ساز و كار تشكيل كورديريت در شيشه-سراميك سيستم MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 تهيه شده به روش سل- ژل 2 1* هلنا ملكزاده و محمد رضواني 1- دانشجوي كارشناسي ارشد دانشكده فني مهندسي مكانيك دانشگاه تبريز گروه مهندسي مواد تبريز ايران 2- دانشيار دانشكده فني مهندسي مكانيك دانشگاه تبريز گروه مهندسي مواد تبريز ايران * h.malekzadeh88@ms.tabrizu.ac.ir (تاريخ دريافت: 91/05/15 تاريخ پذيرش: 91/10/02) چكيده سل-ژل يكي از روشهاي شيميايي در سنتز نانوپودر ميباشد كه در سالهاي اخير مطرح شده است. در اين تحقيق نانوپودر 1 آمورف با تركيب كورديريت استوكيومتري در سيستم MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 با استفاده از تترااتيل اورتوسيليكات (TEOS) و كلريدهاي آلومينيوم و منيزيم تهيه شد. توزيع اندازه ذرات پودر سنتز شده با استفاده از دستگاه آناليز ليزري بررسي شد. بررسي ساختار ژل در دماهاي 100 و 1385ºC توسط آناليز FT-IR انجام گرفت. همچنين سازوكار تشكيل كورديريت و واكنشهاي اتفاق افتاده در حين عمليات حرارتي ژل تا تبديل كامل به كورديريت (1385ºC) با استفاده از DSC و XRD مورد بررسي قرار گرفت. الگوهاي پراش اشعه ايكس نشان داد كه اسپينل و كريستوباليت در ابتداي عمليات حرارتي تشكيل شده و سپس با واكنش بين آنها α -كورديريت به عنوان فاز اصلي در دماي پيك تبلور در شيشه-سراميك سينتر شده تشكيل شد. همچنين تبديل از µ -كورديريت به α -كورديريت و نيز تبلور مستقيم α -كورديريت از فاز شيشه صورت ميگيرد. واژههايكليدي: سنتز نانوپودر شيشه-سراميك MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 بر پايه كورديريت سل-ژل تبلور 6 5 ) 2 (3Al 2 O 3.2SiO سافيرين ) 2 (4MgO.5Al 2 O 3.2SiO اسپينل 7 ) 3 (MgO.Al 2 O فورستريت ) 2 (2MgO.SiO و... باشند 2].[3-1- مقدمه شيشه-سراميكها موادچندبلوريني هستند كه با تبلور كنترل شده شيشه تهيه ميشوند. ريزساختار حاصله معمولا داراي 50-95 درصد حجمي بلورين همراه با شيشه باقيمانده است [1]. مواد بسبلور بر اساس سيستم MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 ممكن است 2 شامل فازهاي بلورين متعدد نظير كريستوباليت كورديريت كورديريت در سه حالت پليمورفي وجود دارد: فاز ايندياليت يا α -كورديريت دمابالا با ساختار هگزاگونال فاز β -كورديريت دماپايين با ساختار اورتورومبيك و فاز فراپايدار μ -كورديريت كه يك محلول جامد با ساختار β -كوارتز است [5-3]. 4 3 ) 2 (2MgO.2Al 2 O 3.5SiO انستاتيت ) 2 (MgO.SiO مولايت
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال هفتم / شماره دوم/ تابستان 1392 MgO-34/93% Al 2 O 3-51/37% SiO 2 88 براي سنتز كورديريت روشهاي مختلفي وجود دارد كه از جمله به واكنش حالت جامد سل-ژل و تبلور از شيشه به روش ذوب و سينتر ميتوان اشاره نمود [6]. در واكنش حالت جامد سينتر كورديريت استوكيومتري و ساخت بدنه چگال بدون استفاده از كمكسينتر مشكل است زيرا محدوده دماي سينتر بسيار باريك (حدود (20-30ºC بوده و نزديك به دماي ذوب نامتجانس آن است. در روش ذوب براي فراوري شيشه مشكلاتي نظير دماي ذوب بالاتر از 1500ºC جدايش فازي در شيشه اوليه و عدم استوكيومتري شيميايي كورديريت سنتز شده وجود