thế (U) và
điện tích (Q) đợc biểu diễn bởi phơng trình 1.7:
U=
Dòng đi qua tụ điện là I = C

Q 1
=
Idt
C C

(1.7)

dU
dt

(1.8)

Điện thế xoay chiều đợc tính theo 1.9 và 1.10:
U = Uo sinωt

(1.9)

I = UoCω cosωt

(1.10)

IR
IA
I
δ
ϕ

U

H×nh 1.4. Mèi quan hệ giữa điện áp (U) và cờng độ dòng (I) qua tụ điện

Giữa dòng điện I và điện áp U lƯch pha mét gãc lµ ϕ. Gãc phơ víi ϕ là , trong
đó góc là mức độ tổn thất năng lợng điện môi (hình 1.4). Sự mất mát năng
lợng trong vật liệu điện môi (W) đợc tính theo 1.11:
W = CU2 tg = 2fCU2 tg

(1.11)

Trong đó, U: điện áp (V)
f: tần số của điện áp xoay chiều (Hz)

20

TIEU LUAN MOI download :


: tần số góc (rad/s)
C: điện dung của tụ điện (C)
tg: là tỷ số giữa dòng thực hiện (IA) và dòng h kháng (IR)
Trong trờng hợp chất điện môi lý tởng thì vectơ dòng điện sẽ vợt trớc
vectơ điện áp một góc 90o. Khi đó = 0 và năng lợng tổn hao điện môi W = 0.
Sự mất mát năng lợng do quá trình toả nhiệt càng lớn khi góc lệch pha
giữa dòng điện I và điện áp U cµng bÐ, nghÜa lµ δ cµng lín. Trong kü tht ng−êi
ta gäi tgδ lµ tang cđa gãc tỉn thÊt cđa chất điện môi. Thông thờng, ngời ta
không sử dụng giá trị tuyệt đối của sự mất mát năng lợng điện môi mà dùng giá
trị tg.
- Điện áp đánh thủng (dielectric strength) [14]

Có thể hiểu một cách gần đúng, điện áp đánh thủng là điện áp cần đặt vào
vật liệu điện môi có độ dày xác định, sao cho xảy ra hiện tợng phóng điện. Nói

cách khác, điện áp đánh thủng là điện áp cực đại mà một vật liệu điện môi có thể
chịu đựng đợc trớc khi bị đánh thủng. Trong tụ điện phẳng, điện áp đánh thủng
đợc xác định theo công thức 1.12:
V
d
Trong đó, Et: điện áp đánh thủng (V/cm)
Et =

(1.12)

V: điện áp cực đại trớc khi vật liệu bị đánh thủng (V)
d: khoảng cách giữa 2 bản tụ điện (cm)
Thông thờng, vật liệu điện môi bị đánh thủng do cơ chế phóng điện.
Đánh thủng do phóng điện xảy ra khi các chất khí ở bên trong chất điện môi bị
ion hóa bởi điện trờng. Các ion khí đợc tăng tốc bởi điện trờng và sự va chạm
trên bề mặt của lỗ trống gây nên sự phá hủy và làm gia tăng sự ion hóa. Sự đánh
thủng điện môi cũng có thể do sự nóng chảy, sự đốt nóng, hoặc bay hơi ở bên
trong [32].
Ngoài các thông số kỹ thuật trên, để đánh giá chất lợng của gốm
cordierite ngời ta còn dựa vào một số tính chất khác nh: khối lợng thể tích, độ

21

TIEU LUAN MOI download :


dẫn nhiệt, cờng độ bền nén, bền uốn, độ chịu lửa Các tính chất kỹ thuật đặc
trng của gốm cordierite do các Công ty Gốm kỹ thuật hàng đầu thế giíi s¶n
xt nh− Ferro-Ceramic Grinding Inc. (Mü), Morgan Advanced Ceramics (Anh)
đợc nêu ở bảng 1.1.

