بررسي اثر Li2O بر خواص شيشه- سراميكها بر پايه
SiO2 – Al2O3 – MgO – B2O3 – K2O (Li2O) – F – TiO2

مليحه قاسمزاده*1 و علي نعمتي2
مربي، دانشكده فني و مهندسي، دانشگاه آزاد اسلامي واحد كرج
دانشيار، دانشكده مهندسي و علم مواد، دانشگاه صنعتي شريف
*ghasemzadeh@kiau.ac.ir
(تاريخ دريافت: 19/03/89، تاريخ پذيرش: 16/05/89)

چكيده
در اين تحقيق اثر جايگزيني مقادير مختلف K2O با Li2O بر خواص حرارتي، نوع فازهاي بلوري و ريزساختار شيشه- سراميك ميكا بررسـيگرديد. بررسي رفتار حرارتي دماي تبلور، نقطه نرمشوندگي و دماي ذوب شيشههاي حاصله توسط آناليز حرارتي DTA مـورد بررسـي قـرارگرفت. با توجه به نتايجDTA محدوده دماي بهينه عمليات حرارتي مشخص و شيشهها در دماهاي مختلف عمليات حرارتـي گرديدنـد. نـوعفازهاي متبلور شده با كمك پراش پرتو ايكس ((XRD، شكل و يكنواختي ريزساختاري به كمك ميكروسكوپ الكتروني روبـشيSEM) ) بررسي گرديد . نتايج نشان داد با جايگزيني اكسيد ليتيم به جاي اكسيد پتاسيم دماي انتقال به شيشه و دماي نـرمشـوندگي و در نهايـت دمـايتبلور فازهاي بلوري كاهش مييابد. در تركيـب شـامل پتاسـيم فازهـاي ميكـاي نـوع پتاسـيم و سـيليكات پتاسـيم و در تركيـب شـامل ليتـيم بتا- اسپودومن و كندروديت متبلور شدند. ريزساختار تركيب حاوي پتاسيم، شـامل كريـستالهـاي ورقـهاي اسـت در حـالي كـه ريزسـاختار
نمونههاي حاوي ليتيم، حاصل از رشد دندريتي ميباشد.

واژههاي كليدي:
شيشه- سراميك، ريزساختار، تبلور، فلوروفلوگوپيت.

