MỤC LỤC
Trang
1
MỞ ĐẦU
Công 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 diopside (CaO.MgO.2SiO
2
) là một trong những loại gốm mới có nhiều
tính chất vượt trội: như có độ bền cơ học cao, có tính đàn hồi, hệ số giãn nở nhiệt
thấp, không phản ứng với axit, bazơ, với tác nhân oxi hóa, có hoạt tính sinh học,
không có tính độc với sự phát triển của tế bào…Với những đặc tính như vậy nên gốm
diopside 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 diopside sẽ góp phần vào sự phát triển
của ngành công nghệ vật liệu gốm.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp gốm diopside: 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 diopside từ các khoáng
chất có sẵn trong tự nhiên như: đá vôi, khoáng talc, thạch anh…để thu được diopside
có giá thành rẻ mà vẫn giữ được những đặc tính quan trọng.
Với mục đích sử dụng nguồn nguyên liệu khoáng sản sẵn có của Việt Nam để
sản xuất các vật liệu gốm phục vụ cho sự phát triển kinh tế của đất nước, chúng tôi
(OH)
2
+ 3 MgCO
3
+ 3 H
2
O
Bên cạnh đó, talc cũng được tạo ra thông qua quá trình biến chất tiếp xúc bởi
phản ứng giữa dolomit và silica, gọi là skarn hóa dolomit.
Dolomit + silica + nước → Talc + canxít + cacbon đioxit
3 CaMg(CO
3
)
2
+ 4SiO
2
+ H
2
O → Mg
3
Si
4
O
10
(OH)
2
+ 3 CaCO
3
+ 3CO
2
Al
2
O
3
, Na
2
O, K
2
O, 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
2
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 ngoài talc Mg
3
[Si
4
O
10
(OH)
2
] thì quặng talc còn có các khoáng như: dolomite Mg.Ca(CO
3
)
2
; manhezite MgCO
2
O
3
.2SiO
2
.H
2
O có một số tính chất vật lý, ứng dụng rất giống talc.
1.1.3. Cấu trúc của talc [3, 16]
Khoáng chất talc có cấu trúc tinh thể và ở dạng cấu trúc lớp: tứ diện –bát diện-
tứ diện (T-O-T). Hình 1.1 mô tả cấu trúc tinh thể của talc.
3
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể talc
Cấu trúc lớp cơ bản của talc được tạo thành từ lớp bát diện Mg-O
2
/hyđroxyl
nằm kẹp giữa 2 lớp tứ diện SiO
2
.Các lớp đều trung hòa điện tích, xen giữa chúng
không 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.
Bảng 1.1. Thông số cấu trúc của talc
Thông số tế bào đơn vị Một nghiêng Ba nghiêng
a (
0
A
) 5,28 5,290
lực liên kết các vảy nhỏ nên sờ tay có cảm giác mỡ.
Khi nghiên cứu talc bằng phương pháp phổ nhiễu xạ XRD, tinh thể talc cho các
vạch Rơnghen chính d
hkl
: 9,25; 3,104; 1,525.
Về tính chất quang học tinh thể talc có giá trị chiết suất N
g
= 1,575-1,590; N
p
=
1,538-1, 545; N
g
-N
p
=0,030-0,050, góc 2v=0-30
0
.
1.1.4. Tính chất của talc [2, 3, 33]
Trong các loại khoáng 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/cm
3
, talc nóng chảy ở 1500
0
C.
Bề mặt chính hay bề mặt cơ sở trên các phiến cơ sở của talc không chứa các
nhóm hyđroxyl hay các ion hoạt động, điều này giải thích tính kỵ nước và trơ về mặt
hóa học của talc, dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Chính vì vậy talc được sử dụng trong sản
xuất bộ phận cách điện tần số cao.
Talc không tan trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazơ yếu. Mặc dù
Tạp chất Al
2
O
3
và CaO làm giảm độ chịu lửa của sản phẩm. Oxit sắt mặc dù
xúc tiến quá trình kết khối của gạch forsterite nhưng hạ thấp độ chịu lửa của chúng.
