I. Tổng Quan Về Vật Liệu Gốm M0ПTIເELITE Giới Thiệu Chung
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 M0ПTIເELITE (CaO.MgO.SiO2) 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 oxy 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 M0ПTIເELITE được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau: công nghệ xây dựng, công nghệ điện, điện tử, sinh học… Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp gốm M0ПTIເELITE sẽ góp phần vào sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu gốm.
1.1. Vật Liệu Gốm Tiên Tiến Định Nghĩa và Phân Loại
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 oxy (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 quý 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 xung nhiệt lớn (lót lò, bọc tàu vũ trụ…).
1.2. Ứng Dụng Vật Liệu Gốm Từ Xây Dựng Đến Y Sinh
Về đặc tính điện, độ dẫn điện của vật liệu gốm thay đổi trong một phạm vi khá rộng từ dưới 10 -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 trò là phần tử dẫn điện. Do đó ta có thể tổng hợp nhiều loại vật liệu gốm kỹ 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.
II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Tính Chất Hóa Học Gốm
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 kỷ 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… Hiện nay có rất nhiều phương pháp tổng hợp gốm M0ПTIເELITE đã được các tác giả 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 M0ПTIເELITE từ các khoáng chất có sẵn trong tự nhiên như: đá vôi, khoáng talc, thạch anh… để thu được M0ПTIເELITE có giá thành rẻ mà vẫn giữ được những đặc tính quan trọng.
2.1. Ảnh Hưởng Của Tạp Chất Đến Tính Chất Gốm M0ПTIເELITE
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, tôi chọn đề tài cho luận văn : “Nghiên cứu tổng hợp gốm M0ПTIເELITE CaO.SiO2 và ảnh hưởng của Oxit Fe2O3, Cr2O3 đến cấu trúc và tính chất của gốm”. Tạp chất có thể ảnh hưởng đến quá trình hình thành pha, độ bền cơ học, tính chất điện và quang của gốm. Việc kiểm soát tạp chất là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm gốm.
2.2. Độ Bền Hóa Học Của Gốm M0ПTIເELITE Các Yếu Tố Ảnh Hưởng
Độ bền hóa học của gốm M0ПTIເELITE là khả năng chống lại sự ăn mòn hoặc phân hủy khi tiếp xúc với các hóa chất khác nhau. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền hóa học bao gồm thành phần hóa học, cấu trúc tinh thể, độ xốp và kích thước hạt của vật liệu gốm. Nghiên cứu về độ bền hóa học giúp xác định ứng dụng phù hợp cho gốm M0ПTIເELITE trong các môi trường khác nhau.
III. Phương Pháp Tổng Hợp Gốm M0ПTIເELITE Truyền Thống
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 M0ПTIເELITE. Giai đoạn chuẩn bị phối liệu: tính toán thành phần của nguyên 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 khuếch tán đồng đều các chất trong hỗn hợp. Khi nghiền ta có thể cho một lượng ít dung môi vào cho dễ nghiền. Phải chọn loại dung môi nào để trong quá trình nghiền dễ thoát ra khỏi phối liệu ( có thể dùng rượu etylic, axeton… ).
3.1. Quy Trình Sản Xuất Gốm M0ПTIເELITE Chi Tiết Các Bước
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 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 đòi hỏi phải có thời gian để thu được mẫu phối liệu có độ chắc đặc cao.
3.2. Ảnh Hưởng Nhiệt Độ Nung Đến Quá Trình Hình Thành
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 hóa, tự bốc cháy, thủy nhiệt …
IV. Ảnh Hưởng Oxit Fe2O3 Cr2O3 Đến Tính Chất Gốm
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 ứng với nước, hidrat amoniac. Thể hiện lưỡng tính: phản ứng với axit, kiềm, bị hidro, cacbonmonoxit, sắt khử. Sắt (III) oxit có trong tự nhiên dưới dạng quặng hematit. 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.
