ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

VŨ THỊ MAI ANH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM AKERMANITE
2CaO.MgO.2SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT TiO2, ZrO2
ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

VŨ THỊ MAI ANH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM AKERMANITE
2CaO.MgO.2SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT TiO2, ZrO2
ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM

Chun ngành: Hóa vơ cơ
Mã số:

60 44 25

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nghiêm Xuân Thung

Hà Nội – Năm 2011


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1
Chƣơng 1- TỔNG QUAN........................................................................................................ 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM ................................................ 2
1.1.1. Vật liệu gốm ............................................................................................ 2
1.1.2. Các phƣơng pháp tổng hợp gốm ............................................................. 3
1.1.2.1. Phương pháp sol-gel .................................................................. 3
1.1.2.2. Phương pháp đồng kết tủa ........................................................ 3
1.1.2.3. Phương pháp phân tán rắn - lỏng ............................................. 4
1.1.2.4. Phương pháp điều chế gốm truyền thống .................................. 4
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO2............................. 4
1.2.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO-MgO-SiO2 ...................................... 5
1.2.1.1. Canxi oxit (CaO) ..................................................................... 5
1.2.1.2. Magie oxit (MgO) ..................................................................... 5
1.2.1.3. Silic oxit (SiO2) ......................................................................... 6
1.2.2. Khái quát về các oxit TiO2, ZrO2 ............................................................ 6
1.2.2.1. Titan (IV) oxit: .......................................................................... 6
1.2.2.2. Ziriconi đioxit:........................................................................... 7
1.2.3 Giới thiệu về talc ....................................................................................... 7
1.2.3.1. Nguồn gốc hình thành talc ........................................................ 7
1.2.3.2. Thành phần hóa học và thành phần khoáng talc ...................... 8
1.2.3.3. Cấu trúc của talc ...................................................................... 9
1.2.3.4. Tính chất của talc ................................................................... 10
1.2.3.5. Ứng dụng của talc ................................................................... 11

1.2.4. Khái quát về gốm hệ CaO- MgO-SiO2 ....................................... 11
1.3. GIỚI THIỆU VỀ GỐM AKERMANITE: 2CaO.MgO.2SiO2 ...................... 13

1.3.1. Cấu trúc của Akermanite ................................................................... 13
1.3.2. Tính chất của gốm Akermanite (2CaO.MgO.2SiO2)............................. 14
1.3.3. Ứng dụng của gốm Akemanite .............................................................. 14
1.4. GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG GIỮA PHA RẮN .............................................. 14
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn ........................................................ 14
1.4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng giữa các pha rắn ......................... 15
1.4.3. Phản ứng phân hủy nhiệt nội phân tử ................................................... 15
1.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 16


1.5.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt ................................................................ 16
1.5.2. Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X .................................................. 17
1.5.3. Hình ảnh quét bằng kính hiển vi điện tử SEM ..................................... 18
1.5.4. Phƣơng pháp xác định các tính chất vật lí ............................................. 19
1.5.4.1. Xác định độ co ngót khi nung .................................................. 19
1.5.4.2. Xác định độ hút nước .............................................................. 19
1.5.4.3. Xác định khối lượng riêng bằng phương pháp Acsimet .......... 20
1.5.4.4. Xác định cường độ nén ........................................................... 20
1.5.4.5. Hệ số giản nở nhiệt ................................................................. 21
1.5.4.6. Độ bền sốc nhiệt ...................................................................... 22
1.5.4.7. Độ chịu lửa ............................................................................. 22
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................................. 24
2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN ......................................... 24
2.1.1. Mục tiêu của luận văn ........................................................................... 24
2.1.2. Các nội dung nghiên cứu của luận văn ................................................. 24
2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HĨA CHẤT ...................................................... 24
2.2.1. Hóa chất ................................................................................................ 24

2.2.2. Dụng cụ .................................................................................................. 24
2.3. THỰC NGHIỆM ........................................................................................... 25
2.3.1. Chuẩn bị mẫu ......................................................................................... 25
2.3.2. Cách làm ................................................................................................ 26
2.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH
THÀNH GỐM AKERMANITE ..................................................................... 27
2.4.1. Phân tích nhiệt mẫu nghiên cứu ................................................. 27
2.4.2. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành gốm
Akermanite ....................................................................................................... 27
2.4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành
gốm bằng phương pháp XRD. ............................................................. 28
2.4.2.2.Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành
gốm bằng phương pháp SEM .............................................................. 28
2.4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến các tính chất cơ, lý
của vật liệu ........................................................................................... 28
2.4.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng Titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit
đến sự hình thành tinh thể Akermanite ............................................................ 28


2.4.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Titan (IV) oxit , Ziriconi
(IV) oxit đến sự hình thành Akermanite bằng phương pháp XRD ..... 28
2.4.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của Titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến
sự hình thành Akermanite bằng phương pháp SEM .......................... 29
2.4.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Titan (IV) oxit , Ziriconi (IV)
oxit đến các tính chất của vật liệu ........................................................ 29
Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................... 31
3.1. Kết quả phân tích nhiệt của các mẫu nghiên cứu .......................................... 31
3.1.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M1 (talc, SiO2, canxi cacbonat) ......... 31
3.1.2. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M2 (talc, SiO2, CaCO3, TiO2) ............ 32
3.1.3. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M7 (talc, SiO2, CaCO3, ZrO2) ........... 33