1- مقدمه
شيشه- سراميكها گروه جديدي از مواد سـراميكي هـستند. ايـنمواد از طريق عمليات حرارتي و تبلور كنترل شده مذاب شيشه بهدست مي آيند. نوع فاز بلـوري متبلـور شـده ويژگـيهـاي نهـاييشيــشه- ســراميك را تعيــين مــي كنــد. شيــشه- ســراميكهــاي ماش ينكاريش ـونده ب ر پاي ه تبل ور ف از بل وري فلوئ ـور و ميك ا ميباشد [3-1]. ساخت و سـنتز ايـن نـوع شيـشه- سـراميكهـاي
ماش ينكاريش ونده ب ه اواي ل س ال 1970 برم يگ ردد. در اي ن شيشه- سراميكها فاز متبلور شده به صورت بلورهـاي دو بعـديو در هم قفل شده ميكا ميباشـد كـه بـه طـور تـصادفي در زمينـهشيشه پخش شده و باعث ايجـاد خـواص الكتريكـي و مكـانيكيكم نظير مـيگـردد . ايـن شيـشه- سـراميك هـا بـه دليـل خـواصمكانيكي، حرارتي، الكتريكي و به خصوص قابليـت ماشـينكاريبالا كاربردهاي گستردهاي در زمينـههـاي صـنعتي، تكنولـوژي وپزشكي و در صنايع هستهاي و نيز در تجهيزات نوري و ليزرهـايجام د دارن د [5 -2]. سي ستمه اي متع ددي ب ر اس اس تركي بمولك ولي و س اختار بل وري ب راي تركيب ات ميك ا وج ود دارد . پائوليـــك فرمـــول عمـــودي (KX Y On 4 10 (OH,F را بـــراي تركيبـات مختل ف ميك ا پي شنهاد ك رده اس ت . در اي ن فرم ول
x,2 ≤ n ≤ 3 نماي انگر ك اتيونه ايي ب ا ش عاع ي وني 6/0 – 9/0 آنگسترم و عدد همـسايگي 6 و Y نـشاندهنـده كـاتيونهـايي بـاش عاع ي وني 3/0 – 5/0 آنگ سترم و ع دد همـسايگي 4 (عم دتاً س يليكون و آلوميني وم اس ت) م يباش د. ب ا در نظ ر گ رفتن اي ن فرمول، فرمول عمومي ميكاي فلوئـورZX Y O Fn 4 10 2 مـي باشـدكهZ نمايانگر كاتيونهـايي بـا شـعاع يـوني 1 – 6/1 آنگـسترم و عدد همسايگي 12 است كه عمدتاً پتاسيم و گاهي اوقات فلـزاتقليايي و ديگري نظير Cs ,Rb ,Na و يا كاتيونهاي قليايي خاكي نظيــر +2Ba 2+,Cr 2+,Ca مــيباشــد. ســاختمان ميكــاي فلوئــورتتراسيليسيك از دو لايه چهار وجهي و يـك لايـه هـشتوجهـيمياني تشكيل شده است. يك چهار وجهي در يك صـفحه بـا بـهاشتراك گذاشتن سه اكسيژن خـود بـه چهـار وجهـي هـاي ديگـرمتصل و هر آنيون بين دو چهار وجهي مشترك است. با گسترشاين اتصالات يك شبكه هگزاگونال ايجاد ميشود. اين دو ورقـهچهار وجهي توسط يونهايMg با عدد همـسايگي 6 (در مركـز يك هشت وجهـي ) محكـم بـه هـم متـصل شـدهانـد . آنيـون هـايت شكيلدهن ده اي ن ه شتوجه ي دو ي ون فلوئ ور و چه ار ي ون اكسيژن مي باشند. يـون هـاي پتاسـيم در همـسايگي 12 تـايي، دوورقه مجاور را به هم متصل ميكنند و صفحه كليواژ ميكا در بيناين ورقه ها قرار دارد. كاتيونهاي موجـود در همـسايگي 4 تـاييمعم ولاً سيلي سيم و ب ا تركيب ي از سيلي سيم و آلوميني وم ه ستند .
ميكايي كه در مواضع چهار وجهي آن فقط سيليسيم وجـود داردتتراسيليسيك، گونه اي كه علاوه بر سيليسيم داراي آلومينيوم نيـزميباشد و نسبتAlSi

در آنها برابر سه ميباشد. تريسيليـسيك وميكاه ايي ك ه در مواض ع چه ار وجه يش ان تع داد يك ساني از سيلي سيم و آلومينيــوم قــرار دارد ميك اي ديسيليــسيك ناميــده ميشوند. مواضع هشت وجهي كه از دو يون فلوئور و چهـار يـوناك سيژن ت شكيل ش دهان د. توس ط ك اتيونه ايي ب ا ش عاع ي وني 6/0 – 9/0 آنگــسترم (نظيــر 2+Ti4+ ،Mn3+ ،Mn2+ ،Al3+ ،Mg و
+Li) اشغال مي شوند. شكل (1) ساختمان بلورين فلوئور و ميكا رانـشان مـيدهـد . بـه طـور كلـي مـيتـوان گفـت كـه پارامترهـايريزس ـاختاري از قبي ـل ان دازه دان ه، ن ـسبت ط ول ب ـه ض ـخامت ورقههاي ميكا و درصد حجمي فاز تبلور يافته، نقش مهمي را دررفتار مكانيكي و حرارتي اين شيشه- سراميكهـا ايفـا مـي كننـد.
اين ويژگيها به دليل ساختار ورقهاي بلورهاي ميكا ميباشـد كـهدر شكل (1) به طور شماتيك اين ساختار لايهاي نشان داده شـدهاست. بررسيهاي انجام شده نشان ميدهد كه تركيب شيشه اوليهتأثير مستقيم بر خواص نهايي شيشه– سراميك دارد [11-6].
در ايــن تحقيــق اثــر جــايگزين ليتــيم بــا پتاســيم بــر خــواص شيشه- سراميكهاي بر پايه ميكا در سيستم 2(Li2O) – F – TiO SiO2 – Al2O3 – MgO – B2O3 – K2O مــورد بررســي قـ رارگرفته است.

