بررسي رفتار تبلور و سينترپذيري شيشه-سراميك كورديريتي حاصل از روش سل-ژل در حضور افزودنيهاي CaO و 3B2O

هلنا ملكزاده 1,*، محمد رضواني 2 و بهروز شعباني 3
كارشناس ارشد مهندسي مواد-سراميك، گروه مهندسي مواد، دانشكده مكانيك، دانشگاه تبريز
دانشيار و عضو هيئت علمي گروه مهندسي مواد، دانشكده مكانيك، دانشگاه تبريز
دانشيار و عضو هيئت علمي گروه شيمي معدني، دانشكده شيمي، دانشگاه تبريز
[email protected] *
(تاريخ دريافت: 01/08/1391، تاريخ پذيرش: 03/12/1391)

چكيده
در اين تحقيق، فرآيند سنتز پودر با تركيب كورديريت استوكيومتري در سيستم 2MgO-Al2O3-SiO همراه با افزودنيهاي CaO و 3B2O با استفاده از تترااتيل اورتوسيليكات (TEOS) و كلريدهاي آلومينيوم و منيزيم انجام گرفت. رفتار تبلور و سينتر پذيري نمونههاي شيشه-سراميك در دماهاي مختلف بررسي شدند. به منظور ارزيابي ويژگيهاي به دست آمده از روشهاي تجزيه و تحليل XRD ،FT-IR ،DSC و SEM/EDX استفاده شد. نتايج نشان دادند كه تبلور به صورت چند مرحلهاي اتفاق افتاده و نمونهها تحت تاثير تبلور قبل از چگالش كامل از سينترپذيري خوبي برخوردار نيستند. بررسي SEM نيز مورفولوژي α-كورديريت را نشان داد كه آناليز EDX نيز اين نتيجه را تائيد كرد. با افزودن CaO، دماي تبلور α-كورديريت كاهش و شدت آن افزايش يافت، همچنين سبب بهبود سينتر پذيري در مقايسه با تركيب پايه شد. افزودن 3B2O نيز سبب تسريع
تشكيل α-كورديريت و افزايش ميزان آن شد.

