Tổng hợp khoáng leucite ứng dụng trong sứ nha khoa

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THỊ THANH THỦY TỔNG HỢP KHOÁNG LEUCITE ỨNG DỤNG TRONG SỨ NHA KHOA Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS ĐỖ QUANG MINH (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS LƯƠNG HỒNG ĐỨC (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS HÙYNH KỲ PHƯƠNG HẠ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 15 tháng 10 năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 200 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THỊ THANH THỦY Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 17/05/1976 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Vật liệu vô MSHV:00307738 I- TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp khóang leucite ứng dụng sứ nha khoa II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp tinh thể leucite từ nguyên liệu vô - Khảo sát hình thành tinh thể phương pháp thực nghiệm : X- ray, IR, SEM, đo mật độ, CTE - Khảo sát tính chất vật liệu mật độ, CTE III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực LV ghi Quyết định giao đề tài): IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS.TS.ĐỖ QUANG MINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chun ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Ngày tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Quang Minh tận tình dẫn cho em suốt trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tất người thân, bạn cộng giúp đỡ động viên vật chất lẫn tinh thần cho giai đoạn khó khăn thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán công tác phòng thí nghiệm thuộc Khoa Công nghệ Vật liệu Khoa Công nghệ Hóa học- Thực phẩm, tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn TÓM TẮT Leucite (K2O.Al2O3.4SiO2) thành phần khoáng quan trọng vật liệu sứ nha khoa, đặc biệt cho loại sứ nóng chảy sườn kim loại, với tính chất ưu việt như: hệ số dãn nở nhiệt cao (α = 10.10-6K-1 ÷ 20.10-6K-1) từ 30oC đến 600oC, độ cứng lớn, có tính thẩm mỹ (hệ số khúc xạ leucite thủy tinh tràng thạch gần nhau) tính tương thích sinh học cao Trong tự nhiên, leucite tồn dạng nguyên chất, việc nghiên cứu tổng hợp khoáng leucite nhân tạo ứng dụng sứ nha nhà chuyên môn quan tâm Hiện có nhiều phương pháp tổng hợp leucite với tiền chất khác Trong luận văn này, tiến hành tổng hợp khoáng leucite phương pháp kết tinh từ pha lỏng nóng chảy, với tiền chất ban đầu hợp chất vô KNO3, Al(OH)3 SiO2 SiO2 cung cấp từ nguồn cát Cam Ranh (98% SiO2), tro trấu SiO2 dạng vô định hình Sự tồn khoáng leucite tổng hợp khẳng định thiết bị nghiên cứu đại : X- ray, SEM, EDS, IR, ρ, CTE Kết đạt được: - Mật độ : ρ = 2,50 g/cm3 - Hệ số dãn nở nhiệt từ nhiệt độ phòng đến 625oC: α = 18,30.10-6K-1 ABSTRACT The leucite (K2O.Al2O3.4SiO2) is the most important mineral in the felsparsthic dental porcelain, that’s especially for ceramic- fused- to- metal restorations The leucite is an mineral with: a high linear thermal expension coeficient (about 10.10-6K-1 ÷ 20.10-6K-1 from 30oC to 600oC), a high hardness, an aesthetic property (a refractive modulus of leucite and feldspar is approximate), a superior biocompatibility A pure leucite mineral is unusual in the nature, therefore, the experts are especially interested in their researches of synthesis of artificial leucite to apply in the felsparsthic dental porcelain There are some methods to synthesise a leucite mineral nowadays, with the different precursors In this thesis, the leucite is synthesised by heating starting materials up to the melting point of leucite followed by gradual cooling to room temperature The precursors are the inorganic compounds as KNO3, Al(OH)3 and SiO2 SiO2 is supplied from Cam Ranh sand (98% SiO2), rice- ash and an amorphous SiO2 The crystal