Nghiên Cứu Chế Tạo Gốm Cordierite-Zircon Bền Sốc Nhiệt

Chuyên khảo phân tích Nghiên ứu chế tạo gốm cordierite zircon bền sốc nhiệt, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Nguyễn Văn Trung
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Thị Ngọc Minh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu Silicat
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Gốm Cordierite-Zircon Bền Sốc Nhiệt
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Chế Tạo Gốm Cordierite Zircon

Trong bối cảnh phát triển của nền kinh tế, ngành công nghiệp sản xuất vật liệu silicat cũng không ngừng lớn mạnh. Đặc trưng của ngành này gắn liền với quá trình nung luyện, kết khối trong các hệ thống lò công nghiệp. Tận dụng tối đa lượng nhiệt trong lò, tiết kiệm chi phí sản xuất, và nâng cao năng suất, sản phẩm gốm sứ công nghiệp và dân dụng được xếp chồng nhiều lớp trong lò. Điều này đòi hỏi vật liệu chịu lửa làm tấm kê, giá đỡ, đế, trụ chịu lực tốt. Các vật liệu chịu lửa thường được sử dụng là cordierite, cordierite-mulite, silic cacbua, và gạch cao nhôm. Silic cacbua (SiC) có độ chịu lửa cao, cường độ chịu lực tốt, tuy nhiên hệ số giãn nở nhiệt lớn nên dễ nứt vỡ sau một số chu kỳ nung nhất định. Cordierite có hệ số giãn nở nhiệt rất thấp, chịu được nhiều chu kỳ nung, nhưng cường độ và độ chịu lửa kém hơn SiC. Nghiên cứu cải thiện cường độ và độ chịu lửa của cordierite là hướng đi tiềm năng để mở rộng ứng dụng của nó.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Vật Liệu Cordierite

Cordierite là khoáng chất có thành phần hóa thuộc hệ ba cấu tử MgO - Al2O3 - SiO2, tồn tại trong tự nhiên hoặc được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau. Gốm cordierite là sản phẩm định hình đa tinh thể với thành phần pha tinh thể chính là cordierite, thiêu kết phối liệu từ các nguyên liệu khoáng bao gồm cao lanh, talc và oxit nhôm kỹ thuật. Cordierite có nhiều đặc tính quý như hệ số giãn nở nhiệt thấp, tổn thất điện môi nhỏ, bền cơ, bền hóa cao, và độ bền sốc nhiệt rất tốt.

1.2. Tổng Quan Về Khoáng Zircon Zirconium Silicate

Zircon là tên gọi chung dùng cho nguyên tố Zircon (Zr) và khoáng Zircon silicat (ZrSiO4). Trong luận văn này, zircon dùng để chỉ zircon silicat. Đây là khoáng chất có thành phần hóa học thuộc hệ hai cấu tử ZrO2 – SiO2, tồn tại trong tự nhiên và có thể tổng hợp được trong phòng thí nghiệm. Một số nghiên cứu cho thấy zircon silicat được tạo ra khi đưa zircon oxit vào phối liệu gốm cordierite.

II. Vấn Đề Thách Thức Tại Sao Cần Nghiên Cứu Cordierite Zircon

Mặc dù cordierite có nhiều ưu điểm, nhưng độ bền cơ học và độ chịu lửa của nó còn hạn chế so với silic cacbua. Việc bổ sung zirconia (ZrO2) vào cordierite có tiềm năng cải thiện các tính chất này. Zirconia giúp mở rộng khoảng nhiệt độ thiêu kết, cải thiện độ bền cơ học và độ bền sốc nhiệt của gốm cordierite. Tuy nhiên, các số liệu nghiên cứu còn chưa thống nhất, có thể do ảnh hưởng của các yếu tố vi lượng trong nguyên liệu khoáng ban đầu và chế độ nung trong mỗi trường hợp cụ thể. Ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu sản xuất gốm cordierite như cao lanh, talc, và oxit nhôm sẵn có, nhưng nghiên cứu ứng dụng loại gốm này còn hạn chế.

2.1. Hạn Chế Về Độ Bền Cơ Học Chịu Lửa Của Cordierite

Cordierite có hệ số giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống sốc nhiệt tốt, nhưng độ bền cơ học và chịu lửa thấp hơn so với các vật liệu chịu lửa khác như silic cacbua. Điều này hạn chế ứng dụng của cordierite trong các môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là ở nhiệt độ cao và chịu tải trọng lớn. Do đó, cần có các nghiên cứu để cải thiện các tính chất này của cordierite.