4.1. Ảnh Hưởng Của Crom III Oxit Đến Cấu Trúc Tinh Thể
Crom (III) oxit (Cr2O3) có thể ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể của gốm M0ПTIເELITE bằng cách thay đổi kích thước hạt, hình dạng và sự phân bố của các pha tinh thể. Sự hiện diện của Cr2O3 có thể thúc đẩy hoặc ức chế sự phát triển của các pha tinh thể cụ thể, dẫn đến sự thay đổi trong cấu trúc tổng thể của vật liệu gốm. Nghiên cứu về ảnh hưởng của Cr2O3 giúp điều chỉnh cấu trúc tinh thể để đạt được các tính chất mong muốn.
4.2. Tác Động Của Sắt III Oxit Đến Độ Bền Cơ Học Của Gốm
Sắt (III) oxit (Fe2O3) có thể tác động đến độ bền cơ học của gốm M0ПTIເELITE bằng cách ảnh hưởng đến độ xốp, kích thước hạt và sự liên kết giữa các hạt. Sự hiện diện của Fe2O3 có thể làm tăng hoặc giảm độ bền cơ học tùy thuộc vào nồng độ và điều kiện xử lý nhiệt. Nghiên cứu về tác động của Fe2O3 giúp tối ưu hóa độ bền cơ học cho các ứng dụng khác nhau.
V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Gốm M0ПTIເELITE Trong Công Nghiệp
Với những đặc tính ưu việt, gốm M0ПTIເELITE được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Trong công nghiệp xây dựng, nó được sử dụng làm vật liệu chịu lửa, vật liệu cách nhiệt và vật liệu trang trí. Trong công nghiệp điện tử, nó được sử dụng làm chất nền cho các mạch tích hợp và các linh kiện điện tử khác. Trong y học, nó được sử dụng làm vật liệu cấy ghép xương và răng.
5.1. Gốm M0ПTIເELITE Trong Vật Liệu Xây Dựng Chịu Lửa
Độ bền nhiệt cao và khả năng chống sốc nhiệt của gốm M0ПTIເELITE làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng chịu lửa. Nó có thể được sử dụng trong lò nung, lò đốt và các thiết bị khác hoạt động ở nhiệt độ cao. Khả năng duy trì tính toàn vẹn cấu trúc ở nhiệt độ cao giúp bảo vệ các thiết bị và kéo dài tuổi thọ của chúng.
5.2. Gốm M0ПTIເELITE Giải Pháp Cho Vật Liệu Cấy Ghép Y Sinh
Tính tương thích sinh học và khả năng tích hợp với mô xương của gốm M0ПTIເELITE làm cho nó trở thành một vật liệu đầy hứa hẹn cho các ứng dụng cấy ghép y sinh. Nó có thể được sử dụng để thay thế hoặc sửa chữa xương bị hư hỏng hoặc bệnh tật. Khả năng thúc đẩy sự phát triển của xương mới giúp cải thiện kết quả điều trị và chất lượng cuộc sống của bệnh nhân.
VI. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Vật Liệu Gốm M0ПTIເELITE
Nghiên cứu về vật liệu gốm M0ПTIເELITE và ảnh hưởng của các oxit kim loại đến tính chất của nó là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của gốm M0ПTIເELITE sẽ mở ra nhiều cơ hội để phát triển các vật liệu mới với các tính chất ưu việt, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các ngành công nghiệp.
6.1. So Sánh Gốm M0ПTIເELITE Với Các Loại Gốm Kỹ Thuật Khác
So sánh gốm M0ПTIເELITE với các loại gốm kỹ thuật khác giúp làm nổi bật những ưu điểm và hạn chế của nó. Điều này giúp xác định các ứng dụng phù hợp nhất cho từng loại gốm và thúc đẩy sự phát triển của các vật liệu mới với các tính chất được cải thiện. Các tiêu chí so sánh có thể bao gồm độ bền cơ học, độ bền nhiệt, tính chất điện và quang.
6.2. Hướng Nghiên Cứu Mới Gốm M0ПTIເELITE Và Môi Trường
Nghiên cứu về tác động của gốm M0ПTIເELITE đến môi trường là một lĩnh vực quan trọng cần được quan tâm. Việc đánh giá khả năng tái chế, khả năng phân hủy sinh học và tác động của quá trình sản xuất đến môi trường giúp đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp gốm. Các hướng nghiên cứu có thể tập trung vào việc sử dụng các nguyên liệu tái chế và phát triển các quy trình sản xuất thân thiện với môi trường.