واژه هاي كليدي:
شيشه-سراميك كورديريتي، سل-ژل، سينتر، تبلور، افزودني

1- مقدمه
شيشه-سراميكها، گروهي از مواد سراميكي هستند كه از تبلور كنترل شده شيشه تهيه ميشوند. تبلور شامل دو مرحله جوانهزني و رشد است كه سرعت اين دو فرآيند تابع دماست. با افزودن عوامل جوانهزني به شيشه پايه ميتوان فرآيند جوانهزني را كنترل كرد[1]. فرآيند تبلور هميشه %100 كامل نيست، ريزساختار آن معمولا داراي 95-50 درصد حجمي بلورين همراه با شيشه باقي -مانده است. فاز شيشه باقيمانده به طور موثري مـرزدانه را پر مـي كند كه اين به ايجاد ساختار بدون منفذ كمك ميكند[2-3].
شيشه-سراميكهاي بر پايه كورديريت به علت ويژگيهايي نظير ثابت ديالكتريك و اتلاف ديالكتريك پايين، ضريب انبساط حرارتي كم و مقاومت به شوك حرارتي خوب در كاربردهاي الكترونيكي به كار ميروند[4-5]. چندريختي1 كورديريت مي -تواند منجربه تغيير ريزساختاري پيچيدهاي حين فراوري2 شيشه-سراميكها گردد كه در يك فاز فراپايدار و دو حالت پايدار وجود دارد. فاز فراپايدار (μ-كورديريت) فقط از شيشهها تشكيل ميشود و يك محلول جامد كوارتزبالا3 با ساختار بلوري β-كوارتز هگزاگونال است. ساختار β-كوارتز با ورود كاتيونهاي كوچك (3+Al و 2+Mg) به كانالهاي ساختاري و جايگزيني جزئي Si توسط Al و Mg2+ + 2Al3+) Mg֖4+2Si) تشكيل ميشود. فاز دمابالاي هگزاگونال نامنظم (α-كورديريت) و فاز دماپائين اورتورومبيك منظم (β-كورديريت)، حالتهاي پايدار كورديريت هستند[4-6].
براي سنتز كورديريت روشهاي مختلفي وجود دارد كه از جمله ميتوان به واكنش حالت جامد، سل -ژل و تبلور از شيشه به روش ذوب و سينتر اشاره نمود[7]. بسياري از ويژگيهاي مطلوب كورديريت به نوع افزودني و روش فراوري حساس هستند[8-9]. با روش سل-ژل، ايجاد شبكه شيشه با همگني شيميايي بالا را ميتوان از طريق محلول در دماي اتاق به دست آورد[8-10]. از طرف ديگر يكنواختي مخلوط مواد اوليه مي-تواند در حد نانو يا حتي مولكولي صورت گيرد[11]. در فرآيند سل-ژل رسوب همزمان هيدروكسيدهاي فلزي و آبزدايي آنها منجر به مخلوطسازي بسيار همگن محصولات آمورف مي-شود[12].
در اين تحقيق اثر افزودن CaO به صورت منفرد و افزودن توام CaO و 3B2O بر رفتار تبلور و سينتر پذيري شيشه-سراميك كورديريتي در سيستم 2MgO-Al2O3-SiO مورد بررسي قرار گرفت.
تحقيقات نويسندگان مقاله حاضر، نشان داد كه تبلور كورديريت در مقادير كمتر CaO (1 و 3 درصد وزني)، در دماي بالا و نزديك به دماي تبلور تركيب استوكيومتري رخ داده است[13-14]. در كار حاضر، مقدار بيشتري CaO به تركيب استوكيومتري افزوده شد. سپس به تركيب حاوي CaO مقدار كمي 3B2O با نقطه ذوب پايين (به عنوان گداز آور) افزوده شد و ويژگيهاي تبلور و سينتر پذيري بررسي شد. مقادير زياد 3B2O، دماي بيشينه تبلور را افزايش داده و تمايل به تبلور در اين شيشهها كاهشمييابد. اين رفتار مربوط به قابليت شيشهساز بودن 3B2O استكه با افزايش ميزان اكسيد بور در تركيب شيشه، اتصالات قوي-تر ميشوند. شيشههاي ب ا اتصالات قويتر، مقاومت بيشتري برايتبلور حين عمليات حرارتي نشان ميدهند[15].

2- روش انجام آزمايشات
تركيب شيشه پايه بر اساس تركيب استوكيومتري كورديريت در سيستم 2MgO-Al2O3-SiO انتخاب شد. سپس افزودنيهاي CaO و 3B2O در مقادير مشخص، مطابق جدول (1) به تركيب اصلي افزوده شدند.

جدول (1) : نسبت وزني اكسيدها در تركيبهاي شيشه

385572-152267

B2O3 CaO MgO Al2O3 SiO2 نمونه اكسيد
– 13/7 34/93 51/37 MAS
5 13/7 34/93 51/37 MASC5
1 5 13/7 34/93 51/37 MASC5B1

مواد اوليه مصرفي براي تهيه ژل شامل 4(5(TEOS) 4Si(OC2H،
CaCl2.2H2O ،MgCl2.6H2O ،AlCl3.6H2O و 3H3BO با خلوص بالاي %9/99 (Merck) ميباشند. اتانول نيز به عنوان حلال مورد استفاده قرار گرفت. AlCl3.6H2O (همراه با
3H3BO) و MgCl2.6H2O (همراه با CaCl2.2H2O) در اتانول حل شدند و TEOS با نسبت مولي 1:2:9=اتانول:آب:TEOS به مدت 2 ساعت رفلاكس5 (فرآيند جوشيدن مايع همراه با عمل ميعان) شد. سپس نمكهاي حل شده در اتانول به محلول از پيش هيدروليز شده TEOS افزوده شدند. بعد از همزدن محلول در دماي اتاق به مدت 2 ساعت، سل كاملا يكنواخت و شفاف تهيه شد. در مرحله بعد با گرمايش تدريجي، سل به ژل تبديل شده و بعد از 12 ساعت ماندگاري ژل در ºC100 خشك شد. در نهايت، به منظور حذف حلال و مواد آلي باقيمانده و همچنين تشكيل ساختار شيشه، ژل خشك شده را در دماي ºC500 كلسينه كرده تا پودر آمورف ريز به دست آيد.
به منظوربررسي رفتار تبلور از گرماسنجي افتراقي همزمان
(Netzsch STA 409) DSC/TG استفاده شد. بررسي ساختار شيشهها توسط دستگاه آناليز Tensor 27,Bruker) FT-IR) انجام گرفت. نمونههاي قرصي شكل به قطر mm 22 و ضخامت mm 4 با استفاده از روش پرس با فشار 2Kg/cm 1000 شكل داده شدند. دماهاي مختلف عمليات حرارتي با نرخ 1-ºC min10 و زمان نگهداري 2 ساعت انتخاب شدند. به منظور بررسي تبلور، نمونهها در دماهاي بيشينه تبلور و براي بررسي سينترپذيري در محدوده دمايي ºC1400-1050 عمليات حرارتي شدند. ارزيابي سينتر پذيري هر تركيب با اندازهگيري جذب آب و دانسيته نسبي به روش ارشميدس و چگالي پيكنومتري انجام گرفت. براي شناسايي نوع فازهاي بلورين ايجاد شده در هر تركيب از دستگاه پراش اشعه ايكس Siemens D500, Germany)) استفاده شد. در نهايت، مورفولوژي و ريزساختار تركيب بهينه با استفاده از ميكروسكوپ الكترون روبشي (Hitachi S-4160) FE-SEM بررسي شد.