3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành Akermanite ........... 34
3.2.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X ( X- Ray) ........................................... 34
3.2.2. Kết quả ảnh SEM ....................................................................... 39
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến tính chất của vật liệu ........... 40
3.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến sự hình thành
akermanite và tính chất của gốm .......................................................................... 40
3.3.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X ( X- Ray) ........................................... 40
3.3.2. Kết quả ảnh SEM ................................................................................... 43
3.3.3. Ảnh hƣởng của titan (IV) oxit , Ziriconi (IV) oxit đến các tính chất của vật
liệu .................................................................................................................... 45
3.3.3.1. Độ co ngót ................................................................................ 45
3.3.3.2. Độ hút nước ............................................................................. 48
3.3.3.3. Độ xốp, khối lượng riêng ......................................................... 49
3.3.3.4. Cường độ kháng nén ............................................................... 51
3.3.3.5. Hệ số giãn nở nhiệt .................................................................. 51
3.3.3.6. Độ bền sốc nhiệt ...................................................................... 52
3.3.3.7. Độ chịu lửa .............................................................................. 53
KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 56


MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phương pháp gốm truyền thống để sản xuất vật liệu gốm ................................... 4
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể talc................................................................................................ 9
Hình 1.3. Hệ bậc ba CaO – MgO – SiO2 ............................................................................. 12
Hình 1.4. Cấu trúc akermanite ............................................................................................... 13
Hình 1.5. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt ................................................................. 17
Hình 1.6. Nhiễu xạ tia X theo mơ hình Bragg ...................................................................... 18
Hình 1.7. Sơ đồ khối các bộ phận của kính hiển vi điện tử quét ........................................ 19
Hình 1.8. Mơ hình thiết bị đo cường độ kháng nén ............................................................. 21

Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp mẫu M1................................................... 31
Hình 3.2. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp mẫu M2................................................... 32
Hình 3.3. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp mẫu M7................................................... 33
Hình 3.6.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1050 .............................................................. 35
Hình 3.6.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1100 .............................................................. 36
Hình 3.6.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1150 .............................................................. 36
Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1200 ............................................................. 37
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cƣờng độ pha akermanite vào nhiệt độ ............. 39
Hình 3.9.Ảnh SEM của mẫu 1................................................................................................ 39
Hình 3.10.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Akermanite vào hàm lượng titan
(IV) oxit..................................................................................................................................... 42
Hình 3.11.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Akermanite vào hàm

lượng

ziriconi (IV) oxit....................................................................................................................... 42
Hình 3.12. Ảnh SEM của mẫu M1 ......................................................................................... 44
Hình 3.13. Ảnh SEM của mẫu M7 ......................................................................................... 44
Hình 3.14. Ảnh SEM của mẫu M11...................................................................................... 45
Hình 3.15. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượng TiO2 khác nhau..... 47
Hình 3.16. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượng ZrO2 khác nhau ... 47
Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng TiO2 ......................... 49
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng ZrO2 ........................ 49


MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thông số cấu trúc của talc .................................................................................... 10
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [20] ......................... 11
Bảng 2.1: Thành phần các khoáng trong các mẫu .............................................................. 26
Bảng 3.1.Cường độ pic đặc trưng của các pha tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ nung .... 38

Bảng 3.2. kết quả xác định các tính chất vật lí của các mẫu ở nhiệt độ nung khác
nhau........................................................................................................................ 40
Bảng 3.3. Các pic đặc trƣng của các pha tinh thể...............................................41
Bảng 3.4. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lượng titan (IV) oxit khác
nhau. ......................................................................................................................................... 46
Bảng 3.5. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lƣợng ziriconi (IV) oxit khác
nhau........................................................................................................................................... 46
Bảng 3.6. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng TiO2 khác nhau ............ 48
Bảng 3.7. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng ZrO2 khác nhau ............ 48
Bảng 3.8. Độ xốp và khối lƣợng riêng của các mẫu với hàm lƣợng titan(IV) oxit khác nhau
nung ở 12000C trong 1h .......................................................................................................... 50
Bảng 3.9. Độ xốp và khối lƣợng riêng của các mẫu với hàm lƣợng ziriconi (IV) oxit khác
nhau nung ở 12000C trong 1h ................................................................................................ 50
Bảng 3.10. Kết quả đo cường độ nén .................................................................................... 51
Bảng 3.11. Hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu ....................................................................... 52
Bảng 3.12. Độ bền sốc nhiệt của các mẫu ............................................................................ 52
Bảng 3.13. Độ chịu lửa của các mẫu .................................................................................... 53


BẢNG CHÚ GIẢI CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU, ĐƠN VỊ ĐO

DTA: Phân tích nhiệt vi sai
TG: Đƣờng khối lƣợng
SEM: Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
XRD: Nhiễu xạ tia X
TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua (Tranmission Electron Microscope)
TOT: Tệp ba lá trong lớp silicat lớp
Ng-Np: Lƣỡng chiết suất
a: Thông số ô mạng theo phƣơng OX
b: Thông số ô mạng theo phƣơng OY

c: Thông số ô mạng theo phƣơng OZ
dhkl: Khoảng cách giữa các mặt thuộc họ(hkl)


Luận văn thạc sỹ khoa học

Hố học vơ cơ

MỞ ĐẦU
Cơng nghiệp gốm sứ là một trong những ngành cổ truyền được phát triển rất
sớm. Từ hơn 9000 năm trước công nguyên vật liệu gốm đã được con người biết đến
và sử dụng. Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, vật liệu gốm
càng ngày càng được sử dụng rộng rãi, đặc biệt sự ra đời của nhiều loại gốm mới
với nhiều đặc tính ưu việt đang trở thành đề tài được rất nhiều nhà khoa học trên thế
giới và trong nước quan tâm nghiên cứu.
Gốm Akermanite (2CaO.MgO.2SiO2) được biến tính bởi các nguyên tố kim
loại là một trong những loại gốm mới có nhiều tính chất vượt trội: như có độ bền cơ
học cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, không phản ứng với axit, bazơ, với tác nhân oxi
hóa, có hoạt tính sinh học, khơng có tính độc với sự phát triển của tế bào…Với
những đặc tính như vậy nên gốm Akermanite được sử dụng trong nhiều lĩnh vực
công nghệ khác nhau: công nghệ xây dựng, công nghệ điện, điện tử, sinh học…
Do vậy, việc nghiên cứu tổng hợp gốm Akermanite sẽ góp phần vào sự phát
triển của ngành công nghệ vật liệu gốm.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp gốm Akermanite: Phương pháp
truyền thống, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp sol-gel, phương pháp khuếch
tán pha rắn vào pha lỏng…Trong đó, phương pháp gốm truyền thống có nhiều ưu
điểm về cách phối trộn nguyên liệu ban đầu dẫn đến sự đồng nhất cao về sản phẩm.
Không những thế, xu thế hiện nay, người ta đi tổng hợp gốm Akermanite từ các
khoáng chất có sẵn trong tự nhiên như: đá vơi, khống talc, thạch anh…để thu được
Akermanite có giá thành rẻ mà vẫn giữ được những đặc tính quan trọng.

