Nghiên cứu tổng hợp gốm kỹ thuật điện cordierit mullit bằng phương pháp sol gel

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHO A HỌC T ự NHIÊN

Nghiên cứu tổng hợp gốm kỹ thuật điện Cordierit — mullit
bằng phương pháp Sol - gel
MÃ SỐ:QT 05 -15

CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI : TS. Nghiêm Xuân Thung
CÁC C Á N BÔ THAM GIA:
GS —TS
CN
CN
CN

Phan Vãn Tườna
Nguyễn Đình Duẩn
Đ ạn 2 Trung Quý
Nguyễn Thị Khánh Hoan

£5AI h C c Q JỔc '3'A "Ã moi
TAM ' '-10
!

rn -

^

HÀ NỘI - 2006

Ị 6 ò t

\


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

I.

BAO CÁO TO.M TẮT KẾT QUA THỤC HI ẺN

a -T ẽ n đề tài: N eh ièn cứu tons hợp 2ỏm kv thuật đién Corđierit — mullit hằn í phươ ns
p h á p S o l-g e l
M ã số: Q T 0 5 - 15
b- C h ủ trì đé tài: TS. N ghiêm X uân Thung:
Đ ơn vị cỏns tác: K h ó a H ó a Học
c- C ác cán bộ t h a m g ia:

Tel: 8210 49 0

GS - TS

Phan V ăn Tường

CN

N s u v ễ n Đ ình D uẩn

CN

Đ ặng T r u n s Q uý Hoan

CN

N s u v ễ n Thị K hánh

d, M ục tiêu và nội du n g nghiên cứu

'■'Mục tiêu cùa đề tài:
Vật liệu 2ốm Cordierit, m ullit được đặc trim s bời nhiệt độ n ó n s chảy cao 18 00 °c,
bển hóa. bển nén cho đến nhiệt độ 1800l’C, chịu được ứng suất nhiệt vì nó có độ bển cao
khi kéo. Gốm Cordierit, mullit có hằng số điện m ô i nhỏ = 6 ; có hệ s ố s iã n n ờ nhiệt nhơ
a = 2.10'6 ờ 20 — 80 0°c. Vì vậy nó có thể chịu được sư thay đổi đột ngột về nhiệt độ.
bển cơ. Do đó c h ú n 2 được sừ d ụ n e làm gốm c ách điện, gốm chịu xốc nhiệt, vật liệu
chịu lửa. Ngoài ra các loại vật liệu gốm có độ xốp tro n s bình có thể sử d u n s làm vật
liệu chất mang xúc tác , tấm lọc chất lỏng ở nhiệt độ cao, làm chất nền cho c ô n s n s h ệ
vi điện tử
Đ ể thu được bộ t gốm có độ đồ ng đều cao, th àn h phần tinh kh iết có n h iều ph ư ơ ns
p háp điều chế như: p h ư ơ n s pháp khu ếch tán rắn — rắn. rắn — lỏng, lỏ n s — lỏng, phươna
pháp đổna kết tủa, phương pháp sol - gel ...
* N ội dung nghiên cícii:
- N ghiên cứu quá trình tạo Sol — gel củ a hệ gốm.
- N sh iê n cứu ảnh hưởng của các chất như Urê,

đến q u á trình tạo gốm.

- N ghiên cứu quá trình thiêu kết gôm.
- N sh iẽ n cứu cấu trúc và tính chất của sản phẩm g ố m Cordierit và mullit.
e. T óm tắt các kết quả đạt được
- Đ ã khảo sát đựoc điều kiên tạo Sol - gel của hệ với tỷ lê thích hợp SiO, : A120 3 = 2:3
và S i 0 2 : AUO- : M g O = 5:2:2. từ nguyên liệu đầu Na-SiO-,. A l(N O ;)? và M g ~ ( N O - .ờ
PH = 4, nhiệt độ sấy 65"c . thời gian sấy 8 h.
_ Đ ã khảo sát được sự ảnh hường của Ưrê, B: 0 :i đến q u á trình tạo Sol — tzel với tv lè
H 2S iO ;:Al(NOO.v(NH-.)iCO = 1:3:9 và 3% B , 0 ; tro n 2 mẫu.
- Đ ã xác định được điều kiện tạo X erogel ở 1 0 5 °c và thời sian sấy là 36h


- Đã khao sát anh hưởng của nhiệt độ nung trong quá trình thiêu kết 1000l,c . 1100“c .
1200"C và 1300°c đến sự hình thành gốm Cordierit và mullit.
- Đã xác định được thành phần và cấu trúc của sản phẩm gốm cordierit. Cordierit có cấu
trúc tinh thể hệ tam tà với kích thước hạt 2 - 3 ụm tỷ trọng d = 2.5 g /c m \ gốm mullit có
cấu trúc tinh thể hệ mật thoi với kích thước hạt 2 - 3 |Jm, tý trọng d = 3,3 g/crrr Với kết
quả đó đã đóng góp phần hỗ trợ đào tạo 2 sinh viên bảo vệ thành công khóa luận tồt
nghiệp, 1 công trình khoa học được công bố tại hội nghị khoa học phân tích hóa lý. sinh
tháng 12 - 2005 và gửi 1 bài báo đăng tạp chí Đại học Quốc gia nãm 2006.
f, Tình hình kinh phí để tài
TT

Mục

Nội dung

Số tiền

1

109

Tiền điện, nước

600.000

2

110

Vật tư văn phòng

1.000.000

3

112

Hội nghị

400.000

4

114

Thuê mướn

5.500.000

5

115

Chi phí nghiệp vụ chuyên môn

6.500.000

6

134

1.000.000

7

Tổng

15.000.000

Ngà V 27 tháng 03 năm 2006

Ban chủ nhiệm khoa H óa học:

Chừ trì đề tài:

PGS.TS. Trần Thi N hư M ai

TS. Nghiêm Xuân Thung

Trường Đại học KHTN


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

2. SCIENTIFIC PROJECT
a- T itle o f Project:
Studv o f Synthesis of C ordierite - m ullite electric C eram ics from the sol - eel Process
b- T h e code o f project: QT. 0 5 - 1 5 .
c- T h e Presider: Dr. N ghiem Xuan Thuns
d- T h e participants:
- Prof. Dr. Phan V a n T u o n g
- B.s. N guy en D inh D uan
- B .s D ang Trung Q uy
- B .s N gu yen Thi K hanh H oan
e- P u rp ose and C o n ten ts o f the research
* Purpose o f Project:
- Cordierite, m ullite ceram ic have m an y attractive ph isical properties such as low
dielectric constant (£ = 6 ); low therm al coeffient o f e x p a n sio n a = 1 0 6 at 20 - 1000°C;
the m elting tem perature 1 8 0 0 ° c so that the m aterials have b e en used in m u ltilay e r
ceram ic packaging and esp e c ially in electric industry.
- The synthesis for electric ceram ic w hich have potential fo r controlling p o w d e r
propeties such as state o f aggregation, chem ical purity a n d h om o g en eity are described.
T hese m ethods w hich are ba se d m ainly on wet c h em ica l techn iqu es are Sol — sel

processing, hyd ro therm al synthesis, aerosol generation a n d sp ray - roasting ...
* Reseach conteits:
Study o f synthesis ceram ics cordierite —m ullite from the sol —gel process.
E ffect o f ư r e , B2Ơ 3 on the crystllization of cordierite, m u llite obtaioned by sol — 2el
process
Sintering o f cordierite —m ullite ceram ics.
-

Study o f the structure, the properties o f cordierite - m uliite

e- T h e results o f the reseach .
- Suitable conditions o f cordierite, m ullite obtained o f the sol - gel process h ave
reseach ed m ol ratio o f H 2S i 0 3:A 1 (N 0 3)3 =1:3 and H->Si03: A 1 ( N 0 3)3 : M g ( N 0 3)3 = 5:4:2.
- O ptim al condition o f the e ffe ct o f U re with m ole ratio Si : A1 : U re = 1 : 3: 9 a nd 3%
B2O 3.

- O ptim al condition of xero g el obtained have been reseach ed : dry in g at Ỉ0 5 °c , tim e o f
drying 36h.
- Suitable condition o f cordierite, m ullite ceram ic obtain ed o f the sy n th esin s have been
reseached: 1000°c, 1100°c, 120.0°c and 1300°c.