دارند [9-7]. در روش سينتر پودر شيشه نيز شيشه- سراميك از دانسيته كمتري برخوردار است [10]. به منظور كاهش دماي سنتز و بهبود ويژگيهاي پودر از روش شيميايي سل-ژل استفاده ميشود. در روش سل-ژل پودرهاي سنتز شده به علت اندازه ذرات ريز از انرژي آزاد سطحي بالايي برخوردارند كه سبب كاهش دماي سينتر شده و چگالش تقريبا به راحتي صورت ميگيرد [11]. همچنين سطح ويژه بالا و قابليت سينترپذيري پودرهاي حاصل از سل-ژل محدوده دماي سينتر را وسيعتر ميسازند [3]. تهيه شيشه-سراميكهاي بر پايه كورديريت در سيستمهاي MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 و MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 با روش سل-ژل به طور گستردهاي در سالهاي اخير انجام گرفته است 10] و 13-12 ]. درتحقيق حاضر تركيب شيشه مبنا بر پايه فاز كورديريت با توجه به تركيب استوكيومتري انتخاب شد. CaO به عنوان يك اكسيد دگرگونساز اضافه شد. اين اكسيد شبكه سيليكاتي را گسسته و ويسكوزيته شيشه را كاهش ميدهد. اين امر منجربه تسريع چگالش شده و همچنين به دليل شكسته شدن پيوندهاي يوني قوي آرايش مجدد مولكولها را براي جوانهزني و رشد بلور امكانپذير ميسازد. در نتيجه دماي تبلور را كاهش ميدهد [14]. در نهايت رفتار تبلور و سازوكار تشكيل كورديريت در اين سيستم مورد بررسي قرار گرفت. 2- مواد و ر شو تحقيق تركيب شيشه مبنا بر پايه فاز كورديريت به صورت (درصدوزني) CaO انتخاب شد. 13/7% و 3 درصد وزني مواد اوليه مصرفي براي تهيه ژل شامل تترااتيل اورتوسيليكات 8 (TEOS) كلريد آلومينيوم با 6 مولكول آب كلريد منيزيم با 6 10 9 مولكول آب و كلريد كلسيم با 2 مولكول آب با خلوص بالاي 99/9% ميباشند. اتانول به عنوان حلال مورد استفاده قرار گرفت. فرآيند تهيه ژل در شكل (1) نشان داده شده است. شكل (1): نمودار جريان تهيه پودر كورديريت همانطور كه در شكل (1) مشاهده ميشود ابتدا TEOS همراه با اتانول و مقداري آب (به منظور هيدروليز جزي ي (TEOS با نسبتهاي مولي 1:2:9 =اتانول: بآ رفلاكس و هيدروليز TEOS تثبيت دما انحلال MgCl 2.6H 2 O (همراه TEOS: در 40ºC انحلال AlCl 3.6H 2 O در اتانول افزودن به صورت آهسته (حلالزدايي) تراكم كلسيناسيون هم زدن محلول شفاف ژل تر ماندگاري ژل ژل خشك شده پودر آمورف t= 2h با افزودني (CaO در اتانول افزودن به صورت آهسته t = 2 h, T = 25 ºC t = 12 h, T = 25 ºC t = 24 h, T = 100 ºC T = 500 ºC 11 رفلاكس (فرآيند جوشيدن مايع همراه با عمل ميعان است) شد. بعد از اتمام رفلاكس دماي آن در 40ºC تثبيت شد. سپس نمكهاي AlCl 3.6H 2 O و MgCl 2.6H 2 O كه به طور جداگانه در اتانول و در دماي محيط حل شدهاند به محلول الكلي TEOS با دماي
89 سازوكار تشكيل كورديريت در شيشه-سراميك سيستم MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 تهيه شده به روش سل-ژل 40ºC افزوده شدند. محتواي ظرف بر روي همزن مغناطيسي در دماي محيط به شدت همزده شد. به اين ترتيب سل كاملا هموژن و يكنواخت تهيه شد. براي كامل شدن واكنشها محلول با سرعت آهسته الكلزدايي شد. در ادامه با افزايش دما و گذشت زمان در اثر واكنش تراكم (با تبخير حلال) و افزايش غلظت محلول به ژل تبديل گرديد. ژل حاصل به دليل وجود باندهاي سيلوكسان (=SiOSi=) ژل پليمري