Với mục đích sử dụng nguồn ngun liệu khống sản sẵn có của Việt Nam
để sản xuất các vật liệu gốm phục vụ cho sự phát triển kinh tế của đất nước, tôi
chọn đề tài cho luận văn : “Nghiên cứu tổng hợp gốm Akermanite
2CaO.MgO.2SiO2 và ảnh hưởng của oxit TiO2, ZrO2 đến cấu trúc và tính chất
của gốm ”.

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

1


Luận văn thạc sỹ khoa học

Hố học vơ cơ
Chƣơng 1- TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM
1.1.1. Vật liệu gốm [6]
Gốm là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể bao gồm các hợp chất giữa kim loại
và á kim như: kim loại với oxi (các oxit), kim loại với nitơ (các nitrua), kim loại với
cacbon (các cacbua), kim loại với silic (các silixua), kim loại với lưu huỳnh (các
sunfua)… Liên kết chủ yếu trong vật liệu gốm là liên kết ion, tuy nhiên cũng có
trường hợp liên kết cộng hóa trị đóng vai trị chính.
Vật liệu gốm có nhiều đặc tính q về cơ, nhiệt, điện, từ, quang… do đó đóng
vai trị quan trọng trong hầu hết các ngành cơng nghiệp.
Về đặc tính cơ, vật liệu gốm có độ rắn cao nên được dùng làm vật liệu mài, vật
liệu giá đỡ…
Về đặc tính nhiệt, vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao, đặc biệt là hệ số
giãn nở nhiệt thấp nên được dùng làm các thiết bị địi hỏi có độ bền nhiệt, chịu được
các xung nhiệt lớn (lót lị, bọc tàu vũ trụ…).

Về đặc tính điện, độ dẫn điện của vật liệu gốm thay đổi trong một phạm vi khá
rộng từ dưới 10 -1.cm-1 đến 10-12 -1.cm-1. Có loại vật liệu gốm trong đó phần tử
dẫn điện là electron như trong kim loại, cũng có loại vật liệu gốm trong đó ion đóng
vai trị là phần tử dẫn điện. Do đó ta có thể tổng hợp nhiều loại vật liệu gốm kĩ thuật
khác nhau như gốm cách điện, gốm bán dẫn, gốm siêu dẫn điện…
Đặc tính từ của vật liệu gốm rất đa dạng. Ta có thể tổng hợp được gốm nghịch
từ, gốm thuận từ, gốm sắt từ, gốm phản sắt từ với độ từ cảm thay đổi từ 0 đến 10
phụ thuộc rất đa dạng vào nhiệt độ cũng như từ trường ngoài.
Về đặc tính quang, ta có thể tổng hợp được các loại vật liệu có các tính chất
quang học khác nhau như vật liệu phát quang dưới tác dụng của dòng điện (chất
điện phát quang), vật liệu phát quang dưới tác dụng của ánh sáng (chất lân quang)
hoặc các loại gốm sử dụng trong thiết bị phát tia laze.

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

2


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
Vật liệu gốm đã góp phần đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển của mọi
ngành khoa học kỹ thuật và công nghiệp cuối thế kỉ XX như công nghệ vật liệu xây
dựng, công nghệ chế tạo máy, giao thông vận tải, công nghệ thông tin, kỹ thuật
điện, từ, quang, công nghệ chinh phục vũ trụ…
1.1.2. Các phƣơng pháp tổng hợp gốm [6]
1.1.2.1. Phương pháp sol-gel
Ưu điểm :
Có thể tổng hợp được gốm dưới dạng bột với cấp hạt cỡ micromet, nanomet.
Có thể tổng hợp gốm dưới dạng màng mỏng, dưới dạng sợi đường kính <1mm.
Nhiệt độ tổng hợp khơng cần cao.

Nguyên tắc của phương pháp này là tạo ra các dung dịch theo đúng tỉ lệ hợp
thức của sản phẩm và trộn lẫn với nhau tạo thành hệ sol, sau đó chuyển từ dạng sol
thành gel rồi sấy khơ để thu được sản phẩm .
Phương pháp này cũng mắc phải một số khó khăn đó là chịu ảnh hưởng của
nhiều yếu tố như thành phần nguyên liệu ban đầu, cách thức thực hiện quá trình
thủy phân các hợp chất của Si, Ca và Al rất nhạy cảm với những thay đổi (xúc tác
axit-bazơ, sử dụng nhiệt duy trì trong quá trình thủy phân, thời gian thủy phân,chất
phân tán, chất chống keo tụ...).
Là quá trình tổng hợp rất phức tạp, phải sử dụng dung môi để thủy phân các
hợp chất cơ kim (thường là các alkoxide) rất đắt tiền, nên hạn chế phần nào ứng
dụng của nó trong thực tế.
1.1.2.2. Phương pháp đồng kết tủa
Các chất ở dạng dung dịch rồi tiến hành kết tủa đồng thời, sản phẩm thu được
tiến hành lọc, rửa rồi sấy, nung. Phương pháp này cho phép khuếch tán các chất
tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kể diện tích bề mặt tiếp xúc của các chất phản
ứng. Nhưng với phương pháp này gặp khó khăn là phải đảm bảo tỉ lệ hợp thức của
các chất trong hỗn hợp kết tủa đúng với sản phẩm gốm mong muốn.
1.1.2.3. Phương pháp phân tán rắn - lỏng

