Với mong muốn giảm thời gian thực hiện công đoạn nghiền trộn cũng như giảm kích thước hạt vật liệu về cỡ nano mét, vừa qua nhóm nghiên cứu của Khoa Vật lý Trường Đại học K[r]
(1)NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG TỐC ĐỘ NGHIỀN CỦA THIẾT BỊ NGHIỀN HOẠT ĐỘNG THEO CƠ CHẾ CỌ XÁT ĐẾN KÍCH THƢỚC HẠT CỦA VẬT LIỆU
Trần Nguyễn An Tuyền1, Đỗ Thị Phƣơng Thảo1, 2, Hoàng Ngọc An1, Nguyễn Thị Kiều Oanh1,
Lê Thị Liên Phƣơng1, Nguyễn Văn Thịnh1, Lê Trần Uyên Tú1*, Võ Thanh Tùng1* 1 Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế
2Trường THPT Phan Bội Châu, Pleiku, Gia Lai *Email: tuletranuyen@hueuni.edu.vn, vttung@hueuni.edu.vn Ngày nhận bài: 6/4/2020; ngày hoàn thành phản biện: 10/4/2020; ngày duyệt đăng: 10/4/2020
TÓM TẮT
Cải tiến công nghệ chế tạo vật liệu nhận quan tâm đáng kể nhà khoa học Trong việc giảm thiểu thời gian nghiền kích thước hạt vật liệu phương pháp tổng hợp vật liệu toán chưa giải trọn vẹn Báo cáo tập trung giới thiệu phương pháp nghiền sử dụng lực cọ xát học Với phương pháp này, thời gian nghiền trộn rút ngắn đáng kể 2-3 đồng thời kích thước hạt sau nghiền cỡ vài trăm nanomet Báo cáo đánh giá ảnh hưởng tốc độ nghiền máy nghiền vận hành theo chế cọ xát đến kích thước hạt vật liệu gốm KNN Cơng nghệ nghiền máy ưu việt đồng thời giảm kích thước hạt vật liệu KNN rút ngắn thời gian thao tác cách đáng kể so với chế độ nghiền tay Kích thước hạt gốm giảm dần đến cỡ hàng trăm nano mét tăng tốc độ nghiền
Từ khóa: cơng nghệ nghiền, cọ xát, KNN
1. MỞ ĐẦU
Trong quy trình cơng nghệ chế tạo gốm truyền thống, nghiền trộn số công đoạn quan trọng Ở công đoạn này, phối liệu ban đầu hợp thức gốm sau trình nung sơ nghiền trộn để giảm kích thước hạt vật liệu, tạo độ đồng hạt nhằm tăng diện tích tiếp xúc hạt, tạo điều kiện thuận lợi cho trình tạo pha nung
(2)các gốm chế tạo sử dụng phương pháp nghiền tay có kích thước hạt trung bình cỡ vài micro mét [1-4]
Với mong muốn giảm thời gian thực cơng đoạn nghiền trộn giảm kích thước hạt vật liệu cỡ nano mét, vừa qua nhóm nghiên cứu Khoa Vật lý Trường Đại học Khoa Học – Đại học Huế chế tạo thử nghiệm máy nghiền vận hành theo nguyên lý cọ xát [5] Để có số liệu cụ thể nhằm đánh giá chất lượng gốm sử dụng phương pháp nghiền cọ xát, tiến hành khảo sát ảnh hưởng tốc độ nghiền máy đến kích thước hạt vật liệu KNN phạm vi báo
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong nghiên cứu này, chế tạo máy nghiền bi theo nguyên lý tương tác học cọ xát, ép lăn bi - vật liệu – bề mặt cối bi – vật liệu – bi Trên sở phân tích lý thuyết vấn đề nguyên lý nghiền bi lượng cao, nguyên lý điều khiển động chiều, sơ đồ khối máy nghiền bi, ứng dụng kỹ thuật điện tử khí, chế tạo thành công máy nghiền bi đưa vào ứng dụng quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu áp điện Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế Hình 4, máy nghiền bi chế tạo Tính kỹ thuật máy: sử dụng điện áp xoay chiều 220V – 50 Hz, công suất tiêu thụ cực đâị 75W, tốc độ động điều chỉnh mịn từ – 500 vịng/phút Hệ thống có cài đạt thời gian nghiền từ – 30 giờ, độ tinh chỉnh thời gian nhỏ đạt đến phút, có mạch cảnh báo, bảo vệ tải ngắn mạch
Hình 1: Máy nghiền bi theo nguyên lý tương tác học cọ xát
Để đánh giá ảnh hưởng tốc độ nghiền máy đến kích thước hạt vật liệu gốm K0.5Na0.5NbO3 (KNN) chuẩn bị bột vật liệu từ phối liệu ban đầu sau: oxit Nb2O5 muối Na2CO3, K2CO3, (với độ tinh khiết ≥ 99%)