FeO có trong nguyên liệu silicat manhê sẽ bị oxi hóa ở nhiệt độ 500-600
0
C. Ở nhiệt
độ cao hơn nó sẽ phản ứng với forsterite để tạo metasilicat manhê theo phản ứng :
2MgO.SiO
2
+ Fe
2
O
3
→ MgO.SiO
2
+ MgO.Fe
2
O
3
Sự oxi hóa sắt sẽ làm mủn sản phẩm đồng thời lại tiêu tốn MgO để biến thành
2MgO.SiO
2
cho nên phải hạn chế oxit sắt trong nguyên liệu.
Nếu trong môi trường chân không thì quá trình phân hủy có thể bắt đầu từ
700
0
C [ Kronơt, 1964]. Sự phân hủy và tách nước hóa học khoáng talc khoảng 4,8%
Khả năng hòa 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
1.1.5. Ứng dụng của talc
Với các tính chất của talc như: cấu trúc dạng phiến, mềm, kỵ nước, ưa dầu và
có thành phần khoáng... nên Talc được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp như gốm, sơn, mĩ phẩm, polime …[14, 33]
6
Trong nông nghiệp và thực phẩm: Talc là một tác nhân chống đóng bánh có
hiệu quả, là tác nhân phân tán và cố định chất nhờn và do đó giúp thức ăn cho động
vật và các loại phân bón cho cây trồng có hiệu quả hơn. Trong các hỗn hợp và chất
hóa học dùng trong nông nghiệp, talc là một chất mang trơ lý tưởng.
Talc cũng được sử dụng như một tác nhân phủ chống dính trong một số các
thực phẩm phổ biến như kẹo cao su, kẹo ngọt, các loại thịt chế biến sẵn,...Trong sản
xuất dầu oliu, talc có vai trò như chất trợ giúp cho quá trình chế biến, tăng năng suất
và cải thiện độ trong của dầu.
Trong công nghiệp gốm: Talc thuộc nhóm silicat có ứng dụng rộng rãi trong
các loại gạch ốp lát, các đồ vệ sinh, các đồ dùng nhà bếp,...các vật liệu chịu lửa và
gốm kĩ thuật. Trong các loại gốm xây dựng truyền thống (như gạch và đồ vệ sinh), về
cơ bản nó được sử dụng như một chất pha loãng, làm cho nhiệt độ và chu trình nung
thích hợp được giảm xuống. Trong gốm nghệ thuật talc được thêm vào để làm tăng
độ trắng và tăng khả năng chịu nhiệt khi nung, tránh nứt vỡ.Trong stoneware, một
lượng nhỏ talc được thêm vào để làm tăng độ bền và làm chảy thủy tinh. Là nguyên
liệu sản xuất MgO bởi quá trình điện phân nóng chảy.
Chế tạo gốm xốp đã được nhiều tác giả trên thế giới quan tâm nghiên cứu . Tác
giả Kiyoshi Okada [17] đã điều chế một loại gốm xốp bằng cách nung hỗn hợp bột
talc và các hạt thuỷ tinh với sự có mặt của LiCl. Tỷ lệ của thành phần bột talc : hạt
làm lạnh đột ngột bằng nước). Độ chịu lửa đạt >1580
0
C.
Cùng hướng quan tâm đến vật liệu gốm cordirite, tác giả Trần Ngọc Tuyền ở
trường Đại học Khoa học, Đại học Huế nghiên cứu tổng hợp vật liệu này từ cao lanh
Lâm Đồng và Talc Phú Thọ. Kết quả cho thấy mẫu sau khi nung ở 1250
0
C có độ
thiêu kết tốt, thành phần pha chủ yếu là α-cordirite, có hệ số giãn nở thấp
(α=4,1.10
-6
/
0
C) [12].
Trong công nghiệp giấy: Talc được sử dụng trong cả hai loại giấy in có lớp phủ
và không có lớp phủ, trong đó chúng cải thiện khả năng bám mực cũng như giảm độ
ma sát của bề mặt giấy. Chúng cũng cải thiện độ trắng và giảm sự giây mực. Talc
làm sạch quá trình sản xuất giấy bằng cách thu hút bất kỳ hạt nhựa cây nào còn lại
trong bột giấy lên trên bề mặt dạng phiến của chúng, do đó ngăn ngừa quá trình kết tụ
và lắng đọng của những hạt nhựa này trên bề mặt giấy [34].