- Crystal of cordiJi'itc -V1th tn c h n ic prismatiiv rnorpholonv. were F'Tm ed. Its
microstructure exhibitcfu small sized grain about 2 - 3 pm , d = 2.5
C rW d l of
mullite has orthorhom hic m orphology: sized s ra in t 2 - 3 |Jm. d = 3.3 s / c m ’


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho

kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

Mục lục
M ờ đáu
Chương 1: T o n s q u a n
1.1. K hái n iệ m về 2ốm cordierit và mullit
1.1.1. K h á i n iệ m và tính chất của cordierit
1.1.2. K hái n iệ m và tính chất của mulìit
1.2. Các p h ư ơ n s pháp tổng hợp gốm
1.2.1. Phương p h á p gốm cổ điển
1.2.2. Phư ơng p h á p khuếch tán pha rắn và pha lòng
1.2.3. Phư ơng p h á p C V D
1.2.3. Phư ơng p h á p phun nhiệt
1.2.4. Phư ơng p h á p kết tính nó ng chảy
1.2.5. Phư ơng p h á p đổng kết túa keo nhôm
1.2 .6 .Phương p h á p sol - gel
1.2.6.1. C ác hợp chất hữu cơ cùa Si và AI
1.2.6 .2. C ác m u ố i vô cơ của Si và AI
1.2.6 .3. C ác tiến hàn h
1.3.
Các lĩnh vực ứng dụng của m ullit và cordierit
1.4. Đ ôi tượng, m ụ c tiêu và các nội dung ng hien cứu
1.4.1. Đ ố i tượng nghiên cứu
1.4.2. M ụ c tiêu ng h iên cứu
1.4.3. C ác nội d u n g nghiên cứu.
■Chương 2: T hự c n gh iệm và phươ ns pháp ng hiên cứu

2.1. H ó a chất, dụ ng cụ và thiết bị
2.1.1. H ó a ch ất
2.1.2. D ụ n g cụ
2.1.3. T h iêt bị
2.2. Phương p h á p phân tích thành phần hóa học
2.2.1. X á c đ ịn h h à m lượng S i 0 2
2.2.2. X á c đ ịn h h à m lượng A120 3
2.2.3. X á c đ ịn h h à m lượng M g O
Chương 3: K ết q u ả và thảo luận
3.1. Q u á trình thí n gh iệm
3.1.1. K h ả o sát điều kiện tạo thành sol —gel
và cách tạo axit silisic từ dung dịch m uối N a : SiO ì
3.1.1.1. Đ iề u k iệ n tạo th ành sol - 2el củ a dung d ịc h N a :SiO ,
3.1.2. C á c h tiến h à n h tạo m ẫu
3.2. Kết q u ả n g h iê n cứu
3.2.1. K h ả o sát ả nh hưởng của nhiệt độ nung tới sự h ìn h thành
cordierit và m u llit
3.2.1.1 K h ả o sát ả nh hưởng củ a nhiệt độ nu ng tới sự h lnh thành cordierit
3.2.1.2. K h ả o sát ảnh h ư ở n s củ a nhiệt độ n u n s tới sự hình thành m ullit
3.2.2. K h áo sát ảnh h ư ớ n s của thời sian lưu
3.2.3. N g h iê n cứu anh hường cua phụ gia B: U ;. Urê
đối với q u á trình hình thành cordierit và mullit
3.2.4. K h ả o sát cấu trúc và h ằ n s số m a n s củ a c o rđ ie rit và mullit
3.3. T h ả o luận
4. Kết lu ậ n
Tài liệu tham kh a o

V-,

3

4
5
5
5
6
6
7
7
8
9
10
10
10
10
11
11
11
11
11
11
12
12
13
13
13
13
13
13
14

16
16
17
1S
1')
20
21
24
25


Mở đầu
G ốm là loại vật liệu có vị trí đặc biệt đối với lịch sử loài nsư ờ i cổ đại. đương đại
và chắc chắn là trong tương lai g ốm còn đưa lại nhiều điều kv diệu nữa đối với khoa
học kỹ thuật. Sự ra đời của gố m mới đã có ảnh h ư ớ n s dẫn tới cuộc cách m a n s troriiĩ
ngành điện tử nói riêng và kh oa học kỹ thuật nói chung. N h ờ đó m à có thể thu nhỏ các
m áy m óc thiết bị cồng k ề n h thành những m áy m óc gọn nhẹ. bé nhò rất thuân lợi trong
sử dụng và đặc biệt tiết kiệm năng lượng trong đời sống hàng ngàv. trong san xuất cũng
như trong nghiên cứu k h o a học. Công nghệ gốm mới còn tạo ra được các vật liệu siêu
cứng, chịu được nhiệt độ rất cao. vật liệu siêu dẫn ... điều đặc biệt là ngu yên liệu đê
sản xuất các loại g ố m m ới đều đi từ các nguvên tố phổ biên nhất trong tự nhiên như
0X1, nitơ, cacbon, silic.
H iện nay cordierit. m ullit được xem là m ột loai vật liệu 2òm qu a n trọng, hữu ích
được ứng d ụ n s trong nhiều ngành cống nghệ mới như: điện tử, q u a n s học, động cơ
nhiệt... Vì cordierit và m ullit có những tính chất hấp dẫn ở nhiệt độ cao như: bền về
mặt hóa học với oxi ở nhiệt độ cao, tính chông rão cao, hệ số giãn n ở nhiệt thấp ( 45.10'6) hằng sô điện m ô i nhỏ (£ = 6 ), chịu được sự thay đối đột ngột về nhiệt độ, 2Íữ lại
được các tính chất ở nhiệt độ cao, trong suốt với tia h ổ n s n s o ạ i ở bước s ó n s tru n s binh.
G ôm cordierit, m u llit có thể được tạo ra bằng các phương ph áp khác nhau ví dụ
như: sol - sel. đ ồ n s phân hủy, đ ổ n s kết tủa. phun nhiệt phân (spray pyrolyis). lắns
đọng hóa học, phân hủy hơi (C hem ical V apour D eposition. C V D ) ... Tuy nhiên phươns

pháp sol - gel có nhiều ưu điểm về cách phối

trộn n g u y ê n liệu ban đầu dẫn đến sự

đồng nhất cao của sản phẩm . H ơn nữa phương pháp sol - sel có thể tổng hợp được
cordierit, m u llit tinh k h iết ở nhiệt độ thấp trong khoang 8 5 0 " c - 1250nc . T rẽn cơ sờ đó
chúng tôi chọn để tài: " N g h iê n cứu tổng hợp gôm cordierit. m ullit b ầ n s phươ ns pháp
sol - g e l ” .


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

Chương 1: Tổng quan
1.1. K hái niệm vẻ gốm cord ierit và mullit.
1.1.1. K hái niêm và tính ch ất của cordierit
C ordierit ( 2 M g 0 . 2 A l , 0 v 5 S i 0 2) là n hó m silicat vòng hệ tam tà với các giá trị
thòng số a = 9 .4 7 A°, b = 10,34A '\ c = 9.62A" và a = 107.4°; (3 =95.2": Y = 123.8" có 6
nhóm tứ diện SiOi liên kết với nhau, tro n s đó 1 ion Si4+ được thay thê bằng lio n A l '+.
có thể biểu diễn dưới cóng thức: M g :A l3[A lSi?0 1H] hay viết dưới dạng oxit là:
2 M g 0 .2 A l20 3. 5 S i 0 2
F e 2+ có thể thay th ế M g :+ đến 10%. C ordierit k h ô n g m àu hay có đủ các m àu sắc
như xanh, tím. đôi khi phớt hồng, vàng do có lẫn tạp chất. T ro n g tự nhiẽn cordierit
thường gặp tro n 2 đá nai. tinh phiến thạch và các đá m ác m a bị biên đổi. nó cộm: sinh
VỚI các khoáng vật có M g và Al. N goài ra người ta c òn thấy kho án g cordierit hình

thành ở nhiệt độ cao.
H ợp chất cordierit có 3 dạng thù hình chính: Indialit, 3 và ụ - Cordierit. T rong
đó indialit là d ạ n 2 thù hình bền ò nhiệt độ cao là dạng d uy nhất lấy trong tự nhiên hoặc
trong xương gốm . (3 và ụ - Cordierit chỉ có thế tạo hà n h dưới điều kiện đặc biệt.
Ở1460"c dạng indialit c h u y ê n sang dạng nóng ch ảy k h ô n g tư ơ n s hợp. đầu tiên biến
thành m ullit sau đó c h u y ể n thành pha lỏng từ đó Forsterit được tạo thành
Cordierit có hằn.2 số điện m ôi nhỏ (£ = 6 ) tỉ khối d = 2 . 6 g / c m \ h ằ n s sô cách
điện cao p > I 0 l2Q .cm . có hệ số giãn nở nhiệt nho a = l - 2 .1 0 J1 ờ 20 - 800"C. Do vậy
nó có thể chịu được sự thay đổi đột n s ộ t về nhiệt độ. bển hóa. bền cơ. C hính vì vậy
cordierit được ứng d ụ n s làm gôm cách điện, s ò m c h ố n g xóc nhiệt, vật liệu chịu lứa. tò
hợp với mullit thành vật liệu dùng làm chất n ền cho c ô n g n g h iệ p điện tử ...[7.9], Hiện
nay cordierit được dùng n hiều để làm chất m an g dạng tổ ong cho các chất xúc tác xứ lí
khí thải động cơ. làm chất m an g cho xúc tác hóa dầu làm việc ở điều kiện nhiệt độ khác
nghiệt.
1.1.2 Khái niệm và tính ch át của mullit.
H ợp chất m ullit (3 A l20 v 2 S i 0 2) là n h ó m alu m in o silic at hệ m ặt thoi với a =
7 .545A 0, b = 7 .6 9 A 0, c = 2,88A ° và a = (3 = Y =90°
T h eo [1,3] m ullit là m ộ t hợp chất có d ạ n s tinh thể ổn đ ịn h dưới áp xuất khí
quyển. M ullit được x e m n h ư là m ột dung dịch rắn với h à m lượng A IịO i trone k h o ả n s
70.5 - 74,5% . N 2ƯỜÍ ta cũn g cho biết rằng thành phần m ullit chưa ổn định có thể nằm
trong kh oảng 74 - 83 .6% về khối lượng A l2O v Tất cả các th àn h phần cù a mullit có thể
biểu diễn công thức tổng qu át như sau: A12(A12 +2xS[2 Khi X = 0.25 ( 7 1 .8 cf khối lượ n2 AKO ;) có thành phán tương ứne với c o n e thiiv
3A1-.Ov2SìOị và được gọi là m ullit 2:1.