2- مواد و روش تحقيق
مواد اوليه مصرفي در اين تحقيق به استثناء سيليس همگي از مواداوليه با خواص بيش از 99% ميباشند. براي تأمين 2SiO از سيليس اسيدشوئي شده استفاده گرديد. مـواد اوليـه مـورد اسـتفاده ديگـر
عبارتند از : 3TiO2 ،K2CO3 ،MgF2 ،LiCO3 ،Al2O3 ،MgCO و 3.H3BO تركيب شيميايي نمونه ها در جدول (1) نـشان داده شـدهاست. تغيير تركيب در جهتي انجام شـد كـه بـه ترتيـب از مقـدارK2O كم و بهLi2O اضافه شود. سه نمونـه حـاوي 56/7، 78/3 و صفر درصد وزني اكسيد ليتيم كه به ترتيب به صورت 7L و 3L و o Lنامگذاري شدند، تهيه گرديد . تركيبهاي مـورد نظـر پـس ازتوزين بـا تـرازوي ديجيتـال بـا دقـت 01/0 را در بوتـه آلومينـايي
ريخت ه و س پس در دم اي 1450 درج ه س انتيگ راد در ك وره الكتريكي به مدت 2 ساعت ذوب گرديد. سپس مذاب در قالـبفولادي ريخته گري شده و در كـوره آنيـل در دمـاي 500 درجـهسانتيگراد جهت تنشزدايي آنيل شد.

بررسي رفتار حرارتي تركيبهاي مختلـف شيـشه و تعيـين دمـايانتقال به شيشه (Tg)، دماي نرمشوندگي (Ts)، دماي تبلـور (Tc) و دماي ذوب با استفاده از دستگاه آناليز حرارتي همزمان (STA) انجام شد . براي شناسايي نوع فازهاي بلـورين ايجـاد شـده در هـرنمونه، از دستگاه پراش پرتو ايكس(Philips PW 1800 X-Ray Diffractometer) اســـ تفاده شـــ د. در نهايـــ ت ريزســـ اختار
21

شكل (1): نمايش شماتيك ساختار ميكا.

جدول (1): تركيب شيميايي و پارامترهاي فيزيكي نمونههاي مورد مطالعه.
SiO2 Al2O3 B2O3 MgO K2O F TiO2 Li2O Tl/Cº Tp/Cº ΔT=Tl-Tp
Lo 37/96 15/36 6/32 18/1 7/56 9 5/6 صفر 1042 777 265
L3 37/96 15/36 6/32 18/1 3/78 9 5/6 3/78 978 678 300
L7 37/96 15/36 6/32 18/1 صفر 9 5/6 7/56 1008 670 338

شكل (2): منحنينمونههاي تبلور يافته.

شيشه- سراميك ها با استفاده از ميكروسكوپ الكترونـي روبـشي
.بررسي گرديد (Philips XL Series XL30)

3- نتايج و بحث
در شكل (2) منحني رفتار حرارتي نمونههاي 7L و 3L و o Lكه با آناليزDTA انجام شده، نشان داده شده است. مطـابق ايـن شـكل

400
450
500
550
600
650
1
2
3
T
g
(
)
°C
Li
2
O(Wt%)

400

450

500

550

600

650

1

2

3

T

g

(

)

°C



قیمت: تومان


پاسخ دهید