Trong công nghiệp cao su: Bột talc được dùng làm chất phụ gia cho quá trình
chế biến và làm chất độn gia cường. Talc làm giảm độ nhớt của các hợp chất cao su,
do đó làm cho các bộ phận đúc và ép dễ dàng hơn. Chúng cũng cải thiện điều kiện
công nghệ của các quá trình này, tăng tốc độ sản xuất và nâng cao khả năng chống tia
UV cho các bộ phận bên ngoài như vỏ ngoài của các động cơ. Trong các chất nhồi và
các loại đệm cao su, chúng cung cấp khả năng kháng nén tốt.
Bột talc cũng giúp các nhà sản xuất lốp xe giảm độ dày và trọng lượng của lốp.
Việc này không chỉ làm tăng sức cản lăn mà nó còn khiến cho lốp xe được sản xuất
rẻ hơn nhiều. Cao su bổ sung bột talc HAR cũng có thể dẫn đến tiết kiệm giá thành
trong khi độ thấm không khí không thay đổi so với dùng nguyên cao su.
9
trượt, bột talc còn giúp làm giảm khả năng bám dính thuốc lên khuôn và các thiết bị
khác trong quá trình sản xuất thuốc.
Trong mỹ phẩm, bột talc được sử dụng chủ yếu làm bột phấn. Do talc ưa dầu và
có độ hấp thụ tốt nên nó dễ dàng bám trên cơ thể người và khi loại bỏ đi sẽ tạo ra làn
da khô và mượt với tính kị nước, talc bảo vệ làn da trẻ em khỏi bị ướt. Ngoài ra
người ta còn sử dụng talc cho sản xuất kem làm đẹp, phấn đánh bóng mắt...
Công tác nghiên cứu địa chất và tìm kiếm, đánh giá khoáng talc ở Việt Nam
[2,5] đã phát hiện được 16 tụ quặng có trữ luợng khoảng 246 ngàn tấn, thuộc các loại
hình. Trong đó khu vực Thanh Sơn Phú Thọ đã phát hiện một số mỏ talc có trữ lượng
khá lớn như: Mỹ Thuận, Thu Ngạc, và Minh Tân trữ lượng khoảng trên 60 ngàn tấn.
Hàm lượng MgO trong quặng nguyên khai khá ổn định: 25 – 27%, tạp chất đi kèm
chủ yếu là thạch anh và sắt. Hàm lượng Fe
2
O
3
giao động từ 2 – 5%.
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU GỐM
1.2.1. 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 trò chính.
Vật liệu gốm có nhiều đặc tính quí về cơ, nhiệt, điện, từ, quang… do đó đóng
vai trò quan trọng trong hầu hết các ngành công 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 đòi hỏi có độ bền nhiệt, chịu được các
Phương pháp sol-gel ra đời từ những năm 1950-1960 và được phát triển khá
nhanh chóng do có nhiều ưu điểm như:g
- 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.
Vì vậy phương pháp này đã được nhiều tác giả sử dụng để tổng hợp vật liệu
gốm và các hợp chất silicat.
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 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-
11
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.
1.2.2.2. 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.
1.2.2.3. Phương pháp phân tán rắn - lỏng
Nguyên 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
nén nóng (tức là vừa nén vừa gia nhiệt). Việc tác động đồng thời cả nhiệt độ và áp
suất đòi 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 hoàn toàn,
nghĩa là sản phẩm vẫn còn 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 còn 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 tôi lựa chọn phương pháp gốm truyền thống để tổng hợp gốm diopside từ talc,
thạch anh và canxi cacbonat.
1.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ BẬC BA CaO-MgO-SiO
2
1.3.1. Khái quát về các oxit trong hệ CaO.MgO.SiO
2
1.3.1.1. Canxi oxit (CaO) [33]
Phân tử gam : 56,08 g/mol.
Tỷ trọng : 3,35 g/cm
3
13
Điểm nóng chảy : 2572
0
C
Điểm sôi : 2850
0
C
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.