Hoc .'hái mLilli: r.on^ ch.:'. khoniZ LiMn^ hi'P >
< : '2'' r : ’ c J idv b;-‘L:

.

hình 2
duag d—rin +- —
— -
n - _ t

Hình 1: Giản đổ trạne thái hẻ MgO - A1-.0, — SiO,

Hình2: Gian đó trang thái hệ A1;0- -

SiO;

M ullit có ti khối 3 ,0 5 g /c m '. độ xốp 1%, độ giãn nở nhiệt nhó 6 .10 'ft. C ‘ờ 20 1000° c , nó có tính cơ học rất bền ờ nhiệt độ cao nên được ứng đụng rộng rãi làm vặt
ỉiệu chịu nhiệt, c á c h điên vật liệu bao sói và làm tâm lọc ch ất lỏ n s ở nhiệt đo cao.
Mullit bền hóa tốt tro n s môi trường axit cũng như trong m ôi trư ờ n s kiềm
1.2. Các phương ph áp tổng hợp gớm
1.2.1 Phương p h á p gố m cổ đien
Thực hiện phản ứ n 2 trực tiếp giữa các oxit qua các siai đo an trộn cơ hoc. nén ép
m ẫu rồi nung thiêu kết trẽn cơ sở phán ứng:
2M gO + 2 A 1 A + 5 S i0 2

-

► 2 M g 0 . 2 A l :0 , . 5 S i 0 :

3A1: 0 ; +

£

► 3A U O v 2SiO ,

2 S i0 2

Q u a giản đồ hình 1. 2 cho chúng ta thấy khi đi từ h ỗ n hợp oxit làm chát đáu. tùv
theo thành phần phối liệu, nhiệt độ n u n s có thê cho các san phám sau:
* Cordierit 2 M g 0 . 2 A l : 0 ; . 5 S i 0 2
* Saphirin 4 M g 0 . 5 A l 20 ; . 2 S i 0 :
* M ullit (3:1) 3A120 v 2S i 0 2
* M ullit (2:1) 3A12O v 2 S iO :
* Spinel

M g O .A I: O ì

* O ctosilicat (Fosterit) 2 M g 0 . S i 0 2
* C linoenstatit M sO.SiO-,
N goài ra còn có thế các exit chưa tham 2 KI phán ứ ne như: S i 0 2. A U ) , . \[>:().
Phương ph áp này có tính ưu việt lù chuân hị hồn hợp ban đâu theo đ ú n ; I v p thuv
cùa sản phẩm. N h ư ng do diện tích tiếp xúc giữa các chất ph án ứnn han ché dãn đen lu n
chê tốc độ phàn ứng. ph ản ứng xàv ra châm , phai thực hiện phan ứ n s ờ nhiệt ,1 ' ; a o J
thời gian luni nhiệt lâu. Các tác gia M .A nasovska. M .V e s n a N ikonic. M .R a d u '1 [ L 7 .u
đã tiến hành tổng hơp cordierit. mullit theo phương pháp nù\ \Ơ| riiZuon n iim e n ỈICU đ:-.u


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

la cdc e x it M s O . S i O ' . A l ' U CÓ J ir u n e kí nh h It I I I I L.m. Tier, h à n h trộ n nen. n u n g
■hời d a n lưu 1 2 ĨỜ ờ các nhiẹt độ khác nhau, thu được két qu a la 1250-'C pha L'ordient •

mullit vả chưa xuất hiện, đèn 135CTC pha tinh thê mới bãt đâu xuãt hiện với hàm lương
thấp 4 C7C và đèn 1450"C thu được gốm đa pha.
1.2.2. Phương pháp khuếch tán pha rắn và pha lòng
Phươn2 pháp này tiến hành khuếch tán pha rán vào pha lỏng rỏi tiên hành kèt tua
pha rắn thứ hai. Sau đó sản phám thu được, tiên hành [ọc, rửa rói sấy. nung.
Điều quan trọng là chọn các cấu từ nào là pha rắn. thòng thường pha răn được
chọn có cấu trúc tinh thể gần với thù hình cùa các chất phàn ứng và nhiệt độ cho phép
phản ứng giữa các pha rắn bắt đầu.
Ví du để điều c h ế mullit đi từ chất rắn là khoáng caolanh khuêch tán trong chất
lỏng là dung dịch m uôi A 1(N 0 3)3 sau đó kết tủa A l(O H )3 bằng dung dịch N H 4OH. Nung
hỗn hợp phối liệu cao lanh và Al(OH)} lên trẽn 1000°c Y - A120 3 được tạo thành từ sự
mất nước cùa A1(OH)ị sẽ phản ứng với S i 0 2 là sản phẩm của phản ứng tạo thành mullit
sơ cấp để sinh ra m ullit thứ cấp.
Qua trinh diễn ra khi n uns cao lanh thi đầu tiên càv ra phan ứng cúa quá trình
mất nước cấu tạo và cho sản phẩm là metacaolanh (cao lanh khống chứa nước).

A l:0 , . 2 S i 0 : .2H 20

> 500"C
--------— :--------- ► A l:O v 2SiO;

Cao lanh

+ 2 H ,0

M etacaolanh

ờ 1000° c phản ứng xảy ra rất nhanh
3(A l:0 , . 2 S i 0 : )

----------- ►

M etacaolanh

3A l20 , . 2 S i 0 ,
mullit sư cấp

+SiO:
dạng vô đinh hình

ở khoảng 1200°c Y - A1: 0 3 phản ứng với SO : dạng vò định hình tạo thành mullit
thứ cấp
Y - A120 ? + S i 0 2

---------- ►3 A12O v 2S i O ;
mullit thứ cấp

Trong m ạng lưới của m etacaolanh sư phân bố củ a Si4+ và A l ,+ là tương đối ổn
định. Tại những điểm giầu A l,+ sẽ xảy ra phản ứng tạo thành những tinh thể mullit rất
bé gọi là sợi m ullit sơ cấp. Những tinh thể mullit sơ cấp k h ô n 2 phát triển lớn lên được vì
ở nhiệt độ thấp, tốc độ khuếch tán của các tiểu phân trona phân tro n s pha rắn còn rất bé.
Phản ứng tạo m ullit thứ cấp (phản ứng phát sinh m ầ m tinh thể mullit). chi xảy ra
đến một mức độ nhất định phụ thuộc vào cấu trúc caolanh ban đầu và các oxit Ịạ có
tron2 cao lanh.
Y

ìo o crc- 1200T

- A120 3 + S i 0 2

--------- --------- --------- > 3A1:0 3.2 S Ĩ 0 :
mullit thứ cấp

o
nhiệt cao hơn 1000 c - 1200"C xay ra quá trình hòa tan chọn IiK các tinh the
mullit sơ cap. N hững tinh thê rất bé bị hòa một phan vào thủy tinh, n h ữ n s tinh the lớn
được phát triển m ộ t cách chậm chạp.
Từ 1200'c trở lên. tốc độ khuêch tán phát triển m ạn h băt đau phát triến tinh the
mullit thứ cáp với tốc độ khá nhanh.
Ị


Khi nhiệt độ lớn hơn 1 4 0 0 °c hạt m ullit thứ cấp đã k há lớn và bị bao phủ bởi m ộ t
lớp đày là cristobalit và thủy tinh. M ột lượng nhỏ AI-.O3 còn lại chưa phản ứng k h ô ng
thể khu ếch tán q u a lớp b ên ngoài.
1.2.3. P h ư ơ n g p h á p C V D (C hem ical V apor D eposition)
Phương p h á p C V D có thể tạm dịch là quá trình lắn g đọ ng hơi h ó a học là m ột
phương pháp dựa vào các phản ứng hóa học để tạo ra m ộ t lớp m à n g m ỏn g (film ) theo
yêu cầu. Các n g u y ê n liệu sử dụng trong phản ứng C V D thường là các kh í cơ kim loại
hoạt động. Các k h í phản ứng ở phía bên trên hoặc gần bề m ặ t ch ất nền để tạo ra lớp
m àn g m ỏng theo yêu cầu. Q u á trình C V D có thể x em rất đơn giản chỉ là dựa vào các
phản ứng nhiệt củ a n g uồ n n g u y ên liệu ban đầu, hoặc nó có thể được hoạt hóa bằ n g m ột
số phương pháp c ủ a q uá trình P V D (Physical V ap or D eposite) ví dụ như sợi nóng, băn
phá ion và quá trình plasm a. Bởi vì C V D k h ô ng đòi hỏi phải có đường vận c h u y ển hơi,
chất nền có hình dạn g phức tạp cũng có thể được bao phủ bởi lớp m à n g m ỏ n g, đặc biệt
quá trình khô ng cần hoạt hóa. Tuy nhiên, vì quá trình lắng đọng dựa vào phản ứng hóa
học để tao ra lớp m àng bao phủ nhiều biến đổi từ giá trị thê cân bằng. N hược điểm