3- نتايج و بحث
شكل (1) گرمانگاشت آناليز حرارتي DSC تركيبهاي مختلف را نشان ميدهد.
در الگوهاي DSC، پيك گرماگير در حدود ºC175 ناشي از تبخير آب و الكل است. يك پيك ضعيف نيز در حدود ºC430 و ºC455 مربوط به تجزيه نمكهاي معدني و حذف مواد آلي باقيمانده ميباشد. با استفاده از مشتق الگوهاي (DDSC) DSC، دماي انتقال شيشهاي ((Tg براي تركيب MAS حدود ºC865 تعيين شد. با افزودن Tg ،CaO مقداري كاهش يافته و در مورد تركيب حاوي افزودنيهاي CaO و 3B2O كاهش چشمگيري را نشان داد.
كلسيم يك كاتيون دگرگونساز است و با افزايش مقدار CaO، تعداد اكسيژنهاي غيرپلساز در ساختار شيشه افزايش مييابد.
بنابراين با افزايش اكسيژنهاي غيرپلساز، شبكه شيشه ضعيفترشده و گرانروي كاهش مييابد. اين تغيير ساختار شيشه برتشكيل فاز اصلي اثر گذاشته و با فرآيند نفوذ كنترل مي-شود[16].
همانطور كه ملاحظه ميشود افزودن يك درصد وزني 3B2O بهتركيب MASC5 به عنوان گداز آور، گرانروي6 و به دنبال آنTg و Tp (دماي بيشينه تبلور) را كاهش داده است.

