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

NGUYỄN THU HIỀN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM MONTICELITE
CaO.MgO.SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT Fe2O3,
Cr2O3 ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI, 2011


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

NGUYỄN THU HIỀN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP GỐM MONTICELITE
CaO.MgO.SiO2 VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA OXIT Fe2O3,
Cr2O3 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, 2011

Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ
MỤC LỤC
Trang

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

1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO2 .................. 5
1.2.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO-MgO-SiO2 .....................................5
1.2.2. Khái quát về các oxit Fe2O3, Cr2O3 .........................................................6

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 ..................................................................................8
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 MONTICELITE ......................................... 13
1.3.1. Cấu trúc của Monticelite .......................................................................13
1.3.2. Tính chất của gốm Monticelite .............................................................14
1.3.3. Ứng dụng của gốm Monticelite ............................................................14


1.4. GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG GIỮA PHA RẮN ................................... 15
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn ......................................................15
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 .................................................16
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................................... 17

2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN .................................... 17
2.1.1. Mục tiêu của luận văn ...........................................................................17
2.1.2. Các nội dung nghiên cứu của luận văn .................................................17

2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT ............................................... 17
2.2.1. Hóa chất ................................................................................................17
2.2.2. Dụng cụ ..................................................................................................17

Nguyễn Thu Hiền

1

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................. 18
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt ...............................................................18
2.3.2. Phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X ................................................19
2.3.3. Hình ảnh qt bằng kính hiển vi điện tử SEM ....................................20

2.3.4. Phƣơng pháp xác định các tính chất vật lí...........................................21

2.4. THỰC NGHIỆM ................................................................................. 25
2.4.1. Chuẩn bị mẫu ........................................................................................25
2.4.2. Cách làm ................................................................................................25
2.4.3. Phân tích nhiệt của các mẫu nghiên cứu .............................................26
2.4.4. Khảo sát ảnh hƣởng của Crom (III) oxit , Sắt (III) oxit đến sự hình
thành Monticelite. ............................................................................................26
2.4.5. Khảo sát và xây dựng quy trình điều chế gốm monticelite ..................28
Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................... 30

3.1. Kết quả phân tích nhiệt của các mẫu nghiên cứu ............................. 30
3.1.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M1 (talc, MgO, canxi cacbonat) .....30
3.1.2. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M2 (talc, MgO, CaCO3, Cr2O3) ......31
3.1.3. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu M7 (talc, MgO, CaCO3, Fe2O3) ......32

3.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng crom(III) oxit , sắt(III) oxit đến sự hình
thành Monticelite và tính chất của gốm ................................................... 33
3.2.1. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X ( X- Ray) ..........................................33
3.2.2. Kết quả ảnh SEM ..................................................................................37
3.2.3. Ảnh hƣởng của crom (III) oxit và sắt (III) oxit đến các tính chất của vật
liệu ....................................................................................................................39
3.2.3.2. Độ hút nƣớc ........................................................................................41
3.2.3.4. Cƣờng độ kháng nén ..........................................................................44

3.3. Xây dựng quy trình điều chế gốm Monticelite................................... 46
3.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung đến q trình hình thành Monticelite
3.3.2. Xác định các tính chất của vật liệu .........................................................51
3.3.3. Quy trình điều chế gốm Monticelite .....................................................53
KẾT LUẬN.............................................................................................................................. 54

. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 55

Nguyễn Thu Hiền

2

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thơng số cấu trúc của talc .................................................................................... 10
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [29] ......................... 11
Bảng 1.3 : Tính chất của Monticelite……………………………………………………….14
Bảng 2.1: Thành phần các khoáng trong các mẫu .............................................................. 25
Bảng 3.1. Các pic đặc trưng của các pha tinh thể ............................................................... 34
Bảng 3.2. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lượng crom (III) oxit khác
nhau. ......................................................................................................................................... 39
Bảng 3.3. Kết quả xác định độ co ngót của các mẫu với hàm lượng sắt (III) oxit ........... 40
khác nhau. ................................................................................................................................ 40
Bảng 3.4. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng Cr2O3 khác nhau .......... 41
Bảng 3.5. Kết quả đo độ hút nước của các mẫu với hàm lượng Fe2O3 khác nhau .......... 42
Bảng 3.6. Độ xốp và khối lượng riêng của các mẫu với hàm lượng crom (III) oxit khác
nhau nung ở 12000C trong 1h ................................................................................................ 43
Bảng 3.7. Độ xốp và khối lượng riêng của các mẫu với hàm lượng sắt (III) oxit khác
nhau nung ở 12000C trong 1h ................................................................................................ 43