chính của quá trình C V D là đòi hỏi nhiệt độ của chất nển cao đê tạo ra lớp m àng lắng
đọng. M ặc dù nhiệt độ có thể được giảm hơn nếu quá trình hoạt hóa được sử dụng. Tốc
độ lắng đọng của lớp m àn g và khả năng tạo m à n g có hình dạng phức tạp được nàng cao
khi tăng nhiệt độ của chất nền.
1.2.3. Phương p h á p p h u n nhiệt
Kỹ thuật phun nhiệt đang được chú V rất nh iều bởi vì lớp m à n g lắng đọ ng rất
nhanh trên bề m ặt chất nền rất rộng và được ứng d ụn g trong công nghiệp. Q uá trình
phung nhiệt bao gồm : n g ọ n lửa, hồ quang, sự nổ, kỹ thuật phun plasm a. Sự kh ác nhau
chính giữa các k ỹ thuật là phương pháp phát sinh ra nhiệt trong quá trình nhiệt phun đốt
cháy hoặc phản ứng, hổ q u a n g điện, điều chỉnh sự nổ, k h í plasm a. T rong mỗi trường
hợp bột tiền ch ất được cung cấp từ dòng nhiệt p hu n nơi có nhiệt độ vượt quá
3000°C .N guyên liệu tiền chất ở d ạn g bột nhỏ có nhiệt độ cao được tăng tốc đến chất nền
với tốc độ từ 9m /s (phun lửa) đến 700m /s (phun nổ). Các hạt có nhiệt độ cao và năng
lượng động học lớn sẽ tạo ra độ kết dính và m ật độ của lớp m àng. T ính chất của lớp
màng bị ánh hưởng trực tiếp bởi loại kỹ thuật phun sử đụn ơ và điều ch ỉn h giới hạn phun
cho phép làm biến đổi tính chất của lớp m à n g tạo th àn h bao g ồ m m ậ t độ, cường độ. độ
dính, thành phần và bề m ặ t cuối cùng. N hững kv thuật n ày có thể tạo ra lớp m àng m ột
cách nhanh c hó ng với các giá trị thực có thể đạt của lớp vỏ ch ất n ền rất rộn£. Hơn nữa
lớp m àn g khá dày c ũ n g có thể được tạo ra m ột c ách n h a n h chóng, th ành phần của lớp
m àn g tạo thành bị giới hạn bởi m ột số bột n g u y ê n liệu tiền chất. T uy nhiên chất nền
phải có m ột số tính chất vật lý linh hoạt đáp ứng được điều kiện lắng đọ n g như: nhiệt độ
rất cao, chịu được nãng lượng động học lớn khi các hạt va đập. N h ữ n s lớp m à n s và chất
nền nhạy c ảm với nhiệt độ và sự va c h ạm thì k h ô n g thể áp d ụ n s được kv thuật này.
K hông những th ế để giữ được độ tinh khiết về th àn h p h ầ n và cấu trúc của lớp m à n g thì
quả là khó khăn.
1.2.4. Phư ơng p h á p kết tinh nóng chảy.
N g u y ê n tắc: sử d ụ n g n g u y ê n liệu từ các o.xit. th àn h phần phối liệu lấy theo hơp
thức 3A120 3.2 S ì 0 : được nung nóng chảy ờ 1600l’C - 17 00 °c. Sự tạo thành m ullit phụ
thuộc vào thành phần, số lượng của pha thủy tinh thậm chí phụ thuộc vào cá kho ản g
thời gian nung.

T hèm 1 -2 % Z nO . LiO. BeO. làm g iảm nh iệt độ tạo thành m ullit xuốnii 1250 -

1450°c.
5


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

M ullit được tạo th à n h từ phối liệu với L iF ở nhiệt độ th ấ p hơn là 9 0 0 ° c . s ử dụ ng
chất kho án g h óa có ch ất lượng tố t như A1F3, m u llit k ế t tin h th ậ m ch í dưới 6 1 0°c.
Các oxit k iề m thổ cũ ng ảnh hưởng đến q u á trình thiêu kết m ullit. N ếu hàm íượng
thêm 5% (BeO, M n O , C aO ) làm lượng m uìlit đạt được đ ế n 9 0 % theo lý thuyết, Ả n h
hưởng của k h o á n g c h ất đ ến q uá trình m ullit h ó a giảm đi th e o trậ t tự sau:
Li+(LiF) > M g 2+ > L i+ (LiCl) > M n 4+ > C a2+ (C a F 2) > C a 2+( C a C 0 3) > N a + > T i4+
ở đây L iF thực h iệ n tác dụng kh oáng hóa lớn nhất. K hi d ùn g L iF làm chất
khoáng hóa thì n g a y ở 1 100° c cũng đã thực hiện phản ứng ho à n toàn 100%.
1.2.5. Phương p h á p đ ồn g kết tủa keo

nhôm .

N g u y ên tắc: Pha m ullit được điều c h ế b ằn g c ách n u n g kết hệ A l( O H )3 - H 2S i 0 3 ở
9 1 0 ° c - 1100°c. Khi đó tạo ra kết tủa keo A120 3 - S i 0 2, th à n h ph ần keo (A120 3, S i 0 2)
sẽ dao động từ 10 : 90 đ ến 80 : 20 ở 1200°c.
Đ ể được hệ keo A l(O H )3 - H 2S i 0 3 ta đi từ A12( S 0 4)3 và N a 2S i 0 3 ch u y ển

AỈ2( S 0 4)3 về dạng N a [A l(O H )4] bằng cách cho A12( S 0 4)3 tác d ụn g với N a O H dư theo
phản ứng.
A12( S 0 4)3

+

6NaOH

=

A l(O H ),

+

N aOH

=

3 N a 2S 0 4+ 2 A l( O H ) 3ị
N a [A l(O H )4]

K huếch tán hai dạng pha lỏng N a 2S i 0 3 và N a [ A l( O H ) 4] vào nhau. D ùng dung
dịch H 1SO4 loãng tạo đổng kết tủa A l( O H )3 - H 2S i 0 3. Q u a nh iều n g h iê n cíai cho thấy
khi nung kết tủa keo A l( O H )3 - H 2S i 0 3 k h ôn g d ù ng ch ất k h o á n g hóa thì ở 1 2 0 0 °c sự
tạo thành mullit rất thấp thậm chí k hông tạo thành m ullit. N ếu d ù ng ch ất k h o án g hóa và
tỷ lệ các keo A l( O H )3 - H 2S i 0 3 đúng hợp thức 6:2 thì chỉ nu ng ở 1 0 0 0 °c đã tạo thành
mullit [2] với điều kiện đồng hóa gel tốt. C hất k h o á n g h ó a d ù n g ở đây là B20 3. A IF 4 và
LiF ...
1.2.6. Phương ph áp sol - gel
Phương p h á p sol - gel do R .R o v đề xuất n ă m 1956 [1.2.3] cho phép trộn lãn các

ion ờ quy m ô n g u y ê n tử, sở dĩ có tên nh ư vậy vì phương p h á p n ày được thực hiện theo
sơ đổ sau:
D ung dịch

— ► sol - gel

— V x e o ro s e l

—

oxi t phức hợp

Bằng phương ph á p sol - gel khô ng nh ững tổn g hợ p được các oxit phức hợp siêu
m ịn có tính đồng n h ấ t và hoạt tính cao m à còn có thể tổn g h ợ p được các tinh thể có kích
thước cỡ n an o m et [5,10], các pha thủy tinh, thủy tinh - s ố m - kim loại, các m àn g m ỏ ng
... m à bằng phương ph á p n ó n g chảv k h ô n g thể tổn g hợ p được. C hính vì vậv tro n s
những năm gần đ ây phương pháp sol - gel trở th à n h m ộ t tr o n s n h ữ n s phương pháp được
các nhà kho a học tậ p trung n g h iê n cứu [4,5,10].
Phương ph á p sol - gel chịu ảnh hưởng của rất n h iề u n h â n tố. ta có thể phân chia
chúng thành hai n h ó m n h â n tố c hính nh ư sau: [3 .4 . 10, 11]
+ T h àn h ph ần n g u ồ n n g u y ê n liệu ban đầu để h ìn h th à n h A120 3 và S i 0 2. Sự phát
triển trong pha soi A120 3 - S i 0 2 dẫn đến sự hình th à n h m u llit bị chi phối rất nhiều vào
cách lựa chọn n g u ồ n n g u y ê n liệu b an đầu ví dụ: SÌCI4. L u d o x , sol của S i 0 2, các hợp chất
hữu cơ của Si như silicon ethyl ester (T EO S) sol b o e h m ite (A IO O H ). các loại m uối của
nh ôm như AICI3, A 1 ( N 0 ?).9 H 20 , A12( S 0 4)3.1 6 H 20 .

6


+ Các c ách thức thực hiện quá trình thủy phân các h ợ p chất c ủ a Si và AI rất nhạy

cảm với những thay đổi sau:
(a) X úc tác axit - b azơ sử dụng
(b) N hiệt độ duy trì trong suốt q uá trình thủy phân
(c) Thời gian thủy phân
(d) M ôi trường lựa chọn
1.2.6.1. Các hợp ch ấ t hữu cơ của Si và AL
Ư u điểm nổi bật của các hợp chất hữu cơ l à sản p h ẩ m có độ tinh khiết rất cao VI
chúng dễ dàng bị thủy phân trong m ôi trường nước, nước - rượu cho ta các sản phẩm
chứa Si và AI ở dạng sol, đồng thời khi lên tới nhiệt độ cao c hú ng dễ dàn g bị phân hủy
hoàn toàn. Tuy n hiên nhược đ iểm của nó là k h á đắt tiền và hiện nay chưa được bán ở thị
trường Việt N am m à phải m u a theo đơn đặt hàn g với nước ngoài. M ộ t số hợp chất hữu
cơ của AI thường sử d ụn g là a lum inu m secb u tox ide, a lu m in u m ethylester, a lu m in u m
isopropoxide ... C òn hợp chất hữu cơ củ a Si được sử d ụ n g n hiều n hất trong phương
pháp sol - gel là silicon ethy lester (TEOS).
TE O S khi có m ặ t nước sẽ xảy ra phản ứng thủy p h â n sau đó là phản ứng ngưng
tụ hay polvme hóa các nhóm silanol [2 ].
S i(O R )4

+

H 20

►

H O S if O R h

H O S i(O R ),

+

H 20

>

(O H )2S i( O R )2

+

ROH

(O H )2S ì(O R )2

+

H :0

>

(O H )jS i(O R )

+

ROH

(O H h S i(O R )

+

H:0

>

S i(O H )4

+

ROH

= Si - O R

+

HO - S i =

— ►

— Si - 0 - S i =

+

+

ROH

ROH

1.2.6.2. Các m uối vỏ co của AI và Si.
M ột số m u ố i vô cơ được sử dụng trong q u á trinh n ày là SiCl4. sol của Si thu dược
từ dung dịch N a 2S i 0 3 qua quá trình trao đổi ion; A1C13, A 1 (N 0 3).9H 20 ,
A U (S 0 4)3.16H 20 , sol b o eh m ite (A ỈO O H ).