با ساختار زنجيرهاي محسوب ميشود كه فاز مايع در داخل آن حبس شده است. در نهايت ژل خشك شده در 500ºC كلسينه گرديد و پودر آمورف با ذرات يكنواخت و بسيار ريز به دست آمد. تعيين اندازه ذرات پودر سنتز شده با استفاده از دستگاه اندازهگيري اندازه ذرات (SALD-2101,Shimadzo) به روش ليزر انجام گرفت. به منظور مطالعه نوع پيوندهاي موجود در ساختار نمونهها از دستگاه آناليز (Tensor,27 Bruker) FT-IR در محدوده عدد موج 1- cm 400-4000 استفاده شد. براي بررسي رفتار تبلور از گرماسنجي افتراقي همزمان DSC/TG (409 (Netzsch STA استفاده شد. نمونههاي قرصي شكل با قطر 22 و ضخامت 4 ميليمتر با فشار اعمالي 1000 Kg/cm 2 شكل داده شدند. دماهاي مختلف عمليات حرارتي 1150 1050 1350 1250 و 1385ºC (دماي بيشينه تبلور) با نرخ 1- min 10ºC و زمان نگهداري 2 ساعت انتخاب شدند. به منظور بررسي فازهاي تشكيل شده در دماهاي مختلف و دماي بيشينه تبلور از آناليز پراش اشعه ايكس استفاده شد. نوع فازهاي بلورين با استفاده از نتايج به دست آمده توسط پراشسنج اشعه ايكس Germany) (Siemens D500, شناسايي شدند. 3- نتايج و بحث شكلهاي (2) و (3) به ترتيب ميانگين اندازه ذرات پودر سنتز شده را پس از عمليات حرارتي در دماهاي 100 و 500ºC نشان ميدهند. نتايج حاصل شده در جدول (1) آورده شده است. شكل (2): توزيع اندازه ذرات ژل خشك شده در 100ºC شكل (3): توزيع اندازه ذرات ژل كلسينه شده در 500ºC
فلا( ب( فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال هفتم / شماره دوم/ تابستان 1392 90 نتايج به دست آمده نشان ميدهند كه اندازه ذرات در 500ºC نسبت به 100ºC افزايش مييابد. جدول (1): نتايج اندازه ميانگين ذرات پودر سنتز شده علت ژلها تا دماي اكسيداسيون كربن بايد كلسينه گردند. شكل (5) طيف FT IR پودر حاصل از ژل خشك شده در دماي 100 C تبلور) را نشان ميدهد. و عمليات حرارتي شده در 1385 C (دماي پيك دماي كلسيناسيون اندازه ميانگين ذره (nm) 420 647 100 500 (ºC) ( با افزايش دما افزايش تدريجي در اندازه ذرات ناشي از آگلومره شدن ذرات است. هدف از كلسيناسيون خروج مواد فرار تجزيه نمكها و اكسيد شدن كربن و مواد آلي است [7]. آناليز پراش اشعه ايكس ژل خشك شده در 100ºC (شكل (4)) نيز نشان ميدهد كه كلسينه كردن ژل در 500ºC يك مرحله الزامي است. اين مرحله به منظور تشكيل شيشه حاصل از ژل ضروري است [15]. ( شكل (4): الگوي پراش اشعه ايكس ژلهاي خشك شده در 100ºC شكل (5): طيف FT-IR از ماده سنتز شده در (الف ( 100 C و (ب) 1385 C با توجه به الگوي پراش اشعه ايكس پيكهاي (01-076- MgCl 2.6H 2 O AlCl 3.6H 2 O (01-073-0301) (0789 (01-086-1564) SiO 2 به وضوح مشاهده ميشوند. در الگوي حاصل نمكهاي معدني شناسايي شدند كه نشان ميدهد به علت خروج ناكامل مواد فرار و عدم تراكم كافي در اين دما ساختار شيشه به طور كامل تشكيل نشده است. به همين همانطور كه در شكل (5- الف) ملاحظه ميشود پيكهايي با عددموجهاي -1 cm 806 467 و شدهاند كه 1074 در طيف FT-IR ظاهر به ترتيب مربوط به ارتعاش خمشي باند Si-O-Si ارتعاش كششي متقارن Si-O-Si و ارتعاش كششي نامتقارن Si-O-Si ميباشند[ 5 و 16-15]. اين پيوندها از واكنش هيدروليز و تراكم آلكوكسيدهاي سيليكون به دست آمدهاند.