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

3


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
Ngun tắc của phương pháp này là phân tán pha rắn ban đầu vào pha lỏng,
rồi tiến hành kết tủa pha rắn thứ hai. Khi đó, các hạt pha kết tủa sẽ bám xung quanh
hạt pha rắn ban đầu, làm cho mức độ phân bố của chúng đồng đều hơn, tăng diện
tích tiếp xúc cũng như tăng hoạt tính của các chất tham gia phản ứng, do đó làm

giảm nhiệt độ phản ứng xuống thấp hơn nhiều so với phương pháp gốm truyền
thống. Vì vậy, phương pháp này được sử dụng khá nhiều trong kỹ thuật tổng hợp
vật liệu. Tuy nhiên nhược điểm lớn của phương pháp này rất khó khăn trong việc
đảm bảo tỷ lệ hợp thức của sản phẩm.
1.1.2.4. Phương pháp điều chế gốm truyền thống
Có thể mơ tả phương pháp gốm truyền thống theo dạng sơ đồ sau:

Chuẩn bị
Phối liệu

Nghiền
Trộn

Ép viên

Nung

Sản
phẩm

Hình 1.1. Phương pháp gốm truyền thống để sản xuất vật liệu gốm
Trong sơ đồ:
Giai đoạn chuẩn bị phối liệu: tính tốn thành phần của nguu liệu ban đầu (đi
từ các ôxit, hiđroxit, hoặc các muối vô cơ...) sao cho đạt tỷ lệ hợp thức của sản
phẩm muốn điều chế.
Giai đoạn nghiền, trộn: nghiền mịn nguyên liệu để tăng diện tích tiếp xúc giữa
các chất phản ứng và khuyếch tán đồng đều các chất trong hỗn hợp. Khi nghiền ta
có thể cho một lượng ít dung mơi vào cho dễ nghiền. Phải chọn loại dung môi nào
để trong quá trình nghiền dễ thốt ra khỏi phối liệu ( có thể dùng rượu etylic,
axeton… ).

Giai đoạn ép viên: nhằm tăng độ tiếp xúc giữa các chất phản ứng. Kích thước
và độ dày của viên mẫu tùy thuộc vào khuôn và mức độ dẫn nhiệt của phối liệu. Áp

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

4


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
2
lực nén tùy thuộc vào điều kiện thiết bị có thể đạt tới vài tấn/cm . Dùng thiết bị nén
tới hàng trăm tấn thì trong viên phối liệu vẫn chứa khoảng 20% thể tích là lỗ xốp và
các mao quản. Để thu được mẫu phối liệu có độ xốp thấp cần phải sử dụng phương
pháp nén nóng (tức là vừa nén vừa gia nhiệt). Việc tác động đồng thời cả nhiệt độ
và áp suất địi hỏi phải có thời gian để thu được mẫu phối liệu có độ chắc đặc cao.
Giai đoạn nung: là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn đây là công đoạn được
xem là quan trọng nhất. Phản ứng giữa các pha rắn khơng thể thực hiện hồn tồn,
nghĩa là sản phẩm vẫn cịn có mặt chất ban đầu chưa phản ứng hết nên thường phải
tiến hành nghiền trộn lại rồi ép viên, nung lại lần hai. Đôi lúc còn phải tiến hành
nung vài lần như vậy.
Bên cạnh các phương pháp tổng hợp đã trình bày ở trên cịn có một số phương
pháp tổng hợp khác như: kết tinh từ dung dịch, điện hoá, tự bốc cháy, thủy nhiệt …
Phương pháp gốm truyền thống thuận lợi trong khâu trộn phối liệu. Vì vậy
chúng tơi lựa chọn phương pháp gốm truyền thống để tổng hợp gốm Akermanite.
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO2
1.2.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO-MgO-SiO2
1.2.1.1. Canxi oxit (CaO) [20]
Phân tử gam


: 56,08 g/mol.

Tỷ trọng

: 3,35 g/cm3

Điểm nóng chảy : 25720C
Điểm sơi

: 28500C

Độ tan trong nước : có phản ứng với nước.
Canxi oxit là chất rắn màu trắng, dạng tinh thể lập phương tâm mặt. Về mặt
hóa học canxi oxit là một oxit bazơ, có thể bị kim loại kiềm, nhơm, silic khử về kim
loại. Canxi oxit chủ yếu được điều chế từ canxi cacbonat (CaCO3) bằng cách phân
hủy nhiệt ở khoảng 9000C.
CaCO3

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

900


0

5

CaO +

CO2



Luận văn thạc sỹ khoa học
1.2.1.2. Magie oxit (MgO) [20]
Phân tử gam

: 40,30 g/mol

Tỷ trọng

: 1,5 g/cm3

Hố học vơ cơ

Điểm nóng chảy : 28520C
Điểm sơi

: 36000C

Cũng giống như canxi ơxit, magiê ôxit là chất bột hoặc cục màu trắng, dạng
bột tan ít và tan rất chậm trong nước. Nguồn MgO là khống talc, đơlơmit, cacbonat
magiê… Magie oxit có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt, có nhiệt độ nóng chảy
cao. Tuy nhiên MgO dễ dàng tạo pha ơtecti với các ơxít khác và nóng chảy ở nhiệt
độ rất thấp. Độ giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống rạn men là hai đặc tính quan
trọng của ơxít magiê.
1.2.1.3. Silic oxit (SiO2) [3, 20]
Ở điều kiện thường, SiO2 thường tồn tại ở các dạng thù hình là : thạch anh,
tridimit và cristobalit. Mỗi một dạng thù hình này lại có hai dạng : dạng  bền ở
nhiệt độ thấp và dạng  bền ở nhiệt độ cao.
Tất cả các dạng tinh thể này đều bao gồm các nhóm tứ diện SiO4 nối với nhau