Sol silic là hệ phân tán ổn định trong đó m ôi trư ờng phân tán (pha liên tục) là
chất lỏng, chất phân tán hay pha k h ô n g liên tục là dioxit silic ở dạ n g các hạt keo nho.
Trạng thái này bao g ồ m các hạt với kích thước đủ n h ỏ để trá n h ảnh h ư ở n s tác dung của
trọng lực. n h ư n s cũ n g đù lớn để có các tính chất ph ân biệt với d u n s dịch khác.
Chất phân tán oxit silic ở dạng vô định hình, m ô i trường p h â n tán phổ biến nhất
là nước (gọi là aquasol hoặc hydrosol), đôi khi c ũ n s có các chất phân tán trong d u n s
mỏi hữu cơ (gọi là organosol). Soỉ silic là trạng thái giả lỏng ổn định theo h ư ớ ns gel hóa
vàlắng.
Sol silic m ầu trắng sữa nếu như nếu như k ích thước hạt lớn, m à u trắng đục nếu
như kích thước hạt trung bình, gần như k h ô n s m àu nếu kích thước hạt nhỏ [3],
Sol silic là các chuỗi ng ắn S i 0 2 liên kết với nh au tron g m ạ n g k h ô n g gian ba chiều
là các hạt hình cầu, k h ô ng có lỗ xốp. Đ ơn vị cấu trúc là tứ đ iện S1O 4. bốn nguy ên tử oxi
ờ bôn góc còn n g u y ê n tử silic ở trung tâm, ion oxi có k ích thước lớn hơn nhiều so với
ion [ S i 0 4]4\ vì vậy 4 n g u y ê n tử oxi trong dơn vị tứ diện S1O4 n ằm tròn m ặt p h á n s tiếp
xúc ngưng kết và ion silic được xem là cư trú tro n s hốc tứ diện. T ron g d a n s Si vô định
hình thì cấu trúc d ạ n g lớn được xác định và được x e m n h ư là các tinh thể
silic bởi sự két
tập ngẫu nhiên c ủ a đơn vị [S1O 4]4 điều này tạo ra cấu trúc k h ò n c
trật
tự. Do sự khác

7


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi

phi

nhau về cấu trúc n à y m à tỷ trọng của silic vô định h ình n h ỏ hơn tỷ trọng của silic tinh
thể [1],
N ă m 1934 H o fm a n đ ã cho rằng tổn tại n h ó m silonal (Si - O H ) trên bể m ặt sol
silica, điều này c h o đ ế n n ay vẫn được ch ấp nh ận vì các n g u y ê n tử Si định hướng có cấu
trúc tứ diện hoàn h ả o trong m ô i trường nước các h ó a trị tự do được bão hòa bởi n h ó m
dydroxyl hình th à n h các n h ó m silanolo, các n h ó m này có thể n gưng tụ tạo ra các n h ó m
siloxan Si - o - S i [2],
N h ó m Silanol được h ình th àn h do quá trình p o ly m e hóa, n g ư ng tụ S i(O H )4 hoặc
thủy phần của q u á trình thủy nhiệt silic với nước hoặc tron g du ng dịch. Khi sử d ụ ng
phương pháp trao đổi ion cơ c h ế củ a q u á trình có thể tổng q u á t n h ư sau [2 ].
Đ ầu tiên là sự h ìn h th ành axit silisic dạng S i(O H )4 trong d u n g dịch nh ờ phản ứng
trung hòa hoặc trao đổi ion N a + và proton H + sau đó là ph ả n ứng n g ư n s tụ tạo polym e
hình thành các c h u ỗi diox it silic từ đó tạo thành sol [2 ]

1.2.6.3. C ách tiến h à n h
M ullit được tạo ra bằng phương pháp sol - gel có n h iề u c ách tiến h à n h khác nhau
mà nguyên nhân chủ yếu là do n g u ồn ng u y ên liệu b an đầu k h á c nh au và cách điều
chỉnh m ôi trường p H để phục vụ cho m ột m ục đích nào đó. N h ìn c h u n g c hú ng ta có thể
tóm tắt m ột c ách kh ái q u á t gồm các công đoạn n h ư trong sơ đồ h ìn h 2

( ^ S Soo l

M u ố i h o ax : s o l l ù a rih ỏ r

c ủ a S ilic

Ị:

J

s a ' y k h ô g e l ỏr n h i ệ t đ ỏ

1 10"c

H ình 2: Sơ đổ tóm tắt các côn g đo ạn chính tro n s quá trình điều c h ế m u llit bằng phương
pháp sol - gel.

8


V í dụ n hư F. K ara và J.A .H ittle đã tiên hành tạo hai m ẫu thí n g h iệ m n h ư sau
[2,3]: Bột tiền c h ất m u llit (M ullite p recu rsor pow ders) được tạo ra từ hai n s u ồ n ng u y ên
liệu AI k h ác nhau bằng phương ph áp sol - gel:
+ Bột A đ ã được tạo ra từ preu d o b o eh m ite (Cerasol, A IO O H , 9 9 ,9 6 % , BA
chem ical B uck in g h am sh ire, U K ) và keo S i 0 2 có độ tinh khiết rất cao (BDH. chem ical,
poole, U K). Sol A IO O H thu được bằn g cách phân tán bột b o eh m ite vào nước cất tro n s
0,5 giờ, pH của sol thu được có giá trị khoảng từ 3 đến 4. Sol SiOi được tạo ra bằng cách
phân tán keo (hoặc khối) bộ t S i 0 2 vào nước cất trong 0,5 giờ ở pH = 7 (điều chỉnh bằng
N H jO H ). Sol S i 0 2 đã được trộn vào trong sol A IO O H với tốc độ n h an h và k h u ấ y trộn
mạnh, sau đó tiếp tục k h u ấ y trong kh oảng từ 0.5 đến 1 giờ. H ỗ n hợp được giữ ở 65°c để
gel hóa và làm khồ.
+ Bột B tạo th ành từ m u ối sunfat củ a nh ôm và keo SiO-,. Sol A120 3 (alum ina)
được tạo ra bằng c ách h ò a tan A12( S 0 4)3 trong nước, môi trường sau khi h òa tan có giá
trị pH = 2,2. T h ê m sol S i 0 2 vào trong dung dịch m u ối n h ô m sunfat với tốc độ nhanh,
khuấy trộn m ạnh. H ỗn hợp được giữ ở nh iệt độ 1 2 5°c để c h o gel h óa và làm khô.
Theo [2] dạng sol củ a A l-,03 và S i 0 2 có điện tích bề m ặt đối lập nhau tương ứng
với điện tích dương và âm, do đó khi c hú ng được pha trộn với nhau sẽ có sự va chạm và
tiếp xúc giữa các hạt b o eh m ite (A IO O H ) và S i 0 2. K ích c ỡ hạt b o e h m ite (A IO O H ) được

tính toán từ diện tích bề m ặt của nó (1 7 0 m 2g '', đưa ra bởi nhà cu ng cấp) sấp xỉ 12nm
tron® khi đó kiếm tra bằn g chụp T E M là 20nm . K ích cỡ h ạ t keo được tính toán từ phép
đo diện tích bề m ặt (2 0 0 m 2g '1) là = 14nm. Do đó khi trộ n lẫn c hú ng thì các hạt Silica
( S i0 2) sẽ bám xung q u a n h các hạt b oehm ite (A IO O H ) nh ư hình 3(a). T r o n s trường hợp
bột B thì có sự k h ác chút ít so VỚI trường hợp bột A. Khi A12( S 0 4)3 h òa tan trong nước
nó sẽ bị thủy phân và ph ản ứng ngưng tụ sẽ diễn ra. Dưới điều kiện (pH = 2) m ỏi trường
là axit thì phán ứ n s ngưng tụ bị k ìm hãm trong khi đó ph ản ứng thủy ph ân chiếm ưu thê
hơn. Vì th ế hạt A120 3 được tạo ra từ A12( S 0 4)3 sẽ có kích thước nhỏ hơn các hạt
boehm ite (A IO O H ), kết q u ả là các hạt oxit nh ô m bao q u a n h các hạt silica ( S i 0 2) như
hình 3(b)

= A iu iiíiii.t

(^.AIOOII

(a )

o

= S iO i

(b)

Hình3: Sơ đổ m ẫu về sự sắp xếp của các hạt a lu m in a (A120 3) và silica (SiO: ) khi
(a) boehm ite (A IO O H ) và (b) N h ô m sunphat được sử đ ụ n g n h ư là n s u ổ n nh òm oxit.
1.3.

Các lĩnh vực ứng d ụ n g của m ullit và cord ierit.

C ordierít và m ullit có rất nhiều lĩnh vực ứng d ụ n g k h á c nhau. T rong c ô n s n s h iè p

gốm sứ chứa (60 - 70 % ) m ullit, thủy tinh chứa (30 - 4 0 % ) m ullit, sứ cách điên chứa (80
- 90% ) m u llit [7.8.9].
C ordierit và m u llit có hệ số giãn nờ thay đổi tu yến tính theo nhiệt độ nên những
thanh g ố m n g u y ê n chất được sử dụng làm bộ phận điểu c h ỉn h nhiệt độ của lò (cập nhiệt
điện).


