Phương pháp phản ứng pha rắn là phương pháp cho phép chế tạo các vật liệu gốm ôxít phức hợp khá đơn giản và khả năng thành công cao. Theo phương pháp này, hỗn hợp các ôxít của các kim loại hợp phần được nghiền, trộn sau đó ép viên và nung. Phản ứng xảy ra khi nung mẫu ở nhiệt độ cao (khoảng 2/3 nhiệt độ nóng chảy). Để tăng độ đồng nhất trong vật liệu và có cấu trúc tinh thể như mong muốn, khâu công nghệ nghiền, trộn, ép viên và nung thường được lặp lại một vài lần và phải kéo dài thời gian nung mẫu. Quá trình chế tạo mẫu gốm bằng phương pháp phản ứng pha rắn được tóm tắt trên Hình 2.1.
Để chế tạo hệ vật liệu BaTi1-xMxO3 (M = Fe và Mn) bằng phương pháp phản ứng pha rắn, chúng tôi đã sử dụng các hoá chất ban đầu là: BaCO3, TiO2, Fe2O3 và MnO2 với độ sạch trên 99,99%. Các hoá chất này được cân theo công thức danh định theo các phương trình phản ứng:
BaCO3 + (1-x)TiO2 + x/2Fe2O3 BaTi1-xFexO3 + CO2 (2.1) BaCO3 + (1-x)TiO2 + xMnO2 BaTi1-xMnxO3 + CO2 (2.2)
Trong quá trình chế tạo mẫu, chúng tôi thấy rằng việc nghiền trộn có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tạo ra sự đồng nhất của gốm, làm cho các hạt bột mịn và
Hình 2.1: Tóm tắt quy trình chế tạo mẫu bằng phương pháp phản ứng pha rắn
Chuẩn bị hóa chất, cân theo danh định
Nghiền trộn lần 1
Ép viên,
nung sơ bộ Nghiền trộn lần 2
Ép, nung thiêu kết Gia công mẫu Phủ cực Khảo sát tính chất từ Khảo sát tính chất điện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
trộn lẫn đồng đều với nhau, giúp chúng dễ dàng tạo phản ứng pha rắn qua khuếch tán nguyên tử. Thời gian nghiền lần 1 và lần 2 là 8 giờ (cứ 30 phút nghiền khô lại 30 phút nghiền ướt trong môi trường cồn tuyệt đối xen kẽ nhau) bằng cối mã não. Trong quá trình nghiền, tránh tối đa việc lẫn các tạp chất khác vào hỗn hợp.
Sau khi kết thúc quá trình nghiền lần 1, hỗn hợp được ép thành viên và nung sơ bộ ở nhiệt độ 10500C trong 24 giờ (Hình 2.2a) để phản ứng pha rắn giữa các chất cơ bản xảy ra và bắt đầu hình thành pha vật liệu. Sau đó, mẫu được nghiền lần 2 nhằm tạo ra sự đồng nhất, sau đó ép viên và nung thiêu kết ở
nhiệt độ 13000C trong 5 giờ theo giản đồ xử lý nhiệt được trình bày trong Hình 2.2b.