Bảng 1.1. Một số tính chất kü tht cđa gèm cordierite vµ mullite [45, 48]

TÝnh chÊt

VËt liệu

Đơn vị

Cordierite

Mullite

2,60

2,80

C-1

2,2 ữ 3,0.10-6

5,3.10-6

T(oC)

500

300

C

1370

>1700

Độ dẫn nhiệt

W/m. K

3,0

3,5

Nhiệt dung riêng

Cal/g.oC

0,35

0,23

%

0,02 ữ 3,2

0,0

Độ cứng

Mohr

7,0

8,0

Cờng độ bền nén

MPa

350

551

Cờng độ bền kéo

MPa

25,5

130

Hằng số điện môi

-

5 ữ 6,5

6,0

KV/mm

5,11

9,8

cm

1014

1013

Khối lợng thể tích
Hệ số giÃn nở nhiệt
Độ bền sốc nhiệt
Độ chịu lửa

Độ hút nớc

Điện áp đánh thủng
Điện trở suất

g/cm3
o

o

1.1.3. Một số ứng dụng của gốm cordierite

Hiện nay, gốm cordierite đợc sử dụng chủ yếu làm chất mang xúc tác,
vật liệu cách điện, vật liệu chịu lửa...
1.1.3.1. Chất mang xúc tác xử lý khí thải

Quá trình đốt cháy nhiên liệu diesel, xăng trong động cơ đốt trong
thờng thải ra các chất làm ô nhiễm không khí cacbon monoxit (CO), các oxit
của nitơ (NOx), các hydrocacbon (HC)... Vì thế, nghiên cứu xử lý khí thải động
cơ là vấn đề cấp thiết đợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong nhiều
năm qua. Hớng nghiên cứu chính hiện nay là gắn các tâm xúc tác (các kim lo¹i

22

TIEU LUAN MOI download :


quý Pt, Rh, Pd... hoặc các oxit CeO2, TiO2, ZrO2... dạng nano) lên chất mang xúc
tác làm bằng vật liệu gốm, rồi đa vào ống xả của động cơ để chuyển hoá CO,
NOx, HC thành CO2, N2, H2O. Do hoạt động trong môi trờng khắc nghiệt nên
vật liệu làm chất mang xúc tác đòi hỏi phải có hệ số giÃn nở nhiệt bé, độ bền
nhiệt cao, chịu đợc sốc nhiệt, đồng thời phải có độ bền cơ học và hoá học cao.
Gốm cordierite là loại vật liệu đáp ứng đầy đủ những yêu cầu này và do đó, nó
đợc sử dụng phổ biến để làm chất mang xúc tác xử lý khí thải động cơ.
Hiện nay, bằng công nghệ hiện đại, ngời ta chế tạo đợc loại gốm
cordierite dạng tổ ong (cordierite monolithic honeycomb) làm chất mang xúc tác,
nên diện tích tiếp xúc giữa chất xúc tác và khí thải tăng lên rất lớn, làm tăng cao
hiệu quả của quá trình xử lý (hình 1.5). Một số kết quả nghiên cứu gần đây cho
thấy: dùng gốm cordierite dạng tổ ong làm chất mang xúc tác đà loại đợc 78%
khí CO và 82% khí HC trong khí thải động cơ diesel [37, 77, 92].
1.1.3.2. Tổng hợp composite MC

Composite MC trên cơ sở gốm cordierite là loại vật liệu có độ chịu lưa cao,
cã hƯ sè gi·n në nhiƯt bÐ, cã thĨ sử dụng để sản xuất gạch chịu lửa bền sốc nhiệt để
xây lò nung, làm bao nung, giá đỡ, tấm kê trong lò nung gốm sứ (hình 1.6), ống