2.2. Sự Ảnh Hưởng Của Zirconia ZrO2 Đến Tính Chất Gốm Cordierite

Zirconia (ZrO2) là một phụ gia tiềm năng để cải thiện tính chất của gốm cordierite. Nghiên cứu cho thấy zirconia có thể giúp tăng cường độ bền cơ học, độ chịu lửa và độ bền sốc nhiệt của cordierite. Tuy nhiên, cần có nghiên cứu chi tiết để xác định ảnh hưởng của hàm lượng, kích thước hạt, và phương pháp phân tán zirconia đến các tính chất của cordierite.

2.3. Thiếu Nghiên Cứu Ứng Dụng Cordierite Tại Việt Nam

Mặc dù có nguồn nguyên liệu sẵn có, việc nghiên cứu và ứng dụng gốm cordierite tại Việt Nam còn hạn chế. Cần có các nghiên cứu cụ thể về thành phần phối liệu, quy trình chế tạo, và ứng dụng thực tế của gốm cordierite trong các ngành công nghiệp khác nhau để thúc đẩy phát triển và nâng cao giá trị gia tăng của vật liệu này.

III. Phương Pháp Chế Tạo Gốm Cordierite Zircon Bền Sốc Nhiệt

Nghiên cứu tập trung làm sáng tỏ ảnh hưởng của oxit zircon đến một số tính chất của gốm cordierite-zircon trên cơ sở nguyên liệu chủ yếu từ Việt Nam và thúc đẩy ứng dụng loại gốm này vào công nghiệp. Quy trình bao gồm lựa chọn nguyên liệu (cao lanh, talc, oxit nhôm, zirconia), thiết lập bài phối liệu, chế tạo mẫu bằng phương pháp ép, và thiêu kết ở các nhiệt độ khác nhau. Các phương pháp phân tích được sử dụng bao gồm phân tích thành phần hóa, phân tích thành phần khoáng (XRD), phân tích hệ số giãn nở nhiệt, phân tích độ bền sốc nhiệt, và phân tích hình ảnh SEM.

3.1. Lựa Chọn Và Xử Lý Nguyên Liệu Đầu Vào

Nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu bao gồm cao lanh Phú Thọ, talc Phú Thọ, bột oxit nhôm công nghiệp, và nguyên liệu cung cấp zircon. Việc lựa chọn và xử lý nguyên liệu đầu vào đóng vai trò quan trọng đến chất lượng và tính chất của sản phẩm cuối cùng. Cao lanh và talc cần được kiểm tra thành phần hóa học và kích thước hạt. Zircon có thể được sử dụng ở dạng bột zirconia hoặc zircon silicat.

3.2. Thiết Lập Bài Phối Liệu Tối Ưu Cho Gốm Cordierite Zircon

Bài phối liệu được thiết lập dựa trên thành phần hóa học mong muốn của cordierite (2MgO.2Al2O3.5SiO2) và hàm lượng zirconia thay đổi. Các thành phần được trộn đều, nghiền mịn để đảm bảo tính đồng nhất của phối liệu. Hàm lượng zirconia được điều chỉnh để nghiên cứu ảnh hưởng của nó đến quá trình thiêu kết và tính chất của sản phẩm.

3.3. Quy Trình Ép Khuôn Thiêu Kết Mẫu Gốm

Phối liệu sau khi trộn đều được tạo hình bằng phương pháp ép. Các mẫu ép được sấy khô và nung ở các nhiệt độ khác nhau để nghiên cứu quá trình thiêu kết. Nhiệt độ nung, tốc độ gia nhiệt, và thời gian giữ nhiệt được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình hình thành pha cordierite và zirconia, đồng thời giảm thiểu sự xuất hiện của các pha phụ.