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

R iên g trong c ô n g ng h iệ p V L C L m ullit đóng m ột vai trò rất q u a n trọng: V LC L sử
dụng trong công n g h iệ p luyện kim , trong các lò cao, lò m a ctan h , lò gió n ón g ... ngoài
ra còn sử dụng tro ng c ô n g n g h iệ p c h ế tạo m áy, đường sắt, h ó a học, ng u y ên liệu để lót
trong các nổi hơi, lò k h í đốt, lò xim ăng, lò cốc hóa.
T ính chất của g ạ ch chịu lửa được q u y ết định bởi nhiều yếu tố trong đó quan
trọng nhất là h à m lượng m ullit. Lượng m ullit có trong g ạ ch chịu lửa càng lớn thì khả
năng chịu lửa càn g cao.
N go ài ra m u llit d ạ n g SỢI là m ột trong những vật liệu qu an trọng để điều c h ế vật
liệu compozit. M u lỉit có k h ả năng pha trộn với g ốm sứ, corđierit, thủy tinh, ch ất dẻo làm
tăng độ bền vững của sản p h ẩ m khi va đập. Ví dụ: Khi trộn m ullit vào thủy tinh thì sản
phẩm thu được có k h ả n ă n g chịu va đập tăng lên 60% so với thủy tinh thường.
Khi đưa m ộ t lượng n h ỏ m ullit dạng sợi (0,1 - 1% ) làm chất kích thích tạo thành
tinh thể trong thủy tinh lỏng. K hi thêm từ 5 đến 10% m u llit dạnơ sợi vào g ố m sứ, làm
cho tính chất g ố m sứ trở lên bền vững, kéo dài thời gian sử dụng ở nhiệt độ cao. N hững
tinh thể m ullit sợi đưa vào khối sứ làm tăng tính chất điện m ôi và tăng độ b ền nhiệt, bển

cơ của gốm sứ.
Cordierit, m u llit c òn làm tăng độ bền cơ học ở nhiệt độ cao và độ bền vững hóa
học của kim lọai. N h ự a eboxi có m ullit hay cordierit sợi làm cho vật liệu bền nhiệt và
bền cơ học. Khi đưa m u llit vào x im ăn g và bê tông làm tăng tính bền nhiệt và tính bển cơ
học từ 2 - 3 lần, c ò n các tính chất cơ bản của x im ă n g và bê tô n s k h ô n g giảm xuống.

Cordierit, m u llit hiện nay đựoc xem như là m ột vật liệu gố m quan trọng cho điện
tử, quang hoc và những ứng dụng cấu trúc ở nhiệt độ cao do các tính chất hấp dẫn của
nó như tính c h ố n g rão cao, giữ lại được cấu trúc ở nhiệt độ cao. hệ số giản nở nhiệt thấp,
trong suốt với tia h ồ n g ng oại ở bước sóng trung bình [7],
1.4. Đối tượng, m ụ c tiêu và các nội du ng n g h iên cưú.
1.4.1. Đối tượng n g h iên cứu
Đ ối tượng n g h iê n cứu là các m uối vô cơ làm n g u y ê n liệu đầu để điều c h ế gốm
cordierit và mullit.
1.4.2. M ục tiêu n g h iên cứu.
K h ảo sát điều kiện thích hợp cho q u á trình tạo sol - gel, n u n s và thời gian
nung.
T hu được 2ốm có thành phần hóa học tinh khiết, có độ đồng đều cao, cấu
trúc tinh thể ổn định.
1.4.3. Các nội d u n g n g h iên cứu
T ừ m ục tiêu n g h iê n cứu trên, chúng tỏi xác định các nội d u n a n g hiên cứu như
-K h ảo sát các yếu tố đến quá trình tạo sol - gel
- K hảo sát ả nh hưởng c ủ a các chất Urê, B20 3 đến q u á trinh tạo gốm.
- K hảo sát ảnh h ư ở n s của nhiệt độ, thời gian thiêu kết
-X ác đ ịnh cấu trúc, tính chất của sản ph ẩm s ô m co rd ierit và mullit.

10


Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu.

Chương2:

2.1. H óa chất, d ụ n g cụ v à thiết bị

2.1.1. H óa chất
-

T in h thể A 1(N 0 j)3.9 H 20 loại PA

-

T in h thể N a 2S i 0 3 loại PA

-

T inh thể M g ( N 0 3)2.6H 20 loại PA

-

Urê loại PA

-

B20 3 loại PA

-

A x it HC1 loại PA

-

D u n g d ịc h N H ? loại PA

-

Các loại thuốc thử ph án tích

-

N h ự a trao đổi cation R - H

2.1.2. D ụ n g cụ

Các d un g cu thủv tinh được sử dụng tron e quá trình n g h iê n cứu: Cốc thủy tinh 11,
0,51, buret, pipet, b ìn h đ ịn h m ức, bình nón, chén n u n s ...

2.ỉ . 3. Thiết bị
-

C ân ph ân tích (độ chính xác 10°)

-

Lò n u n g

-

T ủ xây
M á y n g h iề n

-

M á y k h u ấ y từ

-

M á y đo pH

-

K ín h h iể n vi điện tử JE O L , SEM - 3 5

- M á y p h â n tích nhiệt
Instrum ent

2960 - SDT - V 3 - O F và Universal V 3.8B TA

-

M á y ph â n tích nhiễu xạ tia X. V N Ư - H N - S IE M E M S - D5005

-

T h iết bị củ a trường Đ H K H T N

-

ĐHQGHN.

2.2. Phương p h á p p h â n tích th à n h phần hóa học
2.2.1. Xác địn h h à m lượng S iO ,
H àm lượng S i 0 2 được xác định bằng phương p h á p phán tích trọng lượng. D u n s
dịch N a : S i 0 3 sau khi trao đổi cation thu được dung dịch H 2S i 0 3 được giữ ở 65"C để gcl
hóa, sấy khỏ ở 10 5°c. N u n s kết tủa trong lò điện ở 8 5 0 ° c tro n s 1 giờ. để nguội cân kết

=

m, - m 0

V
11


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi
T rong đó m 0: K h ố i lượng chén trước khi cho kết tủa vào
m 1: K hối lượng chén nung sau khi n u n s kết tủa
V: T h ể tích d u n g dịch lấy xác định
2.2.2. X ác địn h h à m lượng A120 3
D ùng ph ươ ng p h á p thể tích c hu ẩn độ ngược bằng E D T A
A l3+ tạo phức với E D T A tại pH = 7 hoặc 8
C ách tiến hành: L ấy dung dịch A l3+, cho dư E D T A có nồng độ xác định, điều
chỉnh về pH = 7, đu n n ó n g đến 70yc lắc kỹ cho A l3+ tạo phức hết. Sau đó chuẩn độ
lượng dư với chỉ thị X y le n da cam bằng dung d ịch Z n ( C H 3C O O )2. T ừ thể tích ED T A

tiêu tốn cho dư c h ín h x ác ta có thể tính được nồ n g độ A l 3+ có trong d u n s dịch và tính
được hàm lượng A120 3.
2.2.3. X ác định h à m lượng M g O
lon M g :+ tạo phức với E D T A tại pH = 10
C ách tiến hành: Lấy dung dịch M g 2+, sau đó thêm d u n g dịch N a O H chỉnh pH về
10. C huẩn độ d u n g dịch bằn g E D T A với chỉ thị Et - 0 0 trong m ô i trường đệm N H 4OH +
N H 4CI. Ta sẽ tính được h àm lượng M gO.

12


Chương III: Kết quả và thảo luận
3.1 Q u á trình thí n g h iệ m
3.1.1. K h ảo sát đ iều kiện tạo th ành sol - gel và cá ch tạo axit silisic từ du ng dịch
muối N a 2S i 0 3
3.1.1.1. Đ iều k iệ n tạo th à n h soi - gel của d u n g dịch Na^SiOì
- D ung dịch N a 2S i 0 3 được chuẩn bị có nồng độ I M , sử d ụ n g dung dịch HC1 IM
và N H 4O H IM để điều c h ỉn h m ôi trường pH.
- D ung dịch N a 2S i 0 3 I M điều chỉnh m ôi trường pH > 10 và pH = 1
4, thực
hiện ở nhiệt độ p h ò n g , sau 2 4 g iờ dung dịch vẫn trong suốt. N hư n g đối với dung dịch
Na^SiOì pH = 1+ 4, được giữ ở 6 5 ° c trong 8 g iờ d un g dịch đã c h u y ển sang dạnơ gel.
Khi giá trị pH = 5 - 9 ở n h iệt độ phòng sau 24 giờ d un g dịch đã c h u y ể n thành dạng sol.
Để tạo thuận lợi c h o quá trình tạo gốm , chúng tôi ch ọ n giá trị pH = 1 4 thực hiện ở
nhiệt độ 6 5 ° c tro ng 8 giờ để tạo quá trình gel h ó a cho q uá trình tổng hợp.
3.1.1.2. C ách tạo axit Silisic từ du ng địch m u ối N a , S i 0 3
Sự tồn tại củ a N a + trong sản phẩm là điều k h ô n g m o n g m uốn, dẫn đến giảm chất
lượng của gốm . C h ính vì thê viêc loại bỏ ion N a + là m ộ t điều hế t sức cần thiết [2.3],
Cách loại bỏ N a + khỏi d un g dịch N a 2S i 0 3 có hiệu q uả n h ấ t là tiến hành trao đổi cation
dung dịch này.