Bảng 3.8. Kết quả đo cường độ nén ...................................................................................... 44
Bảng 3.9. Hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu ......................................................................... 45
Bảng 3.10. Độ bền sốc nhiệt của các mẫu ................................................................45
Bảng 3.11. Độ chịu lửa của các mẫu ........................................................................45
Bảng 3.12.Cường độ pic đặc trưng của các pha tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ nung .. 49
Bảng 3.13. Các tính chất vật lý của mẫu ở các nhiệt độ nung khác nhau ......................... 51
Bảng 3.14. Các tính chất của mẫu M11- 12000C ................................................................ 52
DANH MỤC 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

Nguyễn Thu Hiền

3

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

Hình 2.1. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt ................................................................. 19
Hình 2.2. Nhiễu xạ tia X theo mơ hình Bragg ...................................................................... 20
Hình 2.3. Sơ đồ khối các bộ phận của kính hiển vi điện tử qt......................................... 21
Hình 2.4. Mơ hình thiết bị đo cường độ kháng nén ............................................................. 23
Hình 3.1. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp .................................................................. 30
Hình 3.2. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp .................................................................. 31
Hình 3.3. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu hỗn hợp .................................................................. 32

Hình 3.4.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào hàm lượng crom
(III) oxit..................................................................................................................................... 35
Hình 3.5.Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào hàm

lượng

sắt (III) oxit............................................................................................................................... 36
Hình 3.6. Ảnh SEM của mẫu M3 ........................................................................................... 37
Hình 3.7. Ảnh SEM của mẫu M6 ........................................................................................... 38
Hình 3.8.Ảnh SEM của mẫu M7...............................................................................38
Hình 3.9.Ảnh SEM của mẫu 11.............................................................................................. 39
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượng Cr2O3 khác nhau .. 40
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn độ co ngót của các mẫu với hàm lượngFe2O3 khác nhau ... 41
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng Cr2O3 ...................... 42
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn độ hút nước phụ thuộc vào hàm lượng Fe2O3 ...................... 43
Hình 3.14. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1050 ........................................................... 47
Hình 3.15. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1100…………………………………..47
Hình 3.16.Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1150 ............................................................ 48
Hình 3.17. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu T- 1200…………………………………..48
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cường độ pha Monticelite vào nhiệt độ ......... 50
Hình 3.19.Ảnh SEM của mẫu M 11.......................................................................50

Nguyễn Thu Hiền

4

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp


bộ mơn 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 Monticelite (CaO.MgO.SiO2) [15,19,25] 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
Monticelite 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 Monticelite sẽ góp phần vào sự phát
triển của ngành công nghệ vật liệu gốm.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp gốm Monticelite đã được các
tác giả [ 10,12,13] nghiên cứu: 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 Monticelite từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên
[23,28] như: đá vơi, khống talc, thạch anh…để thu được Monticelite 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 Monticelite CaO.MgO.SiO2
và ảnh hƣởng của oxit Fe2O3, Cr2O3 đến cấu trúc và tính chất của gốm ”.


Nguyễn Thu Hiền

1

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ
Chƣơng 1- TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM
1.1.1. Vật liệu gốm [10]
Gốm là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể bao gồm các hợp chất giữa kim loại
và á kim như: kim loại với oxi (các oxit), kim loại với nitơ (các 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.