qua nguyên tử oxi chung. Trong tứ diện SiO4 , nguyên tử Si nằm ở tâm tứ diện liên
kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử oxi nằm ở đỉnh của tứ diện.
Ở nhiệt độ thường chỉ có thạch anh α bền nhất cịn các tinh thể khác là giả
bền. Thạch anh nóng chảy ở 16000-16700C nhiệt độ nóng chảy của nó khơng thể
xác định chính xác được vì sự biến hóa một phần sang những dạng đa hình khác với
tỉ lệ khác nhau tùy theo điều kiện bên ngồi.
Về mặt hóa học SiO2 rất trơ, nó không tác dụng với oxi, clo, brom và các axit kể cả
khi đun nóng. Nó chỉ tác dụng với flo và HF ở điều kiện thường.
1.2.2. Khái quát về các oxit TiO2, ZrO2 [21]
1.2.2.1. Titan (IV) oxit:
Phân tử lượng: 79,9g/mol.
Tỷ trọng: 0,144g/cm3.

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

6


Luận văn thạc sỹ khoa học
Điểm nóng chảy: 1.830°C

Hố học vơ cơ

Vai trị của titan đioxit trong cơng nghiệp gốm: là một ơxít đa dụng do có thể
làm chất làm mờ, tạo đốm và kết tinh. Hàm lượng dưới 0,1% được dùng để biến đổi
màu men có sẵn từ các ôxít kim loại khác như Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu.
Titan đioxit có thể tự tạo thủy tinh nhưng nó lại khơng có độ hịa tan cao trong
silica nóng chảy. Hàm lượng thấp hơn 1%, titan điơxít hịa tan hồn toàn trong men
chảy (chưa thể làm chất làm mờ). Hàm lượng hơi cao hơn một chút, nó sẽ cho một
vệt màu trắng ánh lam trong men trong suốt (còn tùy thuộc hàm lượng alumina).

Trên 2%, nó bắt đầu thay đổi mạnh bề mặt và độ đục của men do hình thành các hạt
tinh thể phân tán lơ lửng trong men. Trong khoảng từ 2-6%, nó sẽ tạo các đốm trên
mặt men. Từ 10-15%, nó cho bờ mặt men mờ đục và xỉn nếu men không bị quá lửa.
Titan đioxit là một ơxít "đói" ơxy và dễ dàng bị ơxi hố từ dạng bị khử của nó khi
có cơ hội.
1.2.2.2. Ziriconi đioxit:
Phân tử gam

: 123,2 g/mol.

Tỷ trọng

: 0,02 g/cm3

Điểm nóng chảy : 27000C
Vai trị trong cơng nghiệp gốm: Nó được dùng làm chất làm mờ trong men,
tương tự như Titan đioxit. Ziriconi đioxit được dùng trong một số loại frit để giảm
sự thẩm thấu. Men chứa Ziriconi đioxit có thể thay đổi màu nhẹ dưới tác động của
ánh sáng và cũng có thể thay đổi màu do tác động của nhiệt, giúp cho q trình tạo
mầm, phát triển mầm và tính chất của gốm.
1.2.3 Giới thiệu về talc
1.2.3.1. Nguồn gốc hình thành talc [20]
Talc là một khống vật được hình thành từ q trình biến chất các khống vật
magie như pyroxen, amphiboli, olivin có mặt của nước và cacbon đioxit. Quá trình
này tạo ra các đá tương ứng gọi là talc cacbonat.

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

7



Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
Talc ban đầu được hình thành bởi sự hydrat và cacbonat hóa serpentin, theo
chuỗi phản ứng sau:
Serpentin + cacbon đioxit → Talc + manhezite + nước
2Mg3Si2O5(OH)4 + CO2  Mg3Si4O10(OH)2 + 3 MgCO3 + 3 H2O
Talc cũng được tạo thành từ magie chlorit và thạch anh có mặt trong đá phiến
lục và eclogit qua phản ứng biến chất.
Chlorite + thạch anh  Kyanite + talc + H2O
Trong phản ứng này, tỉ lệ talc và kyanite phụ thuộc vào hàm lượng nhôm
trong đá giàu nhơm. Q trình này xảy ra trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ
thấp thường tạo ra phengite, granate, glaucophan trong tướng phiến lục. Các đá có
màu trắng, dễ vỡ vụn và dạng sợi được gọi là phiến đá trắng.
1.2.3.2. Thành phần hóa học và thành phần khống talc
+ Thành phần hóa học
Talc tinh khiết có cơng thức hóa học là Mg3Si4O10(OH)2 với tỷ lệ MgO: 31,9%
, SiO2: 63,4% và H2O: 4,7%. Tuy nhiên quặng talc trong tự nhiên thường chứa các
tạp chất như FeO, Fe2O3, Al2O3, Na2O, K2O, CaO... hàm lượng các tạp chất thường
chứa vài phần trăm. Trong những tạp chất trên người ta lưu ý nhiều đến thành phần
của các oxit kim loại nhóm d vì chúng có khả năng gây màu, gây màu mạnh nhất là
oxit sắt. Nếu sử dụng talc làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ hay vật liệu chịu lửa thì
người ta thường chọn talc có thành phần oxit sắt nhỏ. Màu của talc thường là màu
xanh sáng,
trắng hoặc xanh xám. Nếu oxit sắt lớn thì có màu trắng ngà hoặc phớt hồng.
+ Thành phần khoáng vật
Do nguồn gốc của talc được hình thành từ quá trình biến đổi nhiệt dịch đá giàu
magie, các đá silicat trầm tích, các đá cacbonat magie nên ngồi talc
Mg3[Si4O10(OH)2 ] thì quặng có chứa MgO cịn có các khống như: dolomite
Mg.Ca(CO3)2;


manhezite

MgCO3;

serpentin

4MgO.2SiO2.2H2O;