chịu nhiệt, màng lọc nhiệt độ cao, sử dụng làm bộ phận trao đổi nhiệt trong tuabin
khí, lò đốt khí gas... [27, 33, 49].
Một số công trình nghiên cứu gần đây cho thấy việc thay đổi thành phần
phối liệu của composite MC, sẽ làm thay đổi hệ số giÃn nhiệt của chúng. Bằng
cách này, ngời ta đà tạo ra loại vật liệu cã hƯ sè gi·n në nhiƯt (b»ng 3,2.10-6/oC)
®óng b»ng hƯ sè gi·n në nhiƯt cđa tinh thĨ silic trong chip điện tử [23, 81]. Mặt
khác, composite MC có hằng số điện môi bé trong vùng tần số cao. Vì thế, hiện
nay nhiều công trình nghiên cứu sử dụng composite MC làm vật liệu thay thế
Al2O3, một loại vật liệu đắt tiền đợc sử dụng để làm chất nền (substrate), chất
bao bọc (packing materials) trong ngành công nghiệp điện tử [23, 58].

23

TIEU LUAN MOI download :


Chất mang
xúc tác

Chất
xúc tác

Hình 1.5. Gốm cordierite dạng tổ ong làm chất mang xúc tác xử lý khí thải

Hình 1.6. Vật liệu chịu lửa composite mullite-cordierite làm giá đỡ, tấm kê trong
lò nung gốm sứ

Hình 1.7. Vật liệu cách điện tõ gèm cordierite

24

TIEU LUAN MOI download :


1.1.3.3. Vật liệu cách điện

Gốm cordierite có hằng số điện môi bé trong vùng tần số cao ( = 5 ữ 6 ở
tần số 1MHz), điện trở suất rất cao ( > 1012 cm), điện áp đánh thủng lớn (V =
4 ữ 5KV/mm), nên chúng đợc sử dụng rộng rÃi làm vật liệu cách điện. Các loại
sứ cách điện với điện áp từ hàng chục đến hàng trăm KV chế tạo từ gốm
cordierite của các Công ty gốm kỹ thuật Ferro-Ceramic Grinding Inc., Morgan
Advanced Ceramics... đợc trình bày ở hình 1.7.
1.1.4. Tình hình nghiên cứu tổng hợp gốm cordierite

Nhằm mục đích làm giảm nhiệt độ nung tạo pha, cải thiện quá trình thiêu
kết của cordierite, trong thời gian qua các nhà khoa học trên thế giới đà nghiên
cứu nhiều phơng pháp tổng hợp gốm cordierite khác nhau.
Nguyên tắc chung để làm giảm nhiệt độ tạo pha cordierite là giảm kích
thớc hạt phối liệu, tăng mức độ phân bố đồng đều giữa các cấu tử phản ứng
MgO, Al2O3 và SiO2. Để thực hiện điều này, các công trình nghiên cứu gần đây
chủ yếu tập trung vào các phơng pháp tổng hợp hiện đại nh: sol-gel, đồng kết
tủa, phân tán rắn-lỏng...
1.1.4.1. Phơng pháp gốm truyền thống

Đây là phơng pháp lâu đời nhất và hiện nay vẫn đang đợc sử dụng để
tổng hợp vật liệu nói chung và gốm cordierite nói riêng. Nguyên liệu đầu để tổng
hợp gốm cordierite là các oxit MgO, Al2O3, SiO2 tinh khiết hoặc các hợp chất
chứa các oxit ®ã nh− kaolinite (Al2O3.2SiO2.2H2O), kyanite (Al2O3.SiO2),
pyrophilite (Al2O3.2SiO2.H2O), talc (3MgO.4SiO2.H2O)... Chóng đợc trộn với
nhau sao cho phối liệu có thành phần đúng với tỷ lệ hợp thức của cordierite. Các

giai đoạn cơ bản của quá trình tổng hợp vật liệu theo phơng gốm truyền thống
đợc nêu ở hình 1.8.
Trớc hết, nguyên liệu đợc phối trộn sao cho đạt tỷ lệ hợp thøc mong mn cđa
vËt liƯu. TiÕp theo, nghiỊn trén phèi liệu để làm giảm cấp hạt, tăng diện tích tiếp
xúc, đảm bảo phân bố đồng đều các cấu tử phản ứng. Sau đó, phối liệu đợc ép

25

TIEU LUAN MOI download :