شكل(1): آناليز DSC تركيب پايه و تركيبهاي حاوي افزودنيهاي
B2O3 و CaO

دو پيك گرمازا در تركيب MAS به ترتيب مربوط به تبلور فاز -هاي كريستوباليت و α- كورديريت هستند. در تركيب MASC5 شدت پيك مربوط به كريستوباليت كاهش و در MASC5B1 از بين رفته است. در تركيبهاي حاوي CaO و 3B2O، پيك گرمازاي نهايي به صورت دوقلو تبديل شده و مربوط به تبلور µ-كورديريت و تبديل آن به α-كورديريت است. به طوري كه ميتوان گفت پهن شدن پيك گرمازاي نهايي در تركيب MAS به علت همپوشاني دو پيك متناظر با تبلور α-كورديريت و تبديل µ- به α -كورديريت است كه در ساير تركيبها، پيك مجزا براي اين دو فاز وجود دارد.
شكل (2) طيف FT-IR شيشههاي حاصل از پودر كلسينه شدهدر دماي ºC500 را نشان ميدهد. باندهاي جذبي در طيف FT-IR در عدد موجهاي 1-cm 454، 674، 790 و 1065 تشكيل شبكه سه بعدي Si-O را در ساختار چهاروجهي 4SiO نشان دادند. اين باندها كه به عنوان مشخصه اصلي پيوندهاي سيليكوني ميباشند در تمامي نمونهها مشخص هستند. وجود پيك در -cm1 1065 همراه با كناره در 1-cm 1230 نشان دهنده ارتعاش كششي نامتقارن Si-O-Si در شبكه نمونههاست. جذب در 1-cm 674 و 790 نشان دهنده ارتعاش كششي متقارن Si-O-Si است كه با باند M-O (M=Mg,Al) در 1-cm 674 و Si-O-M در 1-cm 790 همراه است. همچنين جذب در ناحيه 1-cm 454 نشاندهنده ارتعاش خمشي Si-O-Si است. پيك ضعيف در 1-cm 885 ناشي از ارتعاشات كششي Al-O موجود در چهاروجهي 4AlO است.
همچنين ميتوان آن را به علت ارتعاشات واحدهاي چهاروجهي 4SiO با سه اكسيژن غيرپلساز (0(Q در نظر گرفت.
با افزودن CaO در تركيب پايه، تغييراتي در طيف FT-IR شيشه رخ ميدهد. اين تغييرات شامل تغيير مكان اندك پيكها و كاهش شدت برخي از آنها به ويژه در 1-cm 674 و 885 است.
تركيب MAS در 1-cm 674 پيك تيزتري را با عدد موج بيشتري در مقايسه با تركيب حاوي CaO نشان ميدهد. بنابراين افزودن CaO به ساختار شيشه منجربه بينظمي در واحدهاي ساختاري
4SiO ميشود، به همين دليل پيكها پهنتر ظاهر ميشوند. يعني CaO به عنوان دگرگونساز شبكه عمل ميكند و اكسيژن غيرپلساز در شبكه سيليكاتي ايجاد ميكند[17]. به اين ترتيب ساختار گسستهتر شده و چهار وجهيهاي 4SiO با اكسيژنهاي غيرپلساز بيشتري در ساختار افزايش مييابد. به عبارتي كاهش شدت پيك را ميتوان به دليل افزايش هر چه بيشتر باندهاي يوني نسبت به باندهاي كووالانسي دانست كه ناشي از عدم پليمريزاسيون شبكه سيليكاتي در حضور دگرگونساز است.
با افزودن 3B2O، شدت پيك در 1-cm 674 كاهش يافته و يكپيك ضعيف نيز در 1-cm 580 ناشي از ارتعاش خمشي اتصالاتB-O-Si و Si-O-Si به وجود ميآيد. همچنين با افزودن 3B2O،باند موجود در 1-cm 885 از بين ميرود (متناظر با از بين رفتنباند نسبت داده شده به فاز كريستوباليت در الگوي DSC تركيبMASC5B1 است).
باندهاي قرارگرفته در ناحيه 1- cm1450-1250 مربوط به ارتعاش واحدهاي بوراتي تريگونال 3BO هستند. بنابراين باندهاي ضعيف در حدود 1-cm 1458 و 1518 را ميتوان به ارتعاش كششي نامتقارن B-O-B واحدهاي 3BO نسبت داد[18-19].
همانگونه كه قبلا نيز اشاره شد پيشبيني ميشد كه در مقادير بالاتر 3B2O، شدت اين باندها افزايش يابد كه نشاندهنده قابليت شيشهسازي بور در مقادير بالاتر است. بنابراين يك درصد وزني اكسيد بور در تركيبات حاوي بور، مقدار بهينه است.

شكل (2): طيف FT-IR شيشههاي تركيبات مختلف در محدوده عدد موج
1600-400cm-1

در الگوهاي پراش اشعه ايكس تركيبات آمورف حاصل از ژل كلسينه شده در ºC500 تقريبا هيچ پيكي مشاهده نشد (شكل(3)).
وجود چند پيك با شدت ضعيف ناشي از نمكهاي معدني باقيمانده است كه به طور كامل تجزيه نشدهاند.