Ca2Fe5[Si4O11]2.(OH)2; manhetite Fe3O4; hemantite Fe2O3…

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

8

actinolite


Luận văn thạc sỹ khoa học
1.2.3.3. Cấu trúc của talc [7, 12]

Hố học vơ cơ

Khống chất talc có cấu trúc tinh thể và ở dạng cấu trúc lớp: tứ diện –bát diệntứ diện (T-O-T). Hình 1.1 mơ tả cấu trúc tinh thể của talc.

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể talc
Cấu trúc lớp cơ bản của talc được tạo thành từ lớp bát diện Mg-O2/hyđroxyl
nằm kẹp giữa 2 lớp tứ diện SiO2.Các lớp đều trung hịa điện tích, xen giữa chúng
khơng có cation trao đổi và chúng liên kết với nhau bằng lực liên kết yếu. Điều này
dẫn đến độ cứng thấp và khuyết tật trong trình tự các lớp của talc.


Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

9


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
Talc có thể kết tinh trong hai hệ tinh thể khác nhau: một nghiêng và ba
nghiêng. Thông số cấu trúc tinh thể tế bào đơn vị hệ một nghiêng và ba nghiêng
được trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thơng số cấu trúc của talc
Thông số tế bào đơn vị

Một nghiêng

Ba nghiêng

a ( A0 )

5,28

5,290

b ( A0 )

9,15

9,173


c ( A0 )

18,92

9,460

 (0 )

90,00

98,68

 (0 )

100,15

119,90

 (0 )

90,00

85,27

Z

4

2


Nhóm khơng gian

C2/c

C1

Khi các lớp TOT chồng lên nhau thì các vịng sáu tứ diện của chúng không
đối nhau trực diện, mà lệch nhau một khoảng bằng 1/3 cạnh a của ơ cơ sở. Mặt
khác, vịng sáu cạnh tứ diện không đối xứng sáu phương, mà ba phương kép do các
tứ diện tự xoay một góc quanh trục đứng. Vậy, talc có những loại cấu trúc như 1Tc
(một lớp ba nghiêng), 2M (hai lớp một nghiêng) và 2O (hai lớp trực thoi).
Tinh thể talc có dạng hình vẩy. Thường tập hợp tạo các lá hay khối sít đặc. Do
lực liên kết các vảy nhỏ nên sờ tay có cảm giác mỡ.
1.2.3.4. Tính chất của talc [1, 3, 20]
Trong các loại khống chất có trong tự nhiên, bột talc là loại bột mềm nhất (độ
cứng 1 Moh), có khả năng giữ mùi thơm lâu và đặc biệt là có độ sạch cao. Tỷ trọng
của bột talc dao động trong khoảng 2,58 - 2,83 g/cm3, talc nóng chảy ở 15000C.
Tính kỵ nước và trơ về mặt hóa học, dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Talc không tan
trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazơ yếu. Mặc dù có rất ít khả năng

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

10


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
gây phản ứng hóa học nhưng talc có một mối quan hệ rõ rệt với các chất hữu cơ tức
là nó ưa các hợp chất hữu cơ.
Khi nung talc có hiệu ứng nhiệt mạnh bắt đầu từ 9000C, thông thường là 92010600C nếu nung nóng trong mơi trường khơng khí. Ở khoảng nhiệt độ này talc bị

mất nước hóa học tạo thành metasilicat magie.
3MgO.4SiO2.H2O  3(MgO.SiO2) + SiO2 + H2O
Khi đó SiO2 được tách ra ở trạng thái vơ định hình. Ở 11000C nó chuyển một
phần sang cristobalit kèm theo giãn nở thể tích. Cristobalit có khối lượng riêng nhỏ
và nó sẽ bù trừ sức co khi nung talc. Vì thế thể tích quặng talc khi nung thực tế ổn
định. Nhờ tính ổn định thể tích và độ mềm của nó cho phép ta có thể sử dụng quặng
talc cưa thành những viên gạch xây lị, buồng đốt nhiên liệu khí.
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [20]
Hàm lƣợng Talc trung

Mất khi nung ở

Khả năng hòa tan trong

bình %

1000 °C, %

HCl, tối đa %

A

95

4 – 6,5

5

B


90

4–9

10

C

70

4 – 18

30

D

50

4 – 27

30

Loại

1.2.3.5. Ứng dụng của talc
Với các tính chất của talc như: cấu trúc dạng phiến, mềm, kỵ nước, ưa dầu và
có thành phần khống, thành phần hóa ... nên Talc được ứng dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp như gốm, sơn, mĩ phẩm, polime, trong nông nghiệp, thực phẩm,
công nghiệp giấy, công nghiệp cao su, nhựa …
1.2.4. Khái quát về gốm hệ CaO- MgO-SiO2 [2]

Gốm hệ CaO.MgO.SiO2 với những tính chất tốt về mặt cơ học và mặt hóa học
như: Trong suốt, độ bền cơ học cao, chịu mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp, bền
trong mơi trường axit và bazơ do đó có nhiều ứng dụng trong y học, gốm phủ…Tuy

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

11


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
nhiên hệ này đòi hỏi nhiệt độ tổng hợp tương đối cao (hình 1.4). Để giảm được
nhiệt độ tổng hợp trước hết thành phần nguyên liệu cần phải được tối ưu hóa sao
cho gần với điểm ơtecti của hệ.