Nguyễn Thu Hiền

2

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn 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 [10]
1.1.2.1. Phƣơng pháp sol-gel
Ƣu 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 không cần cao.
Nguyên tắc của phương pháp [10,21] 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 khô 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. Phƣơng 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. Phƣơng pháp phân tán rắn - lỏng

Nguyễn Thu Hiền

3

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn 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. Phƣơng 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. Phƣơng 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 [12,18,22] . Phải chọn loại
dung môi nào để trong q 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
lực nén tùy thuộc vào điều kiện thiết bị có thể đạt tới vài tấn/cm2. Dùng thiết bị nén
tới hàng trăm tấn thì trong viên phối liệu vẫn chứa khoảng 20% thể tích là lỗ xốp và

Nguyễn Thu Hiền

4

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

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 không 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. Đơi lúc cịn 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 Monticelite.
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) [29]
Phân tử gam

: 56,08 g/mol.

Tỷ trọng

: 3,35 g/cm3

Điểm nóng chảy : 25720C
: 28500C

Điểm sơi

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, nhôm, 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

900


0


CaO +

CO2

1.2.1.2. Magie oxit (MgO) [29]
Phân tử gam

: 40,30 g/mol

Tỷ trọng

: 1,5 g/cm3

Điểm nóng chảy : 28520C

Nguyễn Thu Hiền

5

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp
Điểm sơi

bộ mơn Hố học vơ cơ

: 36000C


Cũng giống như canxi ôxit, magiê ôxit là chất bột hoặc cục màu trắng, dạng
bột tan ít và tan rất chậm trong nước. Nguồn MgO là khống talc [17,18,20],
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) [4, 29]
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 còn các tinh thể khác là giả
bền. Thạch anh nóng chảy ở 1600-16700C 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 ngoài [3.,8,23]
Về mặt hóa học SiO2 rất trơ, nó khơng 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 Fe2O3, Cr2O3
1.2.2.1. Sắt (III) oxit ( Fe2O3)[29]
Phân tử gam

: 159,69 g/mol.

Tỷ trọng

: 5,242 g/cm3

Điểm nóng chảy : 15660C

Bán kính ngun tử Fe 0,124Å, bán kính ion Fe3+ 0,067Å
Độ tan trong nước : không phản ứng với nước.
Sắt (III) oxit là chất rắn màu đỏ nâu, dạng tam tà. Về mặt hóa học sắt (III) oxit là
một oxit bazơ nên dễ dàng tan trong các dung dịch axit mạnh,bền nhiệt, không phản
Nguyễn Thu Hiền

6

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

ứng với nước, hidrat amoniac. Thể hiện lưỡng tính: phản ứng với axit, kiềm, bị
hidro, cacbonmonoxit, sắt khử. Sắt (III) oxit có thể điều chế bằng phản ứng phân
hủy Fe(OH)3 ở nhiệt độ cao. Sắt (III) oxit có trong tự nhiên dưới dạng quặng
hematit.
1.2.2.2. Crom (III) oxit ( Cr2O3)[29]
Phân tử gam

: 151,99 g/mol

Tỷ trọng

: 5,21 g/cm3

Điểm nóng chảy : 23400C
Điểm sơi


: 30000C

Bán kính nguyên tử crom 0,145Å, bán kính ion Cr3+ 0,057Å
Crom (III) oxit là chất rắn, màu lục thẫm, không tan trong nước. Về mặt hóa học
Crom (III) oxit là một oxit lưỡng tính, tan được trong dung dịch axit và dung dịch
kiềm. Được dùng tạo màu lục cho đồ sứ, đồ thủy tinh.
1.2.3 Giới thiệu về talc
1.2.3.1. Nguồn gốc hình thành talc
Talc là một khống vật [2,5] được hình thành từ q trình biến chất các
khống vật magie như pyroxen, amphiboli, olivin có mặt của nước và cacbon đioxit.
Q trình này tạo ra các đá tương ứng gọi là talc cacbonat.
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 nhơm
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.
Nguyễn Thu Hiền

7

Lớp cao học K20



Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

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 khống 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 khoáng như: dolomite
Mg.Ca(CO3)2;

manhezite

MgCO3;

serpentin

4MgO.2SiO2.2H2O;

actinolite


Ca2Fe5[Si4O11]2.(OH)2; manhetite Fe3O4; hemantite Fe2O3…
1.2.3.3. Cấu trúc của talc [3, 17]
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.