IV. Ứng Dụng Của Gốm Cordierite Zircon Bền Sốc Nhiệt Trong Công Nghiệp

Nhờ vào khả năng chịu sốc nhiệt tốt, gốm cordierite-zircon được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp đòi hỏi khả năng hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao và có sự thay đổi nhiệt độ đột ngột. Một số ứng dụng tiêu biểu bao gồm vật liệu chịu lửa cho lò nung, chất mang xúc tác trong xử lý khí thải, và các bộ phận chịu nhiệt trong động cơ đốt trong. Việc nghiên cứu và phát triển gốm cordierite-zircon có tiềm năng mang lại giá trị kinh tế cao và góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Ứng Dụng Làm Vật Liệu Chịu Lửa Cho Lò Nung Công Nghiệp

Gốm cordierite-zircon có khả năng chịu nhiệt độ cao và chống sốc nhiệt tốt, là vật liệu lý tưởng để chế tạo các bộ phận chịu lửa trong lò nung công nghiệp, như tấm kê, giá đỡ, và thành lò. Việc sử dụng gốm cordierite-zircon giúp tăng tuổi thọ của lò nung và giảm chi phí bảo trì.

4.2. Sử Dụng Trong Hệ Thống Xử Lý Khí Thải Động Cơ Đốt Trong

Gốm cordierite-zircon có cấu trúc xốp và độ bền hóa học cao, thích hợp làm chất mang xúc tác trong hệ thống xử lý khí thải của động cơ đốt trong. Xúc tác được phủ lên bề mặt gốm cordierite-zircon giúp giảm thiểu lượng khí thải độc hại ra môi trường.

4.3. Chế Tạo Các Bộ Phận Chịu Nhiệt Trong Động Cơ Máy Móc

Gốm cordierite-zircon có thể được sử dụng để chế tạo các bộ phận chịu nhiệt trong động cơ và máy móc, như piston, xi lanh, và van. Việc sử dụng gốm cordierite-zircon giúp tăng hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.

V. Kết Luận Nghiên Cứu Hướng Phát Triển Gốm Cordierite Zircon

Nghiên cứu này đã làm sáng tỏ ảnh hưởng của zirconia đến tính chất của gốm cordierite-zircon trên cơ sở nguyên liệu Việt Nam. Kết quả cho thấy việc bổ sung zirconia có thể cải thiện độ bền cơ học và độ bền sốc nhiệt của cordierite. Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu để tối ưu hóa thành phần phối liệu và quy trình chế tạo để đạt được các tính chất mong muốn. Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc sử dụng các phương pháp tạo hình tiên tiến, như in 3D, để sản xuất các sản phẩm gốm cordierite-zircon có hình dạng phức tạp và tính năng vượt trội.

5.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Quan Trọng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung zirconia có ảnh hưởng tích cực đến độ bền cơ học và độ bền sốc nhiệt của gốm cordierite. Hàm lượng zirconia tối ưu cần được xác định dựa trên ứng dụng cụ thể. Các yếu tố như kích thước hạt zirconia, phương pháp phân tán, và chế độ nung cũng ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm.

5.2. Đề Xuất Các Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Vật Liệu

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc sử dụng các phương pháp tạo hình tiên tiến, như in 3D, để sản xuất các sản phẩm gốm cordierite-zircon có hình dạng phức tạp và tính năng vượt trội. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu về ảnh hưởng của các phụ gia khác, như đất hiếm, đến tính chất của gốm cordierite-zircon.

5.3. Tiềm Năng Ứng Dụng Phát Triển Sản Phẩm Gốm Cordierite Zircon

Với những ưu điểm vượt trội về khả năng chịu nhiệt và chống sốc nhiệt, gốm cordierite-zircon có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Việc phát triển các sản phẩm gốm cordierite-zircon chất lượng cao có thể mang lại giá trị kinh tế cao và góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp vật liệu Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1 KHOÁNG CORDIERITE 1.1 Khoáng cordierite tự nhiên. Cordierite trong tự nhiên tồn tại ở dạng các đá khoáng, nó có thành phần bao gồm Mg, Al, Si và một phần sắt và có công thức cấu tạo (Mg, Fe) 2Al4Si 5O18. Cordierite đƣợc miêu tả lần đầu năm 1801 bởi nhà khoáng vật học là Herr Kammerrath und Kammerjunker von Schlotheim dƣới cái tên Spanisch Lazulith. Khoáng này đầu tiên đƣợc phát hiện ở vùng Cabo de Gata, Tây Ban Nha.

Sau đó vài năm nó đƣợc Giáo sƣ A.Wener nói đến nhƣ một đơn khoáng với tên là Iolite. Đến năm 1809, Pierre Louis Antoine Cordier công bố kết quả nghiên cứu tỉ mỉ về khoáng, và gọi tên là dichroite. Và sau này tên Cordier đã đƣợc J. Lucas sử dụng đặt tên khoáng này là Cordierite vào năm 1813[1].