91 سازوكار تشكيل كورديريت در شيشه-سراميك سيستم MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 تهيه شده به روش سل-ژل -1 cm AlO 606 و پيك پيك قرار گرفته در مربوط به باند 6-1 cm AlO 917 است كوچك واقع شده در ناشي از باند 4 ] 15 و 18-17]. با توجه به شدت كم وكوتاه بودن پيك در 917 cm -1 نميتوان آن را به پيوند قطبي (M=Mg,Al) Si-O-M نسبت داد كه اين نشان دهنده عدم تكامل واكنشها و عدم تشكيل ساختار شيشه در ژل خشك شده در 100 C است. پيك كوچك در 1- cm 1170 مربوط به گروههاي OR باقيمانده است.[15] پيك واقع در عددموج 1- cm 1634 مربوط به ارتعاشات خمشي مولكولهاي H 2 O و در 1- cm 3410 ناشي از ارتعاشات كششي گروههاي OH (حاصل از اتانول و آب) است [20-19]. در نمونههاي تهيه شده به روش سل-ژل نسبت به روش ذوب گروههاي OH محدوده وسيعي از عددموج را شامل ميشوند. ب- در شكل (5 ) پيك ناشي از ارتعاش كششي نامتقارن باند Si-O-Si در عدد موج بالاتري ) 1- cm 1176) نسبت به شكل (5- الف) قرار گرفته است كه ميتواند مربوط به استحكام بالاي باند Si-O در ساختار باشد كه با افزايش دما و حذف مواد فرار تراكم ايجاد شده است [15]. در 1- cm 952 پيك واضحي از باند (M=Mg,Al) Si-O-M مشاهده ميشود كه نشاندهنده تشكيل كورديريت در دماي بالاست [15]. باند حاصل از ارتعاش كششي متقارن Si-O-Si در عدد موج 1- cm 769 متناظر با تشكيل حلقه ششضلعي (متشكل از چهاروجهيهاي دو پيك موجود در 1- cm 484 و ميشوند. شكل ژل (SiO 4 در ساختار كورديريت است[ 18-17 ]. 578 نيز به ارتعاشات نسبت داده (6) گرمانگاشت آناليز حرارتي DSC/TG پودر حاصل از را نشان ميدهد. بر اساس اطلاعات شكل (6) و نمودار TG كاهش وزن حدود 60% در محدوده دمايي 120-400ºC در يك مرحله و دومين كاهش وزن حدود 5% در 400-500ºC وجود دارد. در مرحله سوم حداكثر تا 1100ºC مقدار كمي كاهش وزن مشاهده ميشود. اولين كاهش وزن مربوط به تبخير آب الكل و رطوبت جذب شده به صورت فيزيكي است همچنين اين كاهش وزن ممكن است ناشي از تجزيه نمكهاي معدني باشد. دومين كاهش وزن در نتيجه پيروليز و اكسيداسيون گروههاي آلي باقيمانده در ژل ميباشد. در دماهاي بالاتر از 500ºC تغييرات وزني پودر كاهش يافت. كاهش وزن اندك در اين دماها نيز ناشي از ساختار كانال مانند كورديريت است كه سبب حبس شدن حلال در كانال ميشود و حذف آن در دماهاي بالاتر ممكن است منجربه ايجاد تخلخل بسته شود. در ساختار كورديريت دو نوع لايه را ميتوان تشخيص داد: 1) لايههاي چهاروجهي (Si/Al)O 4 تشكيل دهنده حلقهها 2) لايههاي چهاروجهي (Si/Al)O 4 تركيب شده با ششوجهي.MgO 6 اين نوع ساختار لايهاي تعداد زيادي فضاي خالي محبوس در ساختار كورديريت به جا ميگذارد كه كانالهاي متوالي موازي با محور C را تشكيل ميدهند. اين كانالها با قطر 5/6 آنگستروم در ساختار كورديريت استوكيومتري خالي هستند. مواضع كانالهاي خالي ميتواند با انواع گونههاي عنصري يا مولكولي شامل كاتيونهاي مواد افزودني آب و ساير مولكولهاي كوچك اشغال گردند [21]. در الگوي DSC و- µ پيك گرماگير در دماي 175ºC ناشي از تبخير آب و الكل است. يك پيك گرمازاي ضعيف نيز در حدود 420ºC مربوط به حذف گروههاي OR واكنش نكرده و اكسيداسيون مواد آلي ميباشد. در اين منحنيها روند رفتار حرارتي شيشههاي حاصل از ژل نشان داده شده است. با استفاده از مشتق الگوهاي (DDSC) DSC دماي انتقال شيشهاي ) g T) براي پودرهاي حاصل از ژل حدود 860ºC است. دو پيك گرمازا در دماهاي 1160ºC و 1385ºC به طور متناظر نشاندهنده فازهاي بلورين كريستوباليت و كورديريت هستند كه توسط الگوهاي پراش اشعه ايكس شناسايي شدند. در اين الگو پيك مجزا براي µ -كورديريت وجود ندارد بلكه پيك موجود در 1385ºC ناشي از همپوشاني دو پيك متناظر با α -كورديريت است.