(3)muối kim loại kiềm Các phối liệu ban đầu cân theo tỷ lệ mong muốn Hỗn hợp nghiền trộn nung sơ nhiệt độ 850 oC Sau trình nung, sản phẩm thu hợp thức KNN làm vỡ vụn tiến hành nghiền trộn máy với dung môi ethanol tốc độ nghiền khác để khảo sát kích thước hạt vật liệu Trong trình khảo sát tốc độ quay máy nghiền, thí nghiệm tiến hành với thời gian nghiền cố định tỷ lệ bi nghiền với bột KNN 1:1 không đổi Bên cạnh đó, hợp thức sau nung sơ tiến hành nghiền tay thời gian 16 để có kết đối chiếu
Sau trình nghiền trộn lần hai, vi cấu trúc vật liệu đánh giá thông qua ảnh hiển vi điện tử quét (SEM; HITACHI S-4800) hợp thức dạng bột Từ ảnh hiển vi điện tử quét, kích thước hạt vật liệu chế độ nghiền khác xác định
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu gốm chế độ nghiền tay nghiền máy với tốc độ khác biểu diễn hình
(a) (b)
(c) (d)
Hình 2.Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu gốm KNN
(4)Quan sát ảnh SEM biểu diễn hình nhận thấy kích thước hạt mẫu bột gốm KNN chế độ nghiền máy nhỏ so với mẫu gốm KNN chế độ nghiền tay 16 Bên cạnh đó, chế độ nghiền máy hạt vật liệu đồng Điều chứng tỏ chế độ nghiền máy cho phép rút ngắn đáng kể thời gian nghiền đảm bảo kích thước hạt bé so với chế độ nghiền tay
Nhằm đánh giá định lượng kích thước hạt gốm KNN chế độ nghiền tay chế độ nghiền máy với tốc độ nghiền khác nhau, tiến hành xác định kích thước hạt trung bình hạt gốm KNN ảnh SEM Phương pháp xác định kích thước hạt trung bình sau: kẻ P đường thẳng song song, đường thẳng có chiều dài L milimet lên ảnh SEM tiến hành đếm số hạt bị cắt đường thẳng Sử dụng cơng thức bên để tính kích thước hạt trung bình vật liệu
Trong đó: dTB : kích thước hạt trung bình; a = 1.56: hệ số thống kê; L: độ dài đoạn thẳng kẻ hình vi cấu trúc (mm); P: số đường kẻ; N: số hạt bị cắt số dường kẻ; V: độ phóng đại ảnh
Kết xác định kích thước hạt trung bình ứng với chế độ nghiền gốm KNN biểu diễn bảng
Bảng Kích thước hạt gốm KNN chế độ nghiền
Chế độ nghiền Nghiền tay Nghiền máy với tốc độ nghiền
100 vòng/phút 120 vòng/phút 150 vịng/phút
Kích thước hạt ( 1.18 0.64 0.63 0.57
(5)Hình 3.Biểu đồ kích thước hạt hệ gốm KNN chế độ nghiền
Từ đồ thị hình nhận định bên cạnh ưu điểm làm giảm đáng kể thời gian tiến hành công đoạn nghiền trộn, chế độ nghiền máy cịn có khả giảm kích thước hạt gốm KNN cỡ vài trăm nano mét Như biết, hạn chế việc tổng hợp vật liệu phương pháp vật lý (phương pháp top-down) khơng thể tổng hợp vật liệu với kích thước hạt nhỏ cỡ micro mét Điều ảnh hưởng đến khả xếp chặt hạt vật liệu nguyên nhân làm mật độ gốm thu có giá trị khơng cao Do đó, việc kích thước hạt gốm KNN đạt cỡ vài trăm nano mét nghiền máy tín hiệu tốt việc cải tiến công nghệ chế tạo gốm phương pháp truyền thống Bên cạnh đó, chiều cao cột (b, c, d) hình cho thấy kích thước hạt giảm tốc độ nghiền tăng Với tốc độ nghiền 150 vịng/phút, kích thước hạt gốm đạt giá trị thấp 0.57 Chế độ nghiền máy với tốc độ nghiền 150 vòng/ phút giảm kích thước hạt gốm KNN, kết thực nghiệm thu chưa đạt kì vọng nhóm nghiên cứu đưa kích thước hạt vật liệu cỡ vài chục nano mét Do đó, nghiên cứu cần tiếp tục để đánh giá ảnh hưởng thời gian nghiền, số lượng bi nghiền, kích thước bi nghiền đến kích thước hạt gốm KNN Ngoài ra, việc đánh giá tác động chế độ nghiền máy hệ vật liệu khác thật cần thiết cho kết luận tổng quan máy nghiền
KẾT LUẬN