Cordierite tồn tại trong tự nhiên với các màu xanh dƣơng, xanh lá, tím xanh, nâu vàng, ghi và trong suốt. Có độ cứng khoảng 7-7,5 theo thang mohs, khối lƣợng riêng khoảng 2,57-2,6 g/cm3, chiết suất theo các trục khác nhau và tăng theo hàm lƣợng sắt, trong khoảng 1,53-1,57[2]. Hình ảnh khoáng cordierite tự nhiên đƣợc ứng dụng làm trang sức thể hiện ở hình 3. Hình 1 Khoáng cordierite tự nhiên (iolite), màu tím[3] GVHD: TS.Vũ Thị Ngọc Minh 3 Luận văn cao học HV: Nguyễn Văn Trung - Lớp CNVL Silicat 2015B Trong quá trình phát hiện và nghiên cứu về khoáng cordierite, có ba loại hình thái tinh thể đƣợc ghi nhận.

Trong đó loại phổ biến nhất là α – cordierite dạng lục phƣơng (hexagonal) ổn định ở nhiệt độ lớn hơn 830 oC. Hai dạng còn lại ít gặp hơn là β – cordierite ổn định ở nhiệt độ thấp hơn 830 oC và một trạng thái bán ổn định µ - cordierite hình thành trong quá trình kết tinh thủy tinh ở nhiệt độ dƣới 900 oC. Khoáng cordierite trong tự nhiên có cấu trúc tinh thể dạng trực thoi vòng silicat 6 cạnh (orthorhombic-pseudohexagonal) (hình 2). Hình 2 Cấu trúc tinh thể cordierite [4] Khoáng cordierite trong tự nhiên đƣợc dùng nhiều trong lĩnh vực trang sức, đá quý do màu sắc bắt mắt và phong phú.

Cordierite đƣợc tổng hợp thành công lần đầu vào năm1929 bởi Felix Singer và Willy M. Cohn đi từ 43% talc, 35% đất sét và 22% Al 2O3. Đây là hợp chất bậc ba đƣợc tạo ra từ hệ 3 cấu tử MgO - Al2 O3 - SiO 2. Hình 3 trình bày giản đồ trạng thái hệ 3 cấu tử MgO - Al2O 3 - SiO2.

[5] Theo đó, cordierite thuộc loại hợp chất bậc ba nóng chảy không tƣơng hợp (incongruence), điểm biểu diễn thành phần của cordierite không dƣới vùng phân chia lỏng - rắn cordierite mà nằm dƣới vùng phân chia lỏng - rắn mullite. Vì thế, khi trộn nguyên liệu ban đầu là các oxit MgO, Al 2O3 và SiO2 với tỷ lệ đúng với công thức phân tử của cordierite là 2MgO.5SiO2, rồi nung nóng chảy hoàn toàn hỗn hợp, thì điểm biểu diễn thành phần pha lỏng ứng GVHD: TS.Vũ Thị Ngọc Minh 4 Luận văn cao học HV: Nguyễn Văn Trung - Lớp CNVL Silicat 2015B với vị trí M ở trên giản đồ cũng trùng với điểm biểu diễn thành phần của cordierite. Khi làm nguội từ pha lỏng thì pha rắn kết tinh đầu tiên sẽ là tinh thể mullite. Điểm biểu diễn thành phần pha rắn ứng với vị trí A trùng với điểm biểu diễn thành phần của mullite.

Khi tiếp tục làm nguội từ từ hỗn hợp nóng chảy, mullite sẽ tiếp tục tách ra, do pha lỏng ngày càng nghèo Al 2O3 và giàu SiO2, nên điểm biểu diễn thành phần pha lỏng di chuyển từ vị trí M sang B. Khi điểm biểu diễn thành phần pha lỏng đạt vị trí B nằm ở biên giới phân chia giữa hai pha mullite và cordierite, thì pha rắn mullite sẽ bị tan trở lại vào pha lỏng để tạo thành cordierite, điểm biểu diễn thành phần pha rắn di chuyển từ vị trí A sang vị trí M. Khi điểm biểu diễn thành phần pha rắn đạt vị trí M, chất rắn thu đƣợc là cordierite tinh khiết.[6] Hình 3 Giản đồ pha hệ ba cấu tử.[5] Từ giản đồ hệ 3 cấu tử MgO-Al2O3-SiO2 , có thể thấy rằng quá trình hình thành tinh thể cordierite bằng phƣơng pháp kết tinh từ pha lỏng nóng chảy đi từ nguyên liệu là các oxit MgO, Al 2O3 và SiO2 xảy ra rất khó khăn. Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp MgO, Al 2O3 và SiO2 có thành phần ứng với tỷ lệ hợp thức của cordierite khá cao (khoảng 1460o C).