Hình 1.3. Hệ bậc ba CaO – MgO – SiO2
Nhìn vào giản đồ pha ta thấy:
Các pha xảy ra trong ba hệ hai cấu tử chính cũng có miền trong hệ ba cấu tử là:
(1) Cristobalite (SiO2), (2) tridymite (SiO2), (3) pseudowollastonite (-CaO.SiO2),
(4) tricalcium di-silicat (3CaO. 2SiO2), (5) - canxi orthosilicate (-2CaO.SiO2),
(6) vôi (CaO), (7) periclase (MgO), (8) forsterit (2MgO.SiO2).
Các hợp chất hai cấu tử khơng có miền trong hệ bậc ba là: (1) Tricalcium
silicat, 3CaO.SiO2, (2) clino-enstatite (MgO.SiO2).

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

12


Luận văn thạc sỹ khoa học

Hố học vơ cơ
Hợp chất ba cấu tử của hệ CaO. MgO.SiO2 điểm dễ nóng chảy nhất ứng với
thành phần % về số mol như sau : 0,8 MgO; 61,4 SiO2; 30,6 CaO ở nhiệt độ
13200C. Trong hệ có bốn hợp chất 3 cấu tử:
Diopside: CaO.MgO.2SiO2
Monticellite: CaO.MgO.SiO2
Merwinit: 3CaO.MgO.2SiO2
Akermanite: 2CaO.MgO.2SiO2
Trong luận văn này chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu gốm Akermanite
(2CaO.MgO.2SiO2).
1.3. GIỚI THIỆU VỀ GỐM AKERMANITE: 2CaO.MgO.2SiO2
1.3.1. Cấu trúc của Akermanite
Cơng thức hóa học của Akermanite: 2CaO.MgO.2SiO2 hay Ca2MgSi2O7 có thành
phần: O 41,08 %; 14,78% MgO (Mg 8,92%); 44,08% SiO2 (Si 20,6%); 41,14%
CaO (Ca 29,4%) về khối lượng. Akermanite là những tinh thể hình lăng trụ ngắn
đến hình kim mỏng thường ở dạng khối hạt và có hệ tinh thể bốn phương.
Trạng thái thiên nhiên Akermanite

Cấu trúc

Hình 1.4. Cấu trúc Akermanite

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

13


Luận văn thạc sỹ khoa học
1.3.2. Tính chất của gốm Akermanite (2CaO.MgO.2SiO2)


Hố học vơ cơ

Akermanite có cơng thức hóa học là 2CaO.MgO.2SiO2 thường tồn tại ở dạng
đá, có độ cứng 5 – 6, giịn và dễ vỡ. Gốm Akermanite khơng màu, hơi xám, xanh lá,
nâu, có tính chất trong suốt đến bán trong suốt. Khối lượng nguyên tử 272,62893
đvC, tỷ trọng 2,944 g/cm3.
Gốm Akermanite có đặc tính bền nhiệt, bền cơ, bền với mơi trường oxy hóa khử, bền với axit, kiềm, tính chất cách điện tốt…
1.3.3. Ứng dụng của gốm Akemanite
Akemanite dựa trên nền gốm và gốm thủy tinh có nhiều tiềm năng ứng dụng
trong các lĩnh vực cơng nghệ khác nhau như y học, gốm phủ, gốm cách điện, bán
dẫn, chịu nhiệt….Đặc biệt là trong lĩnh vực vật liệu sinh học, gốm Akemanite được
sử dụng làm xương nhân tạo…
Akermanite (2CaO.MgO.2SiO2) đôi khi được sử dụng trong lĩnh vực đá quý
như là một mẫu vật khoáng sản.
1.4. GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG GIỮA PHA RẮN
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn [10]
Các chất tham gia phản ứng đều nằm định vị tại các nút mạng tinh thể của chất
ban đầu. Phản ứng chỉ xảy ra tại bề mặt tiếp xúc giữa hai pha rắn của chất tham gia,
tốc độ phản ứng xảy ra chậm và không đạt trạng thái cân bằng. Phản ứng pha rắn
phụ thuộc vào sự sắp xếp của các cấu tử phản ứng trong mạng lưới tinh thể. Cấu
trúc tinh thể và khuyết tật mạng lưới có ảnh hưởng quyết định đến khả năng phản
ứng của chất rắn. Phản ứng bao gồm hai giai đoạn:
+ Giai đoạn tạo mầm
Q trình này địi hỏi làm đứt một số liên kết cũ trong các chất phản ứng,
hình thành một số liên kết mới trong sản phẩm. Điều này chỉ có thể xảy ra khi có sự
phân bố lại các ion ở chỗ tiếp xúc.
+ Giai đoạn phát triển mầm tinh thể sản phẩm

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20


14


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
Sau khi đã có một lớp mầm tinh thể sản phẩm thì đến giai đoạn phát triển lớp
tinh thể đó. Để thực hiện q trình này sẽ có sự khuếch tán ngược chiều các cation
hay gọi cơ chế C.Wagner.
1.4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phản ứng giữa các pha rắn
Quá trình thực hiện phản ứng giữa các chất rắn gồm các bước: chuẩn bị chất
rắn đa tinh thể, tiến hành phản ứng ở nhiệt độ cao.
Một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để chuẩn bị chất rắn đa
tinh thể (dạng bột) là thực hiện phản ứng trực tiếp hỗn hợp các nguyên liệu ban đầu
với pha rắn. Vì vậy tốc độ phản ứng quyết định đến quá trình phản ứng. Hai yếu tố
này bị chi phối bởi nhiều yếu tố.
+ Nhiệt độ nung:
+ Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các chất phản ứng
+ Đặc điểm cấu trúc của các chất ban đầu
+ Chất khống hóa
1.4.3. Phản ứng phân hủy nhiệt nội phân tử [10]
Khái niệm này dùng để chỉ cho phản ứng tổng hợp một pha rắn mới xảy ra
khi phân hủy nhiệt một pha rắn ban đầu có chứa các hợp phần cần thiết cho pha
rắn mới.
Khác hẳn với phản ứng xảy ra giữa các pha rắn, phản ứng phân hủy nhiệt nôi
phân tử xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.
Ví dụ: để tổng hợp mulit bằng phản ứng giữa các oxit silic và oxit nhôm
trong trường hợp đi từ các chất ban đầu tinh khiết hồn tồn khơng có chất khống
hóa, thì nhìn trên giản đồ hệ bậc hai Al2O3-SiO2 ta thấy ít nhất phải nung lên đến
15850C (nhiệt độ bắt đầu xuất hiện pha lỏng). Trong đó khi ta nung caolinit lên đến
10000C đã bắt đầu xuất hiện pha mulit.