N hựa cation được rửa sạch bằng nước cất nhiều lần cho đến khi thấv nước rửa
trong suốt. N h ự a đã được rửa sạch được ngâm trong d u n g dịch HC1 IM tro n s 1 ngày.
Tiếp đó nhựa được rửa sạch b ằ n s nước cất cho đến khi nước rửa thu được có môi trư ờn2
trung tính.
Tiến hàn h n ạp n hựa lên cột bằng cách cho nước cất vào k h o ả n g 1/3 cột, đổ nhựa
vào sao cho hạt n h ự a luôn ở dưới nước để tăng k h ả n ấ n g trao đổi ion của hạt nhựa. D ung
dịch trước khi trao đổi có pH - 14, sau trao đổi pH — 4 thu được dung dịch ở dạng
h : s ì o 3.
3.1.2. C ách tiến h à n h tạo m ẫu
M ẫu được tiến h à n h tổng hợp, các thành ph ần được lấy theo đúng hợp thức, theo
tỉ lệ mol, được biểu diễn ở bảng.
B ả n g l T h à n h ph ầ n h óa học của các m ẫu
Tên vật liệu

K í hiệu

T h àn h phần hóa học

Tỉ lệ mol

MI

H ?SiO, : A Ị,(N O ,),

1:3

M2

H ?SiO, : A12( N O ,) v U rê

1:3:9

M3

H .S iO , : A l?(N O ,),:M <ĩ(N C M ,

5:4:2

M ullit

C ordierit
M4

H .S iO , : A l?(N O ,)i :M.s (NOV) v H ,B O ,

5:4:2:0,1

* C hu ẩn bị m ẫ u M I
Cho h ỗ n hợp m u ố i A 1 ( N 0 3)31M và H : SiO 3 vào cốc 1lit, d ù n s m áv khuấy từ
khuấy đều d un g dịch, điều chỉnh pH = 4 bằng d u n s d ich HC1 IM . Đ ưa vào tù sấv s iữ ớ
13


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

nhiệt độ 6 5 ° c tro n g 8 giờ cho q uá trình gel h óa xảy ra h o à n toàn. N â n a nhiệt độ lên
1 05°c trong 36 g iờ để làm k h ô gel. Gel k h ô (X erog el) thu được tiến hành phân tích
nhiệt, chụ p nhiễu x ạ tia X , SEM , phần còn lại đ em n u n g sơ bộ ở 8 0 0 ° c trong 3 giờ.
Tiến h à n h ép viên dưới m á y áp lực 2 tấ n /c m 2, sử dụng chất kế t d ính PV A , viên n én ở
dạng đĩa đường k ín h 8m m độ dày 2 m m .
Các viên n é n được n u n g trong lò điện với tốc độ n â n g nhiệt 1 0 °c/p h ú t ở các nhiệt
độ 1000°c, 1 1 0 0 °c , 1 20 0°c, 1 3 0 0 °c với thời gian lưu 2 giờ. X ác định thàn h phần pha,
cấu trúc tinh thể, h à m lượng m ullit thu được của sản p h ẩm 2ốm b ằ n s các phương pháp
phân tích X R D , T G , D T A , SEM.
Các m ẫu M 2 , M 3 , M 4 cũng được chuẩn bị như m ẫ u M l . Q u i trình tổng hợp gôm
được trình bày trê n h ìn h 2
*
G iản đồ p h â n tích nhiệt D TA , T G được ghi trên m áy 2 90 0 - SDT - V3 - O F
với tốc độ đốt n ó n g m ẫ u 10nc /p h ú t trong k h õ n g k h í củ a trung tâm k h o a học vật liệu Đ H K H T N H à Nội
- G iản đồ nhiễu xạ tia X (X R D ) được ghi trên m á y V N H - H N - SIEM EN S,
D5005 của trung tâ m kh o a học vật liệu - Đ H K H T N với góc q u a y 2 9 từ 5 - 70° bức xạ
Cu - K a.
- Á nh hiển vi đ iệ n tử (SEM ) được ch ụp trên kính hiển vi điện tử quét JE O L . SEM
- 35 tại trung tâm k h o a học vật liệu - Đ H K H T N
3.2. Kết quả và n g h iê n cứu
- Phân tích nhiệt D T A —T G được sử d ụ n g ph ân tích ph ân hủy nhiệt của gel khô
và sự ch u yển pha trong quá trình thiêu kết: K ết q u ả được trình bày trên hình 1 và 2.
180

Enoup

Tem perature (°C)

Ur..vcr^ưV3 aB TA

H ình5: G iả n đồ D TA - T G gel m ullit

Q u an sát trên đườ ng D T A - T G hiệu ứng thu n h iệ t 147,59"C, ứng với g iam khối
lượng 12,88% , 2 6 7 ,9 2 ° c ứng với giảm khối lượng 14.99% và 7 6 4 ,4 7 ° c ứng với iiiám
khối lượng 3 3 ,3 4 % . Các hiệu ứng này tương ứng với các giai đoạn phân hủy anion N O ,',
O H - và hơi nước. C ác liên kết trong gel bị phá h ủ y tạo ra hỗn hợp oxit. Từ hiệu ứng

14


7 6 4 ° c cho đ ến Ỉ 0 0 0 ° c đường giảm trọng lượng hầu như k h ô n g đổi, c h ú n s tôi đã chọn
vùng nhiệt độ 800°c để n un g sơ bộ n h ằm thu được các oxit có diện tích bề m ặt lớn, cấu
trúc tinh thể hoạt đ ộ n g n h ằ m tăng k hả năng phản ứng tạo p ha m ullit ở giai đoạn sớm.
S a m p le ; M a u C o rd e r ũ c
S ize : 3 2 .7 3 7 6 m g
M e th o d : R a m p
C o m rn o n t V a n 'S o m p lfc r a le GO c/nrvin m k k _ le & t

DSC-TGA

F ile C :V T A 'D a i3 -S D T \U A N M *is u 001
O p e r a t o r M -n h
R ein D a lo . l5 - M a r - 0 5 0 9 5d
In s tru m e n t 2 9 6 0 S O T V 3 OF

H ìnhó giản đồ D T A - X erogeỉ của cordierit
Q uan sát trên đường D T A hiệu ứng thu nhiệt 9 5 ,5 7 ° c , 15 5 ,4 6 °c và 757.25°c
tương ứng là các giai đoạn phân hủy H iO các ion N 0 3‘, O H của X erogel kết thúc. Vì
vậy chúng tôi ch ọ n vùng nhiệt độ 800°c để nung sơ bộ g ố m n h ằ m tạo ra bề m ặt các oxit

mới sinh có diện tích lớn, tinh thể chưa hoàn chính để cải thiện khả năng phản ứng của
các oxit tạo nên h ợ p ch ất cordierit dễ dàng hơn.
K ết q u ả n h iễ u x ạ tia X gel khô m ullit và c o rdierit cho thấy m ẫu chất tổn tại ở
dạng vô định hình. H ìn h 2 (phụ lục) có tồn tại tinh thể n h ư N aC l do N a + tro n s d u n s dịch
ban đầu và c r có trong HC1 dùng để điều chỉnh m ôi trường pH , tiếp đến là tinh thể
N a A ( S 0 4)T.6H20 . N h ư hình 3 (phụ lục) do có sự trao đối với nhựa cationit nên không có
tinh thể NaCl, bẽn cạn h đó sự xuất hiện của tinh thể N a 2S i 0 3 k h ô n g nhiều. C húng tỏi dự
đoán phân tử keo p o lim e của S i(O H )4 ở dạng vô định hình đã h ấp thu những ion A p + từ
dung dịch như p h â n tích sau:
S i l i c a

s o i

-+-

A

l 3+

-ỉ-

IH U O

Si

o

Si - o

- o

o

OM

o

- Si - o

- Si - o

- A r 1- o

- Si -

o

o

OH

Si - o - Si

13

o


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho

kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

- M ẫu sau k h i n u n g sơ bộ ở 800°c, để nguội, tiến hàn h ng h iề n m ịn trên côi m ã
não. M ộ t phần được tiến h à n h ph ân tích X - R ay, SEM . K ết q u ả được m ô tả ở h ìn h 4
(phụ lục)
- Phân tích kết q u ả giản đồ tia X - R ay cho c h ún g ta thấy: đã tạo ra các oxit
( M g 0 .A l 20 3.4 S i 0 2) và bắ t đầu có phản ứng giữa các oxit n h ưng chưa h ình thành
cordierit m à chỉ tạo ra các sản phẩm trung gian, (xem phần phụ lục)
- Phân tích k ế t q u ả hình ảnh SEM cho chúng ta thấy các oxit sinh ra có kích cỡ
73nm và phân b ố m ộ t c á c h đồnơ đều trong hệ. (xem phần phụ lục)
3.2. K h ả o sát ản h hưởng của nhiệt độ nung tói sụ hình th ành co rd ierit và nm llit
3.2.1. Ả n h của nh iệt đ ộ n u n g đến sự hình thành cordierit.
Các m ẫu sau khi nén xong được kv hiệu M 100, M un, M | 2(), M 125, M ị -,0 tương ứng
với các m ẫu n u n g ở các nh iệt độ là 1000°c, 1100nc 1 200°c, 125°c, 1300°c với tốc độ
tăng nhiệt độ 10‘’C /phút và lưu trong 2h. Ta thấy: M ẫ u M 100 xuất hiện các pic đặc trưng
cho các pha tinh th ể sapphirin và cordierit. V ậy ở 1000°c tuy cordierit đã xuất hiện
tương đối lớn n h ư ng sapphirin vẫn còn nhiều. Kết q uả nhiễu xạ tia X của m ẫu được
nung ở các nhiệt độ được trình bày ở b ả n g l
Bảng2: C ác pic đặc trưng của m ẫu gốm C ordierit