شكل (3) : الگوهاي XRD تركيبات آمورف حاصل از ژل كلسينه شده
500ºC در

شكل (4) پراش اشعه ايكس تركيب پايه و تركيبهاي حاوي
افزودنيهاي CaO و 3B2O عمليات حرارتي شده در دماي پيك تبلور (نسبت داده شده به µ- به α-كورديريت) و زمان 2 ساعت را نشان ميدهد.
با توجه به الگوهاي پراش اشعه ايكس، در اين تركيبها در θ=29/757º2 درجه، پيك α-كورديريت به عنوان فاز اصلي همراه با كريستوباليت (در θ=21/762º2 درجه) به وضوح مشاهده ميشود. همچنين پيك فاز اسپينل در θ=36/871º2 درجه به مقدار خيلي كم وجود دارد. در تركيب استوكيومتري، شدت پيك كريستوباليت بيشتر از α-كورديريت است. با افزودن CaO مقدار فاز α-كورديريت نسبت به كريستوباليت به شدت افزايش مييابد و نقش افزودني به وضوح مشاهده ميگردد. با افزودن CaO علاوه بر رشد فاز اصلي α-كورديريت، تبلور مقدار كمي فاز آنورتيت نيز در θ=28/03º2 درجه در دماي بيشينه تبلور كورديريت مشاهده ميشود. همانطور كه در شكل (1) نيز دو پيك گرمازا در نمونههاي حاوي CaO و 3B2O كنار هم مشاهده شدند، وجودµ -كورديريت (θ=25/902º2 درجه) و α-كورديريت مربوط به اين پيكها توسط الگوهايXRD تائيد شد. با افزايش دما (از دماي پيك تبلور µ- به دماي پيكتبلور α-كورديريت) فاز µ-كورديريت به α-كورديريت تبديلشده است زيرا µ-كورديريت در دماهاي بالاتر ناپايدار است (دراثر اين تبديل تغيير زاويه به صورت θ=25/902º→26/32º2 درجه است).

شكل(4): الگوهاي XRD تركيب پايه و تركيبهاي حاوي افزودنيهاي CaO و 3B2O در دماهاي بيشينه تبلور و زمان 2 ساعت

با توجه به شروع دماي سينتر ((Tg و دماي تبلور (Tp) مربوط به اطلاعات شكل (1)، دماهاي Co1400، 1350، 1250،1150 و 1050 و مدت زمان نگهداري 2 ساعت به عنوان دماهاي عمليات حرارتي براي بررسي سينتر پذيري انتخاب شدند. با عمليات حرارتينمونههادر ºC1400، نمونههايMASC5 وMASC5B1 ذوب شدند. بنابراين، بررسي مربوط به سينترپذيريبراي كليه نمونهها در دماي مذكور انجام نگرفت.
درصد تخلخل باز و جذب آب در مورد شيشه-سراميكهاي حاوي CaO و 3B2O سينتر شده در ºC1350 صفر به دست آمد.
معيار چگالي نسبي بالاتر، نشاندهنده تخلخل بسته كمتر و سينترپذيري بهتر ميباشد. مطابق شكل (5)، همه تركيبها در دماي ºC1350 از بيشترين دانسيته نسبي برخوردارند. افزايش ناگهاني دانسيته در محدوده دمايي ºC1350-1250 بر اساس سازوكار7 جريان ناروان8 اتفاق ميافتد. قابليت سينترپذيري شيشهها با افزودن CaO و 3B2O افزايش مييابد، به طوري كه شيشه-سراميك MASC5B1 داراي بالاترين دانسيته نسبي در دماي ºC1350 است.
يكي از پارامترهاي موثر بر گرانروي شيشه، حضور عوامل دگرگونساز قليايي خاكي است كه منجربه گرانروي كمتر آن در دماهاي بالاتر شده و سينتر نمونه را با سازوكار جريان ناروان تشويق ميكند. جريان ناروان ذرات شيشه سبب انقباض و رشد گردنه به طور همزمان شده كه ناشي از انتقال ماده است. جريان ناروان و چگالش كامل، ديفوزيون اتمي را در ساختار آمورف افزايش ميدهند. زمان ماندگاري زياد يا افزايش دماي سينتر براي تشويق جريان ناروان مورد نياز است تا چگالش و تبلور افزايش يابد[20]. علاوه بر اين، در مقادير كمتر 3B2O با جايگزيني 3Al2O توسط 3B2O، قابليت سينتر پودر آمورف بهبود مييابد. در اثر اين جايگزيني نقطه نرم شوندگي شيشه و همچنين گرانروي آن در دماي بالا كاهش مييابد[21]. به علت نقطه ذوب پايين 3B2O، روند سينتر شدن تركيب MASC5B1 به صورت فرآيند سينتر فاز مايع واكنشي است كه شامل انحلال اكسيدهاي حاصل از مواد اوليه در گدازآور است. با تشكيل مايع، چگالش به علت نيروي كاپيلاري اعمال شده توسط مايع روي ذرات وجود دارد[22].
تركيب MAS نسبت به ساير تركيبها بيشتر به تبلور فاز كريستوباليت كمك ميكند به طوري كه در دماي ºC1350، كريستوباليت با شدت بيشتر و مقدار كمتر α-كورديريت تشكيلميشود. با تبلور بيشتر فاز كريستوباليت، گرانروي شيشه افزايشخواهد يافت. همچنين به نظر ميرسد به علت عدم وجود اكسيددگرگونساز CaO، جريان ناروان در اين تركيب به خوبيصورت نميگيرد. در نتيجه از سينتر شدن شيشه-سراميك ممانعت ميكند.