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال هفتم / شماره دوم/ تابستان 1392 92 شكل (6): آناليز DSC-TG ژل خشك شده زمينه منطبق شدهاند). با افزايش دما تا 1150ºC ميزان فاز كريستوباليت افزايش مييابد و در 1250ºC از شدت آن كاسته شده و مقدار فاز α -كورديريت افزايش مييابد به طوري كه با افزايش دما تا α -كورديريت 1385ºC فاز غالب ميباشد. همچنين α -كورديريت در دماي 1050ºC با شدت بسيار كم متبلور ميشود. دليل اين رفتار اين است كه مقداري α -كورديريت به طور مستقيم از فاز آمورف متبلور ميشود و مقدار بيشتر آن در دماهاي بالاتر (تا (1385ºC از طريق واكنش بين اسپينل و كريستوباليت تشكيل ميشود و يا اينكه از µ -كورديريت تبديل ميشود. برخي گزارشها نشان ميدهند كه فرآيند تبلور شيشه حاصل از ژل MAS فرآيند دو مرحلهاي است كه ابتدا فاز μ- و سپس فاز α -كورديريت متبلور ميشود. با وجود اين از منحني آناليز حرارتي نميتوان نتيجه گرفت كه α -كورديريت مستقيما از شيشه متبلور ميشود يا از μ -كورديريت تبديل ميشود [22]. معمولا μ -كورديريت قبل از α -كورديريت تشكيل ميشود. اما در گزارشهاي علمي متعدد هيچ اثري از μ -كورديريت در الگوهاي پراش اشعه ايكس و منحنيهاي DTA مشاهده نشده است [23]. شكل (7) پراش اشعه ايكس پودر آمورف و نمونههاي عمليات حرارتي شده را در محدوده دمايي 1050-1385ºC به مدت دو ساعت نشان ميدهد. در دماي 1385ºC پيك α -كورديريت در 2θ=29/757º درجه (00-002-0646) به عنوان فاز اصلي همراه با كريستوباليت در 2θ=21/762º درجه (01-082-0512) به وضوح مشاهده ميشود. همچنين پيك فاز اسپينل در 2θ=36/871º درجه (01-075-1796) به مقدار خيلي كم وجود دارد. همانطور كه در الگوي XRDشيشه-سراميك كورديريتي مشاهده ميشود پودر حاصل از ژل كلسينه شده در 500ºC آمورف است. در دماي 1050ºC فازهاي اسپينل و كريستو باليت و µ -كورديريت 2θ=25/902º) درجه (00-027-0716)) تبلور مييابند (ساير پيكهاي µ -كورديريت در اين دما به علت شدت بسيار كم بر شكل (7) : الگوي XRD پودر آمورف و شيشههاي عمليات حرارتي شده در دماهاي مختلف و زمان دو ساعت بهطور كلي ميتوان گفت كه سنتز كورديريت از اكسيدهاي متناظر شامل تشكيل اسپينل است كه در دماي بالاتر با سيليكا واكنش ميدهد. تبلور شيشه از طريق تشكيل μ -كورديريت ادامه مييابد كه در دماي بالاتر به α -كورديريت تبديل ميشود [24].