Pha tinh thể G óc
20

C ordierit

Sapphirin

VI100

Mi 10

VI no

^ 120

d(A")

I

d(A°)

I

d(A°)

I

d(A°)

I

10,5

8,459

83

8,463

195

8.460

285

8,487

333

21,8

3,371

210

4.087

80

4,685

145

4,085

125

28,5

3,131

57

3,132

81

3.131

128

3,135

155

2 9.4

3,018

68

3,020

112

3,023

170

3.377

172

36,6

2 ,4 54

70

2,447

25

2.447

32

2,440

60

4 4 .9

2,019

60

2.019

20

2,334

20

2 022

25

6 4,6

1,438

40

1,441

20

2 .019

27

1.430

25

N hư vậy th ô n g q u a giản đổ n hiễu xạ tia X (phần phụ lục) và bảng các giá trị của
các pic đặc trưng, có thể kết luận khả năng phản ứng tạo th àn h cordierit từ hệ sol - ge
tăng dẩn lên theo ch iều tăng của nhiệt độ thiêu kết. M ẫu nu ng ở 1300°c tro n s 2h thì
hầu như k h ô n s c ò n Sapphirin ((A l5M g 4)(A l4S i ò 0 2n) k h ô n 2 còn nữa. sản ph ẩm đã được
chuyển thành c o rdierit và m ộ t it spinel. Đ iều này được c h ứ ng m in h như ở đồ thị hình 7
Sự so sán h cường độ (I) tạo thành cordierit đối với các m ẫu M l0(). M 11(l. M ]2().
M pg, M 1W với góc 2 0 = 1 0 ,5 được biểu thị ở hình 7

lố


H ình 7: Đ ổ thị m ố i q u a n hệ giữa nhiệt độ n u n s và cư ờ n e độ pic cordierit
T ừ đồ thị c h o th ấ y m ối quan hệ giữa nhiệt độ n u n s và cường độ pic cordierit tạo
thành tương đối cao vì vậy c h ún g tôi sẽ chọ n nhiệt độ nu n g 1200°c để khảo sát thời
gian lun cho q uá trình th iêu kết.
3.2.1.1. Á n h hư ởng của nhiệt độ nu n g đến sự hìn h th à n h m ullit
Bảng3: C ường độ m ộ t số pic của m ullit ỏ' các nhiệt độ n u n s khác nhau.
N hiêt đô °c

1000

1100

Cường độ pic

62
105

75

140

52
65

58
92
91,25

Trung bình

71

1200
85

1300

85

148
64

160
78
108
107.75

88
96,25

K ết q u ả ch ụ p n hiễu xạ tia X các m ẫu ở các nhiệt độ n un g hình 4 đến 10 (phụ
lục) cho thấy khi n h iệ t độ càng cao m ullit hình th ành càn g nhiều. M ộ t số cường độ tín
hiệu tiêu biểu ở c ác nhiệt độ khác nhau được trình bày ở b ả n g 3 và hình 8 .
Trên cơ sở kết q u ả thu được ở bảng 3, c h ú n g tôi n h ậ n thấy đối với m ẫu ở nhiệt
độ nung 1100°c đ ã c ho cường độ pic tạo thành m ullit tương đối cao, VI vậv c h ú n s t ô i
chọn nhiệt độ này để k h ả o sát thời gian lưu của m ẫu.

H ình 8 : Đ ồ thị m ố i q u a n hệ giữa nhiệt đồ và c ư ờ ng -đ ix f i.
/ ■

17

' I".1..HIJ , :Eí
u _____


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

3.2.2. K h ả o sát ả n h h ư ở n g của thời gian lưu.
Các m ẫ u sau k h i nén xo ng được k í hiệu M 2120, M 3120, M 4p 0 lần lượt được tiến
hành nu ng ở 1200°c và lưu trong 2h, 3h và 4h với tốc độ n â n g nh iệ t 10°c/phút.
*
Đ ối với m ẫ u M 312o xuất hiện các pic đặc trưng c ho các pha tinh thể: Spinel và

Cordierit. T ro ng đó p h a cord ierit là chủ yếu (các pic của pha này có cường độ m ạn h
nhất). N ếu so sán h với M i20 thì ta thấy cường độ củ a pic c ordierit it thay đổi. K ết quả
chụp nhiễu xạ tia X c ủ a m ẫ u M 120 được trình bày ở bảng 4.
B ảng L C ác pic đặc trưng củ a m ẫu M ị20 ở các thời gian lưu
Phatinh thể G óc 2 0
M \,
120
20
I
d(A°)
I
d(A°)
I
d(A°)
285
8,457
Cordierit
10,5
8,460
315
8,460
315
4 ,0 86
145
4,086
21,9
140
4,085
141
28,5

3,131
128
3,132
132
3,131
132
170
3.026
29,5
3,023
190
3,023
190
20
2,850
Sapphirin
30,5
2,839
16
2.8503
20
2,447
32
2,451
25
36,6
2,453
32
27
2,028

44,9
2 ,09 6
20
2,022
27
23
1,429
20
64,5
1,420
1,439
25
So sánh cư ờ n g độ ( I ) tạo thành corđierit đối với các m âu M 2p 0, M 31Z(), M 412)) ớ
góc 20 = 10,5 được biểu thị ở hình 9.

H ình 9: Đ ổ thị m ố i q u a n hệ giữa thời gian nu ng và cường độ pic cordierit
Từ đổ thị ta th ấy rằng ở nhiệt độ 1200°c thời g ian lưu 3 và 4 giờ cho cường độ
pic cordierit rất cao. N h ư vậy ch úng ta có thể dù n g điều kiện này để to n s hợp gốm
cordierit n h ằ m m ụ c đ ích tiế k iệ m nhiên liệu hơn so với n u n g ở 1300"C
*
K ết q u ả n g h iê n cứu ảnh h ư ở n s của thời gian lưu ở nhiệt độ nung 1 1 0 0 ’C đối
với quá trình thiêu kết g ố m m ullit được trình bày ở b ả n g 5.
Bảng5: C ư ờ n g độ pic của m ullit ở các thời g ian lưu k h á c nhau.
Thời gian (giờ)

Cường độ

T rung bình

1

2

5
4

26
48
25
34
33,25

50
75
35
55
53,75

18

76
130
60
91
89,25

75
135
60
82

88

'


K ết q u ả n h iễ u x ạ tia X từ M 2 .6 đến M 2 .9 hình (phụ lục) cho thấy sự hình thành
m ullit phụ thuộc rất n h iều vào thời gian lưu để cho q u á trình hìn h th àn h tinh thể. Từ
bảng 5 và hình 10 c h ú n g tôi n h ậ n thấy m ullit hình thành khi lưu M 2 .6 ; M 2.7 ở 1 100°c
trong 1 và 2 g iờ k é m hơn rất nhiều so với M 2 .8 ; M 2.9 ở 1 1 0 0 ° c trong 3 và 4 giờ. Đ ồng
thời m ẫu lưu trong 3 g iờ đã đạt giá trị cường độ pic lớn, vì th ế ở 1 1 0 0 °c với thời gian
lưu 3 giờ cho hiệu q u ả tạo m u llit là tốt nhất.
Khi so sán h kết q u ả của M 2 .2 và M 2.7 chúng ta có thể th ấy có sự k hác biệt rất
lớn. N g u y ê n nh à n c ủ a sự sai k h ác này là do M 2.2 đã được lưu ở 1000°c trong 2 giờ.
Đ ồng thời M 2 .8 ; M 2 .9 và M 2 .2 cho thấy kết quả gần nh ư tương đương nhau.

H ình 10: Đ ổ thị m ối quan hệ giữa cường độ và thời gian lưu.
3.2.3. N gh iên cứu ả n h hư ỏn g của phụ gia B 20 3, Urê đối với quá trình hình thành
cordierit và m u llit.
B ảns 8 : T rìn h b ày m ộ t số píc đặc trưng của các m ẫu cordierit.
M po +BnO,
Pha tinh thể

Cordierit

Spinel

M J 20

20
10,5

21,8
28,5
29,5
36,9
44 ,9
65,2

I
300
118
140
160
32
28
22

d(A°)
8,487
4,085
3,135
3,027
2,440
2,022
1,430

d(A°)
8,460
4,085
3,131
3,023

2,447
2.019
1,430

I
285
145
128
170
50
20
27

N hìn vào b ả n g c h ú n s ta có thể kết luận rằng: đối với m ẫu nung ở 1200°c có
B20 3 cho cường đ ộ pic cordierit cao hơn so với m ẫ u n u n g ở c ù n s nhiệt độ không có
B2O v Ví đụ như ở g óc 2 9 = 10.5 m ẫu có B t 0 3 là 300 c òn k h ô n g có B20 3 chỉ là 285.
Bảng7 trình b ày m ộ t số cường độ pic tiêu biểu của M 3 ( llO O 'C) và M 2.5
(1300°C) cho th ấy M 3 m ặ c dù chỉ n u n s ở 1 1 0 0 °c và lưu tro n s 2 siời (phu lục) nhưng
lại có cường độ pic m ạ n h ho'n rất nhiều so với M 2.5 được n u n s ở 130CTC trong 2 giờ.
N h ư th ế c h ú n g ta có thể n h ậ n thấy urê có ảnh hưở ng lớn tới q u á trình tạo sol - gel của
g ốm m ullit vì ở đ â y urê làm cho sự đổng nhất củ a h ỗ n h ợ p sol tốt hơn do đó mà mill lit
được hình th àn h n h iề u ở nh iệt độ thấp hơn so với m ẫ u k h ô n s có urê.
19