شكل (5) : نمودار چگالي نسبي تركيبهاي شيشه-سراميك

دانسيته كمتر از مقدار تئوري در تمام نمونهها به علت وجود تخلخل بسته و پيشرفت تبلور در حين عمليات حرارتي است.
تشكيل فازهاي بلورين منجربه افزايش گرانروي فاز آمورف باقيمانده شده و جريان ناروان فاز آمورف را به تاخير مياندازند كه اين سبب ميشود تخلخل به طور كامل حذف نشود. به عبارتي فرآيند “تبلور قبل از چگالش” رخ داده كه در اين حالت چگالش از طريق جريان ناروان به خوبي رخ نميدهد و منجربه باقي ماندن تخلخل ميشود. در تمامي نمونهها از ºC1050 با شروع تبلور اسپينل و كريستوباليت و افزايش شدت آنها در دما -هاي بالاتر تا تبلور كامل α-كورديريت، چگالش در اين محدودههاي دمايي مناسب نيست.
در نمونههاي حاصل از روش سل-ژل اغلب تبلور قبل از چگالش كامل اتفاق ميافتد. اين مشكل معمولا در ژلهاي چندجزئي حاوي سيليكا به وجود ميآيد كه در معرض سينتر ويسكوز قرار دارند. سرعت چگالش با انتقال ماده به روشجريان ناروان نسبت به نفوذ اتمي بيشتر است. زدودن منافذ باقي -مانده بعد از آغاز تبلور مشكل است. بنابراين براي حصول بدنه -هاي سينتر شده چگال، شناسايي دما و زمان مناسب مهم است تا سرعت سينتر شدن به طور قابل ملاحظهاي سريعتر از تبلور باشد[5]. شكلهاي(6) تا (8) الگوهاي پراش اشعه ايكس نمونه -هاي تبلور يافته در دماهاي مختلف را نشان ميدهند. الگوي XRD شيشههاي عمليات حرارتي شده تركيب MAS در شكل (6) نشان داده شده است.

شكل (6) : الگوي XRD تركيب MAS عمليات حرارتي شده در دماهاي مختلف و زمان 2 ساعت

در دماي ºC1050، پيك ضعيفي از فازهاي اسپينل (4(MgAl2O و µ-كورديريت مشاهده ميشود. در ºC1150 پيك واضحي از فاز كريستوباليت را ميتوان مشاهده كرد كه با افزايش دما تا ºC1350 شدت آن افزايش مييابد. همچنين فاز α-كورديريت در دماي ºC1050 با شدت بسيار كم متبلور ميشود. دليل اينرفتار اين است كه مقداري α-كورديريت به طور مستقيم از فازآمورف متبلور ميشود و مقدار بيشتر آن در دماهاي بالاتر (تاºC1350) از طريق واكنش بين اسپينل و كريستوباليت تشكيلميشود يا اينكه فاز µ-كورديريت به α-كورديريت تبديل مي-شود. با توجه به اينكه در تركيب MAS دماي ºC1350، كمتر از دماي پيك تبلور α-كورديريت (ºC1400) است، افزايش زيادي در شدت فاز α-كورديريت مشاهده نميشود و فاز كريستوباليت همچنان غالب است. شكل (7) الگوي XRD تركيب MASC5 را نشان ميدهد.