93 سازوكار تشكيل كورديريت در شيشه-سراميك سيستم MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 تهيه شده به روش سل-ژل 5- مراجع [1] R. D. Rawlings, J. P. Wu and A. R. Boccaccini, "Glass- Ceramics: Their Production from Wastes-A Review", Journal of Materials Science, Vol. 41, pp. 733-761, 2006. [2] Z. Strand, Glass-Ceramic Materials, p. 97-98, Elsevier Science Publishing Compani, New York, U.S.A., 1986. [3] E. Tkalcec, J. Popovic, B. Grzeta and H. Ivankovic, "Crystallization Studies of Cordierite Originated from Sol- Gel Precursors", Proceedings of the 10th International Congress of the European Ceramic Society, No. 315869 Journal, pp. 275-279, 2007. [4] B. Tang, Y. W. Fang, S. R. Zhang, H. Y. Ning and C. Y. Jing, "Preparation and Characterization of Cordierite Powders by Water-Based Sol-Gel Method", Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, Vol. 18, pp. 221-226,2011. [5] R. Petrovic, Dj. Janackovic, S. Zec, S. Drmanic and Lj. Kostic -Gvozdenovic, "Phase-Transformation Kinetics in Triphasic Cordierite Gel", Journal of Materials Research, Vol.16, pp. 451-458, 2001. [6] B. Johar, H. Mohamad and Z. A. Ahmad, "Characterization and Phase Evolution of Cordierite Based Glass Synthesis from Pure Oxide and Minerals", Advanced Materials Research, Vol. 173, pp. 196-201, 2011. [7] S. Wang and H. Zhou, "Sintering Characteristics and Crystallization for Sol-Gel-Drived Powders for Low- Dielectric and Low-Temperature Sintering Ceramics", Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Vol. 15, pp. 55-59, 2004. [8] J. M. F. Ferreira, S. Mei and J. Yang, "Microstructural Evolution in Sol-Gel Derived P 2 O 5 -Doped Cordierite Powders", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 20, pp. 2191-2197, 2000. [9] Y. P. Fu and C. H. Lin, "Synthesis and Microwave Characterization of 2(MgO,CaO)-2Al 2 O 3-5SiO 2 Glass Ceramics from the Sol-Gel Process", Journal of Materials Science, Vol. 38, pp. 3081-3084, 2003. [10] P. Zhang, Q. Yuan, L. Gao, H. Peng, X. Ren and D. Zhang, "MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 Glass-Ceramic Prepared by Sol- Gel Method", Advanced Materials Research, Vol. 92, pp. 131-137, 2010. [11] D. Pal, A. K. Chakraborty, S. Sen and S. K. Sen, "The Synthesis, Characterization and Sintering of Sol-Gel Drived Cordierite Ceramics for Electronic Applications", Journal of Materials Science, Vol. 31, pp. 3995-4005, 1996. [12] C. F. Yang, "The Sintering Characteristics of MgO-CaO- Al 2 O 3 -SiO 2 Composite Powder Made by Sol-Gel Method", Ceramics Inrernarronal, Vol. 24, pp. 243-247, 1998. 4- نتيجهگيري در اين تحقيق شيشه- سراميك كورديريتي با تبلور شيشه حاصل از ژل سه جزي ي در سيستم MAS تهيه شد. فرآيند سنتز پودر با استفاده از مخلوط نمكهاي كلريدي و آلكوكسيد سيليكون انجام گرفت و با انجام عمليات حرارتي و با تبلور ژل شيشه- سراميك كورديريتي تهيه شد. بررسيهاي FT-IR باندهاي مربوط به ارتعاش كششي متقارن و نامتقارن Si-O-Si در چهاروجهي SiO 4 و باندهاي Al-O در ششوجهي AlO 6 و چهاروجهي AlO 4 را در پودرهاي سنتز شده نشان دادند. همچنين با توجه به طيف FT-IR نمونه گروههاي هيدروكسيل در محدوده 1- cm 1634 و 3415 وجود دارند. با توجه به نتايج حاصل از آناليز اندازه ذرات پودر سنتز شده ذرات با ابعاد نانومتري هستند و با افزايش دماي كلسيناسيون تا 500ºC اندازه ذرات تا حدودي افزايش يافت. الگوي XRD حاصل از ژل خشك شده در 100ºC بيان ميكند كه براي تشكيل ساختار شيشه بايد نمونه زير T g كلسينه گردد. آناليز XRD نشان داد كه نمونه كلسينه شده در دماي 500ºC داراي ساختار آمورف است و نشانگر شيشه حاصل شده از ژل ميباشد. اين محصول پودري كاملا آمورف با سطح مخصوص بسيار حرارت بالا است. الگوي پراش اشعه ايكس حاصل از نمونه داده شده در دماي پيك تبلور نشان ميدهد كه تركيب شامل فاز α -كورديريت به عنوان فاز اصلي و كريستوباليت به همراه مقدار جزيي فاز اسپينل ميباشد. مطابق الگوهاي پراش اشعه ايكس نمونه عمليات حرارتي شده در دماهاي مختلف روند تبلور به صورت زير است: ابتدا تبديل منيزيا و آلومينا به اسپينل و واكنش اسپينل در دماي بالا با كريستوباليت اتفاق ميافتد. تبلور شيشه از طريق تشكيل µ -كورديريت ادامه يافته و در دماي بالا به α -كورديريت تبديل ميشود. همچنين مقداري α -كورديريت به طور مستقيم از فاز آمورف متبلور ميشود. [13] S. Wang and F. Kuang, "Sol-gel Preparation and Infrared Radiation Property of Boron-substituted Cordierite Glass- Ceramics", Journal of Materials Science and Technology, Vol. 26, pp 445-448, 2010.
فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال هفتم / شماره دوم/ تابستان 1392 94 Society, Vol. 76, pp. 1873-76, 1993. [22] Z. Yue, J. Zhou, H. Zhang, Z. Gui and L. Li, "Low- Temperature Sinterable Cordierite Glass-Ceramics for High- Frequency Multilayer Chip Inductors", Journal of Materials Science Letters, Vol. 19, pp. 213 215, 2000. [23] Y. S. Cho, W. A. Schulze and V. R. W. Amarakoon, "Crystallization Kinetics and Properties of Nonstoichiometric Cordierite-Based Thick-Film Dielectrics", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 82, pp. 3186 92, 1999. [24] Y. F. Chen and S. Vilminot, "Cordierite Gels from TEOS and Aluminum and Magnesium Nitrates under Basic Conditions", Journal of Sol-Gel Science and Technology, Vol. 5, pp. 41-47, 1995. 1- Tetraethyl Orthosilicate 2- Cordierite 3- Enstatite 4- Mullite 5- Sapphirine 6- Spinel 7- Forsterite 8- Aluminium Chloride Hexahydrate 9- Magnesium Chloride Hexahydrate 10- Calcium Chloride Dihydrate 11- Reflux 6- پي نوشت [14] J. Banjuraizah, "Densification and Crystallization of Nonstoichiometric Cordierite Glass with Excess MgO Synthesized from Kaolin and Talc", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 94, pp. 687 694, 2011. [15] M. Sales and G. Alarcon, "Crystallization of Sol-Gel Drived Glass Ceramic Powders in the CaO-MgO-Al 2 O 3 - SiO 2 System", part II, Journal of Materials Science, Vol. 30, pp 2341-2347, 1995. [16] K. T. Moon and D. P. Kim, "Preparation of Porous Cordierite with Thermally Stable Pore Structure", Journal of Sol-Gel Science and Technology, Vol. 26, pp. 229-234, 2003. [17] M. K. Naskar and M. Chatterjee, "A Novel Process for the Synthesis of Cordierite (Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 ) Powders from Rice Husk Ash and Other Sources of Silica and their Comparative Study", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 24, pp. 3499-3508, 2004. [18] R. Petrovi c and DJ. Jana ckovi c, "Crystallization Behavior of Alkoxy-Derived Cordierite Gels", Journal of Sol-Gel Science and Technology, Vol. 28, pp. 111-118, 2003. [19] E. M. A. Hamzawy and A. F. Ali, "Sol Gel Preparation of Boron-Containing Cordierite Mg 2 (Al 4 x B x )Si 5 O 18 and its Crystallization", Materials Characterization, Vol. 57, pp. 414-418, 2006. [20] Z. M. Shi, F. Pan, D. Y. Liu, K. M. Liang and S. R. Gu, "Effect of Ce 4+ -Modified Amorphous SiO 2 on Phase Transformation Towards α-cordierite", Materials Letters, Vol. 57, 409-413, 2002. [21] S. S. V. S. S. Vepa and A. M. Umarji, "Effect of Substitution of Ca on Thermal Expansion of Cordierite (Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 )", Journal of the American Ceramic