Nguyễn Thu Hiền

8

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

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 hòa 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.
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.

Nguyễn Thu Hiền

9

Lớp cao học K20



Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ
Bảng 1.1. Thông 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 ô cơ sở. Mặt
khác, vịng sáu cạnh tứ diện khơng 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 [2, 3, 29]
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 khơng tan
trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazơ yếu. Mặc dù có rất ít khả năng
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.
Nguyễn Thu Hiền

10

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

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 lƣợng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [29]
Loại

Hàm lƣợng Talc trung
bình %

Mất khi nung ở
1000 °C, %

Khả năng hịa tan trong
HCl, tối đa %

A

95

4 – 6,5

5

B

90

4–9


10

C

70

4 – 18

30

D

50

4 – 27

30

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 …[12, 29]
1.2.4. Khái quát về gốm hệ CaO- MgO-SiO2 [16]
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 mịn, 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
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.

Nguyễn Thu Hiền

11

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

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).
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
Monticelite: CaO.MgO.SiO2
Merwinit: 3CaO.MgO.2SiO2
Nguyễn Thu Hiền

12


Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

Akermanite: 2CaO.MgO.2SiO2
Trong luận văn này chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu gốm Monticelite
(CaO.MgO.SiO2).
1.3. GIỚI THIỆU VỀ GỐM MONTICELITE
1.3.1. Cấu trúc của Monticelite
Monticelite có cơng thức CaO.MgO.SiO2 hay CaMgSiO4. Theo lý thuyết
gồm có 25,64% MgO; 35,9% CaO và 38,46% SiO2 về khối lượng. Monticelite
thuộc họ Olevin (Mg,Fe)2SiO4 xếp chặt theo luật 6 phương ABABAB, tinh thể hệ
trực thoi, được thể hiện trên hình 1.4

Hình 1.4. cấu trúc Monticelite CaO.MgO.SiO2: (a) tế bào đơn vị chiếu xuống
trục b; (b) tế bào đơn vị chiếu xuống trục c.

Nguyễn Thu Hiền

13

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp


bộ mơn Hố học vơ cơ

Monticelite thuộc hệ tinh thể hệ trực thoi, có thơng số mạng a= 0,4815 nm,
b= 1,108 nm, c= 0,637 nm, = 900, = 900, =900, Z = 4.
Cấu trúc mạng lưới tinh thể Monticelite đều có ion Mg2+ nằm ở vị trí bát diện
cịn Ca2+ và Si4+ nằm ở vị trí tứ diện là chính. Vì vậy Monticelite có thể thay thế
đồng hình các ion M2+, M3+, M4+ vào mạng lưới cấu trúc của nó tạo nên các dung
dịch rắn thay thế hay xâm nhập. Theo nguyên tắc thay thế đồng hình Goldsmit, với
cấu trúc của Monticelite có thể thay thế Fe3+, Co2+ và Cr3+, bằng những cation có
bán kính ion chênh lệch khơng q 15% và điện tích chênh lệch khơng quá 1 đơn vị.
Các dung dịch rắn thu được bằng các thay thế hay xâm nhập làm thay đổi cấu
trúc mạng lưới, tạo ra lỗ trống làm cho vật liệu có những tính chất đặc biệt và được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Theo các tác giả [4, 10, 11, 16]. Khi sử dụng nguyên liệu đầu để điều chế gốm,
nếu có lẫn thêm các oxit Fe2O3, Al2O3, Cr2O3, các chất này sẽ phản ứng để tạo các
khống khác nhau hay tạo màu. Trong mơi trường oxi hóa magie oxit với các oxit
trên sẽ tạo thành tinh thể ferit. Magie oxit và ferit sẽ hòa tan lẫn nhau để tạo thành
dung dịch rắn ở nhiệt độ thấp. Khi sử dụng các phụ gia là oxit M2O3 sẽ làm tăng quá
trình kết khối và tái kết tinh tinh thể trong gốm.
1.3.2. Tính chất của gốm Monticelite
Các tính chất của gốm Monticelite được thể hiện trên bảng 1.3
Bảng 1.3 : Tính chất của Monticelite
Mẫu gốm
Monticelite