شكل (7) : الگوي XRD تركيب MASC5 عمليات حرارتي شده در دماهاي مختلف و زمان 2 ساعت
در دماي ºC1050، تبلور پيك µ-كورديريت، اسپينل و كريستوباليت همراه با پيك ضعيفي از α-كورديريت وجود دارند. در دماي ºC1150 نيز فاز كريستوباليت با شدت زياد مشاهده ميشود. با افزايش دما تا ºC1250، فازα -كورديريتغالب شده و شدت فاز كريستوباليت كاهش مييابد. همچنينپيك ضعيف فاز آنورتيت نيز در اين دما ظاهر ميشود. در دماي نهايي مقادير كمي از فازهاي اسپينل و كريستوباليت به همراه فاز اصلي α-كورديريت مشاهده ميشوند.

همانطور كه در الگوي XRD تركيب MASC5B1 مشاهده مي -شود با افزايش دما تا Co1350 فاز α-كورديريت افزايش مييابد. عدم تبلور فاز α-كورديريت در دماي Co1050 بيانگر اين است كه α-كورديريت به طور مستقيم از فاز آمورف متبلور نميشود بلكه فقط از واكنش اسپينل و كريستوباليت مقداري α -كورديريت سريع در دماهاي پايين تشكيل ميشود. مقدار بيشتر α-كورديريت در دماهاي بالاتر با شدت يافتن واكنش نفوذي اسپينل و كريستوباليت و همچنين از تبديل µ-كورديريت حاصل ميشود. فاز µ-كورديريت يك فاز فراپايدار است كه در دما-هاي بالاتر با تبديل به α-كورديريت از بين ميرود.
در دماي Co1050 پيك فاز كريستوباليت مشاهده ميشود و همزمان با آن فازهاي اسپينل و µ-كورديريت تبلور مييابند. در دماي Co1150 فاز كريستوباليت به شدت افزايش يافته و از ºC1250 شدت آن كاهش مييابد. در دماي ºC1250، فاز آنورتيت نيز تبلور مييابد و با افزايش دما، در مقايسه با تركيب MASC5 از شدت اين فاز كاسته ميشود. اين امر ممكن است مربوط به افزودن 3B2O باشد كه منجربه تبلور مقدار زياد α-كورديريت شده و ميزان تشكيل تركيبهاي سيليكاتي ديگر را كاهش ميدهد[23].
نتايج حاصل از سينتر پذيري شيشه-سراميك MASC5B1 نشان داد كه دماي ºC1350 با بالاترين دانسيته نسبي به عنوان دماي بهينه براي اين تركيب ميباشد.
بنابراين مقدار كم افزودني 3B2O، قابليت سينترپذيري پودرها را بهبود ميبخشد زيرا به عنوان گداز آور عمل كرده و گرانروي را حين سازوكار جريان ناروان كاهش ميدهد[24-25].

شكل (8) : الگوي XRD تركيب MASC5B1 عمليات حرارتي شده در دماهاي مختلف و زمان 2 ساعت

جدول (2)، فازهاي موجود در تركيبهاي MASC5 ،MAS و MASC5B1 را در دماهاي مختلف نشان ميدهد.
همانطور كه در جدول (2) و الگوهاي XRD نيز مشاهده مي-شود، در همه تركيبها فازهاي اسپينل، كريستوباليت و µ-كورديريت تبلور يافته و با افزايش دما از شدت آنها كاسته شده و شدت α-كورديريت افزايش مييابد (به جز تركيب MAS كه دماي ºC1350 كمتر از دماي پيك تبلور α-كورديريت
(ºC1400) است).
همچنين در تركيبهاي حاوي CaO از دماي ºC1250، فاز آنورتيت نيز تبلور مييابد.

36576096177

شكلهاي

)
9
(

و
)
10
(
،

تصوير
SEM

آناليز

و

EDX

نقطه

اي

بهينه

نمونه
MASC5B1

را

دماي

در
C
º
1350

مي

نشان
دهن
د
.

در
تصوير
SEM
،

مي

مشاهده

هگزاگونالي

منشور

مورفولوژي

شود
مورفو

اين

كه

فاز

دهنده

نشان

لوژي
α

مي

كورديريت

و

باشد

آناليز
EDX

نقطه

در
A

در

موجود

نيز

هگزاگونالي

منشور

حضور
نمود

تائيد

را

آن

دهنده

تشكيل

اصلي

عناصر
.

نتايج

به

توجه

با
EDX
،

مقداري

وجود
CaO

بلور

در

هاي
α

شكلهاي



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید