phỏp SHS) (Self-propagating High-temperature Synthesis)
Thực chất của phương phỏp này là lợi dụng lượng nhiệt to lớn toả ra khi oxi hoỏ bột kim loại để tiến hành tổng hợp gốm oxit. Bảng dưới đõy cho biết sinh nhiệt của một số oxit.
Bảng 6.
Sinh nhiệt của một số oxit
Oxit γ-Al2O3 α-Al2O3 MgO ZnO Fe2O3 Fe3O4 −ΔH
(kJ/mol)
1653 1675 601 350 822 1117
Ở 298oC phản ứng tạo thành 40 gam (1 mol) MgO từ 24 gam bột Mg và 16 gam khớ oxi toả ra một lượng nhiệt là 601 kJ, phản ứng tạo thành 102 gam oxit nhụm (1 mol) từ 54 gam bột nhụm và 48 gam oxi toả ra một lượng nhiệt là 1675 kJ. Lợi dụng lượng nhiệt đú để thực hiện phản ứng tổng hợp gốm. Vớ dụ để tổng hợp spinen CoAl2O4 ta cú thể chuẩn bị hỗn hợp gồm oxit coban hoặc muối coban với bột nhụm kim loại. Sau khi nghiền trộn kỹ để khuếch tỏn cỏc chất phản ứng thật tốt, nộn hỗn hợp bột thành thỏi dưới ỏp lực thớch hợp rồi nung sơ
bộ ở nhiệt độ thấp (dưới 900oC), tiến hành thực hiện phản ứng theo phương phỏp SHS. Do phản ứng oxi húa bột nhụm lan truyền nhanh chúng từ ngoài vào trong thỏi làm cho nhiệt độ
của thỏi mẫu tăng lờn rất cao với một tốc độ nhanh chúng, cú khi chỉ trong vài giõy đó đạt
được 1500oC, sau đú thỏi mẫu cũng nguội lạnh với một tốc độ rất nhanh (103ữ106độ/giõy). Phương phỏp SHS bắt đầu được A.G. Merzhanov (Liờn Xụ cũ) nghiờn cứu từ 1962, nhưng mói đến năm 1985 mới được ỏp dụng để sản xuất chất màu vụ cơ ở Almaty, Kazakhstan và nhiều nước thuộc Liờn Xụ cũ [14].
Phương phỏp SHS cú nhiều ưu điểm hơn phương phỏp gốm truyền thống đú là:
•Tiết kiệm năng lượng: cỏc phương phỏp khỏc đũi hỏi phải nung toàn bộ khụng gian lũ
đến nhiệt độ cao (từ 1300ữ1600oC), lưu mẫu lõu ở nhiệt độ cao đú, và đụi khi phải nghiền và nung lại một vài lần cho thu được sản phẩm đồng nhất. Phương phỏp SHS chỉ cần nung sơ bộ ở nhiệt độ thấp (900oC) cú tớnh chất khơi mào cho phản ứng, sau đú thực hiện quỏ trỡnh SHS. Nhiệt oxi hoỏ bột kim loại toả ra từ bờn trong mẫu và lan truyền rất nhanh làm cho chỉ vài giõy là nhiệt độ mẫu đạt trờn 1500oC.
•Năng suất của quỏ trỡnh sản xuất cao và khụng đũi hỏi mặt bằng sản xuất lớn. Vỡ phản
ứng tổng hợp theo phương phỏp SHS chỉ xảy ra một thời gian rất ngắn (vài phỳt) và nhiệt toả
ra từ bờn trong mẫu khụng đũi hỏi phải thiết kế lũ phức tạp.
•Phương phỏp SHS rất ớt chất thải do đú khụng ảnh hưởng đến mụi trường sinh thỏi.
•Phương phỏp SHS cú thể sử dụng để tổng hợp chất màu từ cỏc nguồn bó thải của cụng nghiệp. Vớ dụ từ cỏc bó thải ở cỏc xớ nghiệp sản xuất cú sử dụng quặng bụxit, pyrit, cromit, đỏ hoa, xớ nghiệp sản xuất Pb, Al, Cr... , chỉ cần đưa thờm bột nhụm hoặc bột magie kim loại là cú thể thực hiện phản ứng SHS để tổng hợp cỏc chất màu trờn cơ sở mạng lưới spinen, mulit hoặc corđierit...
Vỡ rằng phương phỏp tiến hành đun núng và làm nguội mẫu với tốc độ rất lớn nờn chắc rằng cấu trỳc tinh thể của sản phẩm khú lũng hoàn chỉnh.
Chương 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP PRECURSOR
Trong phương phỏp gốm truyền thống, mức độ khuếch tỏn cỏc chất tham gia phản ứng dưới dạng cỏc hạt. Mặc dầu với thiết bị nghiền hiện đại hiện nay thỡ kớch thước cỏc hạt cũng chỉ tới khoảng 1 micromet, nghĩa là trong cỏc hạt đú cũng chứa một số rất lớn cỏc phõn tử
chất tham gia phản ứng. Ở phương phỏp precursor người ta thực hiện khuếch tỏn cỏc chất tham gia phản ứng ở mức độ phõn tử (precursor phõn tử) hoặc mức độ nguyờn tử (precursor nguyờn tử). Hỗn hợp ban đầu được gọi là precursor đú cú tỉ lệ cỏc ion kim loại đỳng theo hợp thức của hợp chất ta cần tổng hợp.