Độ cứng

d

Rn


Morh
5,5

g/cm3
3,17

Kg/cm2
300

α(10-6K-1)

Bền nhiệt

Hằng số điện

T0c
1100

mơi ε(50Hz)
6

3,5 – 4,5

1.3.3. Ứng dụng của gốm Monticelite
Monticelite dựa trên nền gốm và gốm thủy tinh có nhiều tiềm năng ứng dụng
trong các lĩnh vực công 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.

Nguyễn Thu Hiền


14

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

Monticelite (CaO.MgO.SiO2) đôi khi được sử dụng trong lĩnh vực đá quý[3]
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
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

Nguyễn Thu Hiền

15

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

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
caolinit và bằng một thủ thuật có thêm oxit magie vào. Về lý thuyết chúng ta thấy
trong q 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 tơi tiến hành tổng hợp gốm Monticellite
từ khoáng talc.

Nguyễn Thu Hiền

16

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM

2.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
2.1.1. Mục tiêu của luận văn
Nghiên cứu tổng hợp gốm Monticelite CaO.MgO.SiO2 và ảnh hưởng của

oxit Fe2O3, Cr2O3 đến cấu trúc và tính chất của gốm.
2.1.2. Các nội dung nghiên cứu của luận văn
* Nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều chế gốm Monticelite.
- Thành phần hóa học.
- Nhiệt độ nung thiêu kết.
- Thời gian nung thiêu kết.
* Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của gốm.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của sắt (III) oxit đến cấu trúc, tính chất của gốm.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của crom (III) oxit đến cấu trúc, tính chấtcủa gốm.
- Sử dụng các phương pháp: DTA, TG, TMA, XRD, SEM để nghiên cứu cấu
trúc, thành phần và tính chất của gốm.
2.2. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HĨA CHẤT
2.2.1. Hóa chất
- Bột talc được lấy từ Thanh Sơn - Phú Thọ
- Silic đioxit

SiO2

- Canxi cacbonat CaCO3
- Axit Boric

H3BO3

- Crom (III) oxit Cr2O3
- Sắt (III) oxit

Fe2O3

- Canxi Florua


CaF2

- Natri cacbonat

Na2CO3

- Chất kết dính

PVA

Các hóa chất được sử dụng là loại tinh khiết của Trung Quốc.
2.2.2. Dụng cụ
- Cốc thủy tinh, đũa thủy tinh, khay nung mẫu.

Nguyễn Thu Hiền

17

Lớp cao học K20


Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

- Lị nung, tủ sấy, cân kĩ thuật (chính xác 10-1, 10-2), cân phân tích chính xác
10-3, thước đo kĩ thuật chính xác 0,02 mm.
- Máy nghiền bi ( Fristch, Đức).
- Máy nhiễu xạ tia X SIEMEN D 5005 (Đức).
- Máy phân tích nhiệt DTA/TG - Đại học Bách Khoa Hà Nội.

- Máy chụp ảnh SEM (Trung tâm Khoa học Vật liệu- Khoa Vật lý – Trường
Đại học Khoa học Tự Nhiên- ĐHQGHN).
- Máy đo cường độ kháng nén IBERTEST (European) của tổng cục đo lường
chất lượng Việt Nam.
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phƣơng pháp phân tích nhiệt [7]
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 chuyên 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
được các thơng tin về thành phần của chất rắn nghiên cứu, độ bền của nó, về các sản

Nguyễn Thu Hiền

18

Lớp cao học K20



Luận văn tốt nghiệp

bộ mơn Hố học vơ cơ

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 toàn bộ q trình.

A

B

Lập chương

Lị nung

T1

trình

C

D

Ghi thơng

Xử lý thơng

tin


tin

T2

2

Chất so sánh

Mẫu
nghiên cứu

T

DTA

Hình 2.1. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt
2.3.2. 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 thơng 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.

Nguyễn Thu Hiền

19

Lớp cao học K20