Quá trình làm nguội pha lỏng phải đƣợc thực hiện rất chậm để tạo thuận lợi cho mullite tan hoàn toàn vào pha lỏng, tạo thành cordierite GVHD: TS.Vũ Thị Ngọc Minh 5 Luận văn cao học HV: Nguyễn Văn Trung - Lớp CNVL Silicat 2015B và nhƣ vậy thành phần pha tinh thể của sản phẩm sẽ là đơn pha α-cordierite. Nếu quá trình làm nguội xảy ra nhanh, pha rắn thu đƣợc sẽ đa pha và thành phần của nó sẽ bao gồm cordierite, mullite, spinel. Chính vì vậy, để nghiên cứu chế tạo vật liệu cordierite thì hƣớng nghiên cứu đƣa thêm phụ gia nhƣ ZrO2 để làm giảm nhiệt độ kết khối, mở rộng khoảng kết khối đƣợc tập trung.2 Tính chất vật liệu cordierite Tinh thể cordierite có nhiều đặc tính quý nhƣ có hệ số giãn nở nhiệt thấp, tổn thất điện môi nhỏ, bền cơ, bền hóa cao. Gốm cordierite có độ bền sốc nhiệt rất tốt, dễ tạo xốp nên đƣợc ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghệ mà có sự biến đổi rất nhanh về nhiệt độ nhƣ làm bộ lọc trong các động cơ, làm chất mang xúc tác, làm vật liệu lót trong công nghệ hàn hồ quang (Mig-Mag).

 Khi vật liệu đƣợc gia nhiệt, các nguyên tử bên trong nhận năng lƣợng dao động. Sự dao động này làm thay đổi kích thƣớc vật liệu. Nếu sự thay đổi nhỏ, ít làm ảnh hƣởng tới tính chất cơ của vật liệu, nếu thay đổi lớn có thể phá hủy vật liệu. Vì vậy, hệ số giãn nở nhiệt đƣợc sử dụng để biểu diễn sự giãn nở của vật liệu theo nhiệt độ.

Hệ số giãn nở nhiệt đƣợc chia làm hai loại, bao gồm:  Hệ số giãn nở nhiệt theo thể tích: sự thay đổi thể tích theo nhiệt độ  Hệ số giãn nở nhiệt dài: sự thay đổi chiều dài theo nhiệt độ Đơn vị tính là là K-1. Tinh thể cordierite là vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ trong khoảng từ 25 đến 1000 oC chỉ vào khoảng 2-3x10-6/oC. Hệ số giãn nở nhiệt của gốm cordierite phụ thuộc vào trục tinh thể. Nó thể hiện hệ số âm theo trục c và dƣơng theo trục a.

Khi thiêu kết trong một khối thống nhất thì sự phát triển theo hai hƣớng sẽ dẫn tới sự cân bằng và hệ số giãn nở nhiệt của toàn khối rất thấp.Vũ Thị Ngọc Minh 6 Luận văn cao học HV: Nguyễn Văn Trung - Lớp CNVL Silicat 2015B Hình 4 Hệ số giãn nở nhiệt theo nhiệt độ[7]  Khi vật liệu làm việc trong môi trƣờng có nhiệt độ thay đổi đột ngột. Gradient nhiệt độ trong bản thân vật liệu có sự chênh lệch lớn giữa bên trong và bên ngoài vật liệu. Điều này tạo ra một ứng suất bên trong vật liệu, dễ gây phá hủy vật liệu. Để đặc trƣng cho tính bền của vật liệu trong môi trƣờng có nhiệt độ thay đổi, độ bền sốc nhiệt đƣợc dùng.