phase of leucite is indicated by the modern research equipments as X- ray, SEM, EDS, IR ρ, CTE The main results achieved: - The density: ρ = 2,50 g/cm3 - The linear thermal expension coeficient from 30oC to 625oC: α = 18,30.10-6K-1 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 01 Chương I TỔNG QUAN VỀ SỨ NHA KHOA 02 I Cấu tạo chung sứ 02 II Các yêu cầu đặc trưng sứ nha khoa 04 III Vai trò khoáng leucite sứ nha khoa 06 IV nh hưởng hệ số dãn nở nhiệt tới sứ nha khoa 08 Sự tạo thành composite sứ nha khoa 08 1.1 Khái niệm chung composite 08 1.2 Composite sứ nha 08 Dãn nở nhiệt hệ composite 09 Chương II GIỚI THIỆU VỀ KHOÁNG LEUCITE 12 VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HP LEUCITE I Khoáng leucite tự nhiên 12 Sự tồn khoáng leucite tự nhiên 12 Thành phần, cấu tạo tính chất leucite 13 2.1 Thành phần 13 2.2 Cấu tạo tinh thể leucite 15 2.3 Các tính chất vật lý khoáng leucite 17 II Các phương pháp tổng hợp khoáng leucite 18 III Tóm lược nghiên cứu tổng hợp khoáng leucite 21 nước nước Một số kết nghiên cứu tổng hợp leucite nước 21 Những nghiên cứu thực nước 23 Chương III MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 26 I Mục đích 26 II Nội dung nghiên cứu 26 Cơ sở lựa chọn nguyên liệu nghiên cứu 26 1.1 Nghiên cứu khả kết tinh khoáng leucite 26 1.2 Nghiên cứu làm tăng hàm lượng tinh thể leucite 29 nhiệt độ kết tinh Chế độ nung 30 Chương IV CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 31 I Phân tích nhiệt vi sai (DTA- DTG) 31 II Phương pháp phân tích vi cấu trúc 32 Phân tích nhiễu xạ tia X 32 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 32 Phổ tán sắc lượng (EDS) 33 Phân tích phổ hồng ngoại (IR) 33 III Phương pháp đo mật độ 35 IV Phương pháp đo hệ số dãn nở nhiệt 35 Chương V THỰC NGHIỆM- KẾT QUẢ- NHẬN XÉT 38 I Sơ đồ quy trình thực nghiệm 38 II Thực nghiệm 39 PHẦN A: NGHIÊN CỨU SỰ KẾT TINH CỦA KHOÁNG 39 LEUCITE TỪ PHA LỎNG NÓNG CHẢY Tính toán thành phần phối liệu 39 Nấu phối liệu để tạo khoáng leucite 42 2.1 Cơ sở chọn nhiệt độ nấu frit 42 2.2 Phân tích nhiệt vi sai (DTA- DTG) 44 2.3 Chuẩn bị chén nung samốt 52 Kết thí nghiệm 52 3.1 Kết phân tích X- ray 52 3.2 Kết chụp SEM 56 3.3 Kết phân tích phổ EDS 58 3.4 Kết đo mật độ 62 3.5 Kết đo hệ số dãn nở nhiệt 63 PHẦN B: NGHIÊN CỨU LÀM TĂNG HÀM LƯNG TINH THỂ 67 LEUCITE Ở NHIỆT ĐỘ KẾT TINH Nội dung công việc 67 4.1 Chuẩn bị phối liệu nghiên cứu 67 4.2 Chế độ nung 67 Kết phân tích 68 5.1 Kết đo mật độ 69 5.2 Kết phân tích X- ray 70 5.3 Kết phân tích phổ hồng ngoại (IR) 72 5.4 Kết chụp SEM 74 5.5 Kết phân tích thành phần hóa sau nung 75 5.6 Kết đo hệ số dãn nở nhiệt 76 PHẦN KẾT LUẬN 79 -1– _ PHẦN MỞ ĐẦU Leucite khoáng chất bao gồm oxyt kali, oxyt nhôm oxyt silic (công thức hóa học K2O.Al2O3.4SiO2), có nhiệt độ nóng chảy 1693oC hệ số dãn nở nhiệt cao khoảng 10.10-6K-1 ÷ 20.10-6K-1 (từ 30oC đến 625oC)[11] Hơn nữa, leucite có tính thẩm mỹ khả tương thích sinh học vượt trội so với vật liệu khác, ứng dụng để làm vật liệu y sinh phục hình sứ Leucite xuất thành phần sứ nung phối liệu ban đầu có tràng thạch kali (K2O.Al2O3.6SiO2) bị nóng chảy phân hủy tạo thành Tuy nhiên sứ từ hệ tràng thạch nóng chảy có hàm lượng leucite phân bố không đồng đều, nên độ bền sứ thấp Để cải thiện làm tăng tính sứ, nha só tiến hành trộn hạt tinh thể leucite với bột thủy tinh tràng thạch frit hóa theo thành phần khác nhau, tạo thành hệ composite sứ nha có hệ số dãn nở nhiệt tương thích với kim loại Leucite thiên nhiên tồn dạng tinh chất mà bị lẫn tạp khoáng khác, nhà khoa học hướng tới nghiên cứu tổng hợp leucite tinh khiết để ứng dụng sứ nha khoa, tiếp cận nghiên cứu phương pháp ngày đại Mục tiêu luận văn tổng hợp leucite, từ chế tạo phối liệu composite sứ nha khoa có hệ số dãn nở nhiệt tùy theo nhu cầu sử dụng nghóa khoa học đề tài tổng hợp leucite số tính chất leucite tổng hợp khẳng định thiết bị nghiên cứu ñaïi _ MAU_AN_T TRO2 600 d=3.26077 500 d=3.42967 300 d=2.36591 d=2.64055 d=2.60681 d=2.83808 d=2.80618 d=2.91731 d=3.10557 d=3.49704 d=3.60302 d=4.72592 100 d=5.50164 d=5.36437 200 d=6.51199 Lin (Counts) 400 10 20 30 2-Theta - Scale MAU_AN_T TRO2 - File: MAU_AN_T TRO2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 40.