) [4, 33]
Ở điều kiện thường, SiO
2
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 α bền ở nhiệt
độ thấp và dạng β bền ở nhiệt độ cao. Sự biến đổi thù hình của SiO
2
được trình bày
trên hình 1.3.
14
tridimit
117
0
C
thạch anh β tridimit β cristobalit
573
0
C 163
0
C 253
0
α thạch anh 870
0
C α tridimit 1470
0
C α cristobalit 1728
0
C nc
1050
0
tan trong
kiềm hay cacbonat kim loại kiềm nóng chảy.
SiO
2
+ 2NaOH
→
Na
2
SiO
3
+ H
2
O
SiO
2
+ Na
2
CO
3
→
Na
2
SiO
3
+ CO
2
Những phản ứng này xảy ra chậm, ở trong dung dịch SiO
2
sôi khi ở dạng bột
mịn.
), (6) vôi
(CaO), (7) periclase (MgO), (8) forsterit (2MgO.SiO
2
).
Các hợp chất hai cấu tử không có miền trong hệ bậc ba là: (1) Tricalcium
silicat, 3CaO.SiO
2
, (2) clino-enstatite (MgO.SiO
2
).
Hợp chất ba cấu tử có miền trong hệ ba cấu tử là: (1) diopside
(CaO.MgO.2SiO
2
), (2) 2CaO.MgO.2SiO
2
.
Các pha bổ sung có miền trong hệ ba cấu tử không có hợp phần cố định nhưng
về đặc tính là ba cấu tử.Đó là:
+ Dung dịch rắn wollastonite ( βCaO.SiO2), bao gồm cả hai dãy dung dịch rắn
hay một khu vực dung dịch rắn. Một dãy có thể chứa tới 18 phần trăm mol diopside
(CaO.MgO.2SiO
2
) và dãy khác lên tới 44 phần trăm mol hợp chất 2CaO.MgO.2SiO
2
.
Nếu khu vực dung dịch rắn tồn tại, nó có thể sẽ mở rộng từ dãy này tới dãy khác tạo
thành một khu vực hình tam giác với đỉnh là hợp phần CaO.SiO
2
. Sự chuyển pha
wollastonite-pseudowollastonite, βCaO.SiO2
2
; 30,6 CaO ở nhiệt độ 1320
0
C. Trong hệ có bốn
hợp chất 3 cấu tử:
Diopside: CaO.MgO.2SiO
2
Monticellite: CaO.MgO.SiO
2
Merwinit: 3CaO.MgO.2SiO
2
Akermanite: 2CaO.MgO.SiO
2
17
Trong luận văn này chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu gốm diopside
(CaO.MgO.2SiO
2
).
1.4. GIỚI THIỆU VỀ GỐM DIOPSIDE
1.4.1. Cấu trúc của Diopside [3, 31]
Diopside có công thức CaO.MgO.2SiO
2
hay CaMg[Si
2
O
6
]. Theo lý thuyết gồm
có 18,51% MgO; 25,93% CaO và 55,55% SiO
2
về khối lượng. Tinh thể đơn tà.
Hình 1.5. Cấu trúc của diopside, CaMgSi
2
O
6
: (a) tế bào đơn vị chiếu xuống trục
b; (b) tế bào đơn vị chiếu xuống trục c.
Diopside thuộc hệ tinh thể lăng trụ ngắn, có thông số mạng a=0.95848mm,
b=0,86365mm, c=0,51355mm, α= 90
0
, β= 103,98
0
, γ=90
0
, Z=4.
18
Cấu trúc mạng lưới tinh thể diopside đều có ion Mg
2+
nằm ở vị trí bát diện còn
Ca
2+
và Si
4+
nằm ở vị trí tứ diện là chính. Vì vậy diopside có thể thay thế đồng hình
các ion M
2+
, M
3+
, M
4+
vào mạng lưới cấu trúc của nó tạo nên các dung dịch rắn thay
) đôi khi được sử dụng trong lĩnh vực đá quý như
là một mẫu vật khoáng sản. Diopside là một phần của một loạt giải pháp rắn quan
trọng của nhóm đá pyroxen.