Độ bền sốc nhiệt có thể đánh giá theo hai cách:  Khoảng chênh lệch nhiệt độ lớn nhất mà vật liệu vẫn làm việc đƣợc (đơn vị là nhiệt độ)  Tần suất làm việc ở một khoảng nhiệt độ (đơn vị là chu kỳ) Vật liệu có độ bền sốc nhiệt lớn tức là có khả năng làm việc ở môi trƣờng có sự thay đổi nhiệt độ lớn. Độ bền sốc nhiệt liên quan mật thiết đến hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu. Vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt lớn thì kém bền sốc nhiệt và ngƣợc lại. Tinh thể cordierite có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ nên vật liệu có nguồn gốc từ cordierite có độ bền sốc nhiệt cao.

 Cordierite có hệ số dẫn nhiệt cao 3.K nên gốm cordierite bền nhiệt khi có sự thay đổi nhiệt độ lớn.Vũ Thị Ngọc Minh 7 Luận văn cao học HV: Nguyễn Văn Trung - Lớp CNVL Silicat 2015B ôi Gốm cordierite có hằng số điện môi thấp khi ở nhiệt độ thƣờng, dao động từ 4,5- 5,4. Vì vậy gốm cordierite cách điện ở nhiệt độ thƣờng.  Khi ứng dụng trong thực tế ngƣời ta còn quan tâm đến các tính chất nhƣ khối lƣợng thể tích, cƣờng độ uốn, cƣờng độ nén để lựa chọn, đánh giá chất lƣợng vật liệu gốm kỹ thuật. Dƣới đây là một số chỉ tiêu kỹ thuật của gốm cordierite do hãng Superior Technical Ceramics Corp.

sản xuất: Bảng 1 Chỉ tiêu kỹ thuật của gốm cordierite do hãng Superior Technical Ceramics Corp. sản xuất Phƣơng pháp Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Kết quả thử ASTM Màu sắc nâu-cam Khối lƣợng riêng C 20-97 g/cc 2,0 Độ cứng - Mohs 6 Độ hút nƣớc C 20-97 % 10 Cƣờng độ uốn F417-97 psi 9500 Cƣờng độ kéo - psi 2700 Cƣờng độ nén - psi 24000 Hệ số giãn nở nhiệt C 372-96 x10-6 /C 25-100 2,1 25-300 2,5 25-600 3,0 Hệ số dẫn nhiệt C 408 W/m.Vũ Thị Ngọc Minh 8 Luận văn cao học HV: Nguyễn Văn Trung - Lớp CNVL Silicat 2015B 1.2 KHOÁNG ZIRCON 1.1 Kim loại zircon và khoáng zircon tự nhiên[8] Kim loại zircon (Zr) có số hiệu nguyên tử 40, khối lƣợng nguyên tử 91. Zircon có cấu trúc tinh thể dạng hexagonal với các thông số mạng là a = 3,23A o và c = 5,15A o. Zircon lần đầu đƣợc phát hiện vào năm 1789 bởi M.

Nó đƣợc đặt tên zircon theo tên khoáng của ngƣời Ba Tƣ là Zargun. Đến năm 1824 lần đầu tổng hợp đƣợc kim loại zircon riêng biệt bởi nhà khoa học J. Trong tự nhiên, zircon tồn tại ở hai dạng khoáng, zirconsilicat (ZrSiO4) và baddeleyite (ZrO 2) .Các khoáng zircon trong tự nhiên chứa 0,5-2% hafnium và một lƣợng nhỏ các nguyên tố phóng xạ nhƣ urani và thori. Điều này làm thay đổi màu sắc của khoáng zircon nên chúng có màu khá đa dạng từ không màu đến xanh, vàng và nâu.

Bảng 2 Tính chất của khoáng zircon trong tự nhiên Công thức Kiểu tinh Khoáng Mật độ Độ cứng Màu cấu tạo thể Vàng, nâu, đỏ Zirconsilicat ZrSiO4 tetragonal 4,67 7,5 nâu, trong Beddleyite ZrO2i monoclinic 5,7-6,0 6,5 nâu đến đen Zircon oxit hay zirconia (ZrO2) có nhiệt độ nóng chảy rất cao trên 2700oC và độ dẫn nhiệt thấp. Cấu trúc tinh thể có tính biến đổi pha thù hình khi thay đổi nhiệt độ. Zirconia có ba dạng thù hình chính: Dạng đơn tà (m-ZrO 2) tồn tại trong khoảng nhiệt độ dƣới 1170o C; trong khoảng 1170-2370oC dạng thù hình chính ổn định là dạng tứ phƣơng (t-ZrO2); trên 2370 oC zirconia chuyển qua cấu trúc pha tinh thể lập phƣơng (c-ZrO2) ổn định [9].