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 Operations: Smooth 0.100 | Strip kAlpha2 0.500 | Background 1.000,0.100 | Import 00-038-1423 (*) - Leucite, syn - KAlSi2O6 - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 13.06540 - b 13.06540 - c 13.75540 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/a (88) - 16 - 2348.11 - I/Ic PDF - F30=137(0.0061,36) Hình 11: Kết phân tích X- ray mẫu TT2 40 Hình 12: Kết đo hệ số dãn nở nhiệt mẫu TT2 Hình 13: Kết đo hệ số dãn nở nhiệt mẫu TS2 Hình 14: Kết đo hệ số dãn nở nhiệt mẫu M10 Hình 15: Kết đo hệ số dãn nở nhiệt mẫu M14 Hình 16: Kết đo hệ số dãn nở nhiệt mẫu M24 75 70 65 60 55 Transmittance [%] 50 45 3500 3200 2900 2600 2300 2000 1800 1600 1400 1200 1000 900 800 700 Wavenumber cm-1 Sample: M14 Resolution: Technique: KBr Nr of Scans: Measured by: Nguyen Quoc Viet Source: MIR Aperture: 6mm 32 Hình 17: Scanner Velocity: 10 KHz Phổ IR mẫu M14 Intruments: TENSOR37 600 429 541 519 635 607 709 941 1630 2927 3436 40 3800 500 400 70 60 50 40 Transmittance [%] 30 3500 3200 2900 2600 2300 2000 1800 1600 1400 1200 1000 900 800 700 Wavenumber cm-1 Sample: M24 Resolution: Technique: KBr Nr of Scans: Measured by: Nguyen Quoc Viet Source: MIR Aperture: 6mm 32 Hình 18: Scanner Velocity: 10 KHz Phổ IR mẫu M24 Intruments: TENSOR37 600 432 541 635 608 699 992 3454 1629 20 3800 500 400 Hình 1a: Kết phân tích nhiệt vi sai(DTA- DTG) mẫu M03, đường đốt nóng Hình 1b: Kết phân tích nhiệt vi sai(DTA- DTG) mẫu M03, đường làm nguội Hình 2a: Kết phân tích nhiệt vi sai(DTA- DTG) mẫu TS1, đường đốt nóng Hình 2b: Kết phân tích nhiệt vi sai(DTA- DTG) mẫu TS1, đường làm nguội Hình 3a: Kết phân tích nhiệt vi sai(DTA- DTG) mẫu TT1, đường đốt nóng Hình 3b: Kết phân tích nhiệt vi sai(DTA- DTG) mẫu TT1, đường làm nguội CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN THỊ THANH THỦY Sinh ngày: 17/05/1976 Nơi sinh:TP Hồ Chí Minh Địa liên lạc: 199/280A-CMT8- P4- Q3-Tp.HCM Dân tộc:Kinh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC : Chế độ học: Chính quy Thời gian học: Từ 05 / 09 / 1995 đến 26/10/2000 Nơi học (trường, thành phố….): ĐH Bách Khoa TP.HCM Ngành học: Cơng nghệ Hóa Học Thực Phẩm Tên luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu xương sứ vệ sinh nung 1200oC Ngày nơi bảo vệ luận văn: 25/01/2000 ĐH Bách Khoa Tp.HCM Người hướng dẫn: TS Đỗ Quang Minh TRÊN ĐẠI HỌC: - Cao học từ: 05/09/2007 đến (trường, viện, nước): ĐH Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian - Từ năm 2001-2006 - Từ 2006 đến Tóm tắt q trình hoạt động khoa học – kỹ thuật, nơi công tác - Cán giảng dạy trường Công nhân Kỹ thuật Xây dựng Vật liệu Xây dựng- Tp.HCM- Chuyên ngành vật liệu xây dựng ceramic - Học lớp cao học Công nghệ Vật liệu- Chuyên ngành Vật liệu Silicate- Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM ... Chương I TỔNG QUAN VỀ SỨ NHA KHOA 02 I Cấu tạo chung sứ 02 II Các yêu cầu đặc trưng sứ nha khoa 04 III Vai trò khoáng leucite sứ nha khoa 06 IV nh hưởng hệ số dãn nở nhiệt tới sứ nha khoa 08 Sự... người III VAI TRÒ CỦA KHOÁNG LEUCITE TRONG SỨ NHA KHOA: Nhiều tính chất ưu việt sứ nhiệt độ nóng chảy thấp liên quan tới khoáng leucite Trong phần lớn sứ nha, tinh thể leucite tạo thành tinh... nghiên cứu tổng hợp leucite tinh khiết để ứng dụng sứ nha khoa, tiếp cận nghiên cứu phương pháp ngày đại Mục tiêu luận văn tổng hợp leucite, từ chế tạo phối liệu composite sứ nha khoa có hệ số dãn