(6)khảo sát Công nghệ nghiền máy làm giảm đáng kể thời gian nghiền trộn vật liệu gốm KNN mà có giảm kích thước hạt gốm so với chế độ nghiền tay Ở chế độ nghiền máy với tốc độ nghiền 150 vòng/phút hạt gốm KNN có kích thước hạt nhỏ 0.57 μm Độ đồng hạt chế độ nghiền máy cao so với chế độ nghiền tay Cần có nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nghiền, tỉ lệ bột bi nghiền, … quy trình cơng nghệ chế tạo gốm KNN để đạt kích thước hạt gốm cỡ vài chục nano mét kì vọng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Hồ Minh Luyến (2009) Chế tạo nghiên cứu tính chất vật lý hệ gốm áp điện (1-x)(K0.52Na0.48)NbO3, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, 74b (5), (2012), 167-176
[2] Lê Trần Uyên Tú; Nguyễn Trường Thọ (2017) Chế tạo nghiên cứu số tính chất vật lý hệ gốm áp điện khơng chì BiFeO3, Tạp chí Khoa học Giáo dục, Trường Đại
học Sư phạm Huế ISSN 1859-1612, 02(42), 61-68
[3] Đặng Anh Tuấn, Võ Thanh Tùng; et al (2018) Investigation of Phase Formation and Poling Conditions of Lead-Free 0.48Ba(Zr0.2Ti0.8)O3–0.52(Ba0.7Ca0.3)TiO3 Ceramic; Journal of electronic materials, 47 (10), 6297-6305;
[4] Phan Dinh Gio; Van Thi Bich Thuy (2016) Structure and Physical Properties of ZnO-Doped KNLN Lead-Free Piezoelectric Ceramics, Composite Materials, 1(1); 12-18
[5] Leon Y Sadled; Donald A Stanley; Donald B Brooks (1975) Attrition mill operating characteristics, Powder Tech., 12, 19-28
INVESTIGATION THE AFFECT OF THE GRINDING SPEED OF THE DEVICE USING THE RUBBED MECHANISM ON THE PARTICLE SIZE OF MATERIAL
Tran Nguyen An Tuyen1, Do Thi Phƣơng Thao1,2, Hoang Ngoc An1, Nguyen Thi Kieu Oanh1,
Le Thi Lien Phuong1, Nguyen Van Thinh1, Le Tran Uyen Tu1*, Vo Thanh Tung1* 1 Faculty of Physics, University of Sciences, Hue University
2Phan Boi Chau high school, Gia Lai, Vietnam *Email: tuletranuyen@hueuni.edu.vn, vttung@hueuni.edu.vn ABSTRACT
(7)that has not been completely solved This report focuses on introducing a new grinding method using the mechanical friction force With this method, the grinding time is significantly reduced to 2-3 hours and the particle size after grinding is a few hundred nanometers The report also evaluates the effect of grinding speed of the device using the friction mechanism on the size of KNN ceramics The grinding technology is quite advanced when it can simultaneously reduce the size of KNN material particles and shorten the operation time significantly that compared to the manual grinding mode
Keywords: KNN, rubbing, technology of grinding
Trần Nguyễn An Tuyền sinh ngày 09/03/1998 Thừa Thiên Huế Năm 2016, bà tham gia học tập cử nhân ngành Vật lý Trường Đại học Khoa học Huế
nh c nghi n cứu: Vật liệu áp điện
Hoàng ngọc An sinh ngày 11/11/1997 Thừa Thiên Huế Năm 2019, ông tốt nghiệp cử nhân ngành Vật lý Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Từ năm 2019 đến nay, ông học viên thạc sĩ chuyên ngành Vật lý Chất rắn Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế
nh c nghi n cứu: Vật liệu áp điện, vật liệu nhiệt điện,…
Nguyễn Thị Kiều Oanh sinh ngày 24/10/1995 Thừa Thiên Huế Năm 2018, bà tốt nghiệp cử nhân ngành Vật lý Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Từ năm 2019 đến nay, cô học viên thạc sĩ chuyên ngành Vật lý Chất rắn Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế
nh c nghi n cứu: Vật liệu áp điện
Đỗ Thị Phƣơng Thảo sinh ngày 28/01/1983 ĐăkLăk Năm 2005, bà tốt nghiệp cử nhân khoa học Ngành Vật lý Trường Đại học Tây Nguyên Từ năm 2018 đến nay, bà theo học thạc sĩ chuyên ngành Vật lý Chất rắn Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Hiện bà giáo viên trường THPT Phan Bội Châu, Pleiku, GiaLai