Đặc biệt crome diopside màu xanh lá cây rất đẹp có giá trị kinh tế trong ngành
đá quý trang sức. [33]
1.5. GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG GIỮA PHA RẮN
1.5.1. Cơ chế phản ứng giữa các pha rắn [10]
Phản ứng giữa các chất khí, giữa các chất tan trong dung dịch do các chất phản
ứng rất linh động và khuếch tán ở mức độ phân tử, ion ở toàn thể tích của hệ phản
ứng trên xảy ra với tốc độ rất nhanh để hệ đạt trạng thái cân bằng.
19
Phản ứng giữa pha rắn hoàn toàn khác, đó là 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
Quá trình này đòi 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 quá trình này sẽ có sự khuếch tán ngược chiều các cation
hay gọi cơ chế C.Wagner.
1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng 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
Ngoài ra, phản ứng pha rắn sẽ xảy ra thuận lợi về mặt năng lượng hơn khi các
chất phản ứng có cùng kiểu cấu trúc với sản phẩm hình thành và thường được phân
biệt bởi hai loại phản ứng: epitaxit và topotaxit. Phản ứng epitaxit yêu cầu có sự
giống nhau về cấu trúc ở lớp tiếp xúc của chất phản ứng và sản phẩm. Còn phản ứng
topotaxit thì yêu cầu sự giống nhau về cấu trúc trong toàn khối. Tuy nhiên, bên cạnh
giống nhau về cấu trúc, để xảy ra sự định hướng tạo mầm sản phẩm một cách thuận
lợi thì kích thước tế bào mạng cũng như khoảng cách giữa các nguyên tử cũng phải
gần giống nhau (chênh lệch dưới 15%)
+ Chất khoáng hóa [13] thường được đưa vào phối liệu với hàm lượng khá thấp
(khoảng vài %) nhằm tạo pha lỏng có độ nhớt thấp, giúp thấm ướt các hạt rắn của các
21
chất phản ứng dẫn đến xảy ra quá trình hoà tan của các chất phản ứng. Từ đó giúp sự
khuếch tán chất phản ứng dễ dàng hơn nên có tác dụng thúc đẩy tốc độ phản ứng
cũng như quá trình tái kết tinh sản phẩm trong hỗn hợp. Mặt khác, pha lỏng có tác
dụng lấp đầy khoảng trống giữa các hạt rắn, làm tăng mật độ của sản phẩm phản ứng,
nghĩa là giúp cho quá trình kết khối xảy ra nhanh ở nhiệt độ thấp. Đôi lúc chất
khoáng hóa có thể tham gia phản ứng với một trong các chất phản ứng để chuyển
thành pha khí, sự xuất hiện pha khí đã chuyển phản ứng giữa các pha rắn theo một cơ
chế khác –cơ chế vận chuyển hơi nước (chemical vapor transport). Các chất khoáng
hóa sử dụng phổ biến là: Các hợp chất của Bo (H
3
BO
3
, Na
2
B
4
O
7
, 10H
2
O
3
-SiO
2
ta thấy ít nhất phải nung lên đến 1585
0
C
(nhiệt độ bắt đầu xuất hiện pha lỏng). Trong đó khi ta nung caolinit lên đến 1000
0
C
đã bắt đầu xuất hiện pha mulit.
Hay khi nung serpentin lên khoảng 800
0
C là có sự hình thành pha gốm forsterit
Mg
2
SiO
4
, trong khi đó dựa vào giản đồ trạng thái thì tùy theo thành phần ban đầu
giữa SiO
2
và MgO sự hình thành forsterit đòi hỏi ít nhất cũng phải nung hệ lên trên
1557
0
C. Có rất nhiều ví dụ như vậy cho ta thấy việc sử dụng phản ứng phân hủy nhiệt
nội phân tử có thể tiến hành tổng hợp được pha gốm ở nhiệt độ thấp, giảm đáng kể
năng lượng .
Phương pháp sử dụng phân hủy nhiệt nội phân tử không chỉ giúp tổng hợp gốm
hệ bậc hai mà còn có thể sử dụng để tổng hợp gốm bậc cao hơn, Ví dụ tổng hợp
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 10-15
lần so với đường nhiệt độ. Do đó đường DTA cho phép quan sát được hiệu ứng nhiệt
rất nhỏ của mẫu nghiên cứu.
23
Copyright: Tài liệu đại học ©