Phương pháp sử dụng phân hủy nhiệt nội phân tử không chỉ giúp tổng hợp
gốm hệ bậc hai mà cịn có thể sử dụng để tổng hợp gốm bậc cao hơn, Ví dụ tổng
hợp cordierit 2MgO.2Al2O3.5SiO2 ta có thể sử dụng phản ứng phân hủy nhiệt mạng

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

15


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
caolinit và bằng một thủ thuật có thêm oxit magie vào. Về lý thuyết chúng ta thấy
trong quá trình phân hủy nhiệt thì các oxit có trong hợp chất ban đầu đã được phân
bố hồn tồn có trật tự ở mức độ nguyên tử, mặt khác sản phẩm vừa mới phân hủy
đang ở trạng thái rất hoạt động do đó phản ứng hình thành mầm tinh thể sản phẩm
có thể xảy ra một cách nhanh chóng.
Vậy là do xảy ra phản ứng nội phân tử đã làm giảm nhiệt độ phản ứng giữa
các pha rắn.Trong sản xuất gốm việc giảm được nhiệt độ nung thiêu kết là rất quan
trọng vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành tổng hợp gốm Akermanite từ
khoáng talc.
1.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.5.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt [3]
Phương pháp phân tích nhiệt giúp xác định các hiệu ứng nhiệt, sự thay đổi
khối lượng của mẫu nghiên cứu ứng với các q trình biến hóa xảy ra ở một nhiệt
độ xác định. Trên cơ sở đó người ta xác định được mẫu nghiên cứu đã xảy ra q
trình hóa học gì? ở nhiệt độ nào và mức độ mạnh hay yếu?
Hiệu ứng nhiệt được ghi dưới dạng đường đốt nóng hoặc các dạng khác như
đường vi phân DTA... Đường đốt nóng cho phép xác định nhiệt độ tại đó có hiệu
ứng nhiệt, cũng như giá trị của hiệu ứng nhiệt và dấu của nó.
Trong phân tích nhiệt, chủ yếu người ta dùng đường DTA. Đường DTA được

ghi dưới dạng đồ thị: sự phụ thuộc của T (hiệu nhiệt độ giữa mẫu và chất chuẩn)
vào thời gian t hoặc nhiệt độ T. Độ nhạy của đường vi phân (DTA) rất lớn gấp 1015 lần so với đường nhiệt độ. Do đó đường DTA cho phép quan sát được hiệu ứng
nhiệt rất nhỏ của mẫu nghiên cứu.
Bằng thiết bị phân tích nhiệt chun dụng có thể ghi được sự thay đổi khối
lượng chất khi đốt nóng dưới dạng đường khối lượng (TG) hay đường vi phân khối
lượng (DTG). Đường khối lượng (TG) là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của khối
lượng mẫu nghiên cứu vào nhiệt độ T hay thời gian t. Đường TG chỉ ra sự thay đổi
khối lượng chất nghiên cứu từ đầu đến cuối thí nghiệm. Từ đường TG có thể thu

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

16


Luận văn thạc sỹ khoa học
Hố học vơ cơ
được các thông tin về thành phần của chất rắn nghiên cứu, độ bền của nó, về các sản
phẩm được tạo thành trong quá trình phân hủy, kết hợp cũng như giả thiết được về
cơ chế và nhiệt động học của phản ứng theo từng giai đoạn hay tồn bộ q trình.

A

B

Lập chương

D

Lị nung


Ghi thơng

Xử lý thơng

T2

tin

tin

T1

trình

C

2

Chất so sánh

Mẫu
nghiên cứu

T

DTA

Hình 1.5. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt
1.5.2. Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X [1]
Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) là một trong những phương pháp hiện đại

dùng để xác định thành phần pha tinh thể của vật liệu. Phương pháp này cho phép
xác định thông số mạng, kiểu mạng lưới, kích thước hạt...
Phương pháp nhiễu xạ tia X dựa trên nguyên tắc sau:
Khi chiếu một chùm tia X song song, đơn sắc vào vật liệu có cấu trúc tinh thể
thì xảy ra hiện tượng khuếch tán tia X. Điện trường của chùm tia tới làm điện tử của
nguyên tử trong mạng tinh thể dao động, sự dao động này là nguồn phát tia thứ cấp
phát ra bức xạ cùng tần số với tia X. Do đó chúng giao thoa với nhau. Trong mạng
lưới tinh thể chúng tạo thành những mặt phẳng nút. Sự khuếch tán tia X có thể xem
như sự phản xạ từ các mặt phẳng nút đó. Khi chiếu một chùm tia X đơn sắc có bước
sóng xác định đi qua một hệ tinh thể, trong tinh thể ta chọn hai mặt phẳng nút song
song với nhau có khoảng cách là dhkl, góc hợp bởi tia tới với mặt phẳng nút là .
Nếu hiệu lộ trình của tia tới và tia phản xạ bằng một số ngun lần bước sóng thì
xảy ra hiện tượng nhiễu xạ tia X.

Vũ Thị Mai Anh-CHHK20

17