Luận án tiến sĩ Kỹ thuật vật liệu: Nghiên cứu sự hình thành kẽm pherit ZnFe2O4 từ các hỗn hợp bột (Fe2O3 – ZnO) và (Fe3O4 – Zn) dưới tác dụng của nghiền năng lượng cao

6,036
113
131
97
bng cách khuy trước khi đúc. Tuy nhiên, sự khác bit trong h s giãn n nhit gia các ht
gm và kim loi nóng chảy và độ thấm ướt làm hn chế s dụng phương pháp này.
Trong phn này hn hp bt Fe
3
O
4
và Zn nghiền trong môi trường khí trơ ở thi gian
nghin khác nhau nhm mục đích nghiên cứu kh năng tạo pha ZnFe
2
O
4
và m rng phm vi
ng dng phn ứng này để chế to vt liu t hp nn Fe ct ZnO.
3.2.3.1. Kh năng tạo pha ZnFe
2
O
4
Hình 3.44 giản đồ nhiu x tia X ca hn hp bt Fe
3
O
4
Zn nghin trong môi
trường khí trơ từ 5 gi. Các píc nhiu x ca pha Fe
3
O
4
với cường độ gim so với khi chưa
nghiền quan sát được các góc 2θ: 35.5
o
, 56.75
o
, 62.44
o
tương ứng vi các mt phng tinh
th (311), (511) và (400). Các píc nhiu x ca Zn các góc 2θ: 39.1
o
, 43.5
o
54.4
o
tương
ng vi các mt tinh th (100), (101) và (102) có cường độ yếu. Đồng thi xut hin các píc
nhiu x ca ZnO các góc nhiu x 31.6
o
, 34.5
o
và 36.2
o
, 47.35
o
, 56.1
o
và 67.7
o
tương ứng
vi các mt phng tinh th (100), (002), (101), (102), (110) và (112) phù hp vi th chun
ICDD PDF# 36-1451. Các píc nhiu x ờng độ thp ca pha Fe các góc 2θ: 44.5 (110) và
64.9
o
(200) cho thy sau 5 gi xy ra phn ng hoàn nguyên gia Fe
3
O
4
và Zn. Có hiện tượng
chng píc khoảng góc 2θ là 30-40
o
do kích thước tinh th ca các pha trong mu giảm và độ
rộng píc tăng.
20 30 40 50 60 70 80
200
400
600
800
1000
C
ư
ờng
đ
2 độ
Fe3O4
Zn
ZnO
Fe
97 bằng cách khuấy trước khi đúc. Tuy nhiên, sự khác biệt trong hệ số giãn nở nhiệt giữa các hạt gốm và kim loại nóng chảy và độ thấm ướt làm hạn chế sử dụng phương pháp này. Trong phần này hỗn hợp bột Fe 3 O 4 và Zn nghiền trong môi trường khí trơ ở thời gian nghiền khác nhau nhằm mục đích nghiên cứu khả năng tạo pha ZnFe 2 O 4 và mở rộng phạm vi ứng dụng phản ứng này để chế tạo vật liệu tổ hợp nền Fe cốt ZnO. 3.2.3.1. Khả năng tạo pha ZnFe 2 O 4 Hình 3.44 là giản đồ nhiễu xạ tia X của hỗn hợp bột Fe 3 O 4 và Zn nghiền trong môi trường khí trơ từ 5 giờ. Các píc nhiễu xạ của pha Fe 3 O 4 với cường độ giảm so với khi chưa nghiền quan sát được ở các góc 2θ: 35.5 o , 56.75 o , 62.44 o tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (311), (511) và (400). Các píc nhiễu xạ của Zn ở các góc 2θ: 39.1 o , 43.5 o và 54.4 o tương ứng với các mặt tinh thể (100), (101) và (102) có cường độ yếu. Đồng thời xuất hiện các píc nhiễu xạ của ZnO ở các góc nhiễu xạ 31.6 o , 34.5 o và 36.2 o , 47.35 o , 56.1 o và 67.7 o tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (100), (002), (101), (102), (110) và (112) phù hợp với thẻ chuẩn ICDD PDF# 36-1451. Các píc nhiễu xạ cường độ thấp của pha Fe ở các góc 2θ: 44.5 (110) và 64.9 o (200) cho thấy sau 5 giờ xảy ra phản ứng hoàn nguyên giữa Fe 3 O 4 và Zn. Có hiện tượng chồng píc ở khoảng góc 2θ là 30-40 o do kích thước tinh thể của các pha trong mẫu giảm và độ rộng píc tăng. 20 30 40 50 60 70 80 200 400 600 800 1000 C ư ờng đ ộ 2 độ Fe3O4 Zn ZnO Fe
98
Hình 3.44. Giản đồ nhiu x tia X ca hn hp bt Fe
3
O
4
+ Zn khi nghin 5 gi
Hình 3.45 là giản đồ nhiu x tia X ca hn hp bt Fe
3
O
4
Zn nghin 10 gi. Các
pha trong hn hp bt nghiền tương tự sau khi nghin 5 giờ. Cường độ các píc nhiu x ca
Fe
3
O
4
và Zn có giảm nhưng không nhiều.
Tiếp tc nghin hn hp bt Fe
3
O
4
và Zn trong môi trường khí trơ trong 20 và 40 giờ
(Hình 3.46) thy duy nht pha ZnO và Fe. Các píc nhiu x xut hin các góc 2θ: 31.2
o
, 34.4
o
và 46.9
o
tương ứng vi mt phng tinh th (100), (002) và (101) ca pha ZnO. Và góc nhiu
x 2θ: 44.59
o
và 64.33 tương ứng các mt phng tinh th (110) và (200) ca Fe.
20 30 40 50 60 70 80
200
400
600
800
1000
1200
C
ư
ờng
đ
2 độ
Fe3O4
Zn
ZnO
Fe
Hình 3.45. Giản đồ nhiu x tia X ca hn hp bt Fe
3
O
4
+ Zn khi nghin 10 gi
98 Hình 3.44. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hỗn hợp bột Fe 3 O 4 + Zn khi nghiền 5 giờ Hình 3.45 là giản đồ nhiễu xạ tia X của hỗn hợp bột Fe 3 O 4 và Zn nghiền 10 giờ. Các pha trong hỗn hợp bột nghiền tương tự sau khi nghiền 5 giờ. Cường độ các píc nhiễu xạ của Fe 3 O 4 và Zn có giảm nhưng không nhiều. Tiếp tục nghiền hỗn hợp bột Fe 3 O 4 và Zn trong môi trường khí trơ trong 20 và 40 giờ (Hình 3.46) thấy duy nhất pha ZnO và Fe. Các píc nhiễu xạ xuất hiện ở các góc 2θ: 31.2 o , 34.4 o và 46.9 o tương ứng với mặt phẳng tinh thể (100), (002) và (101) của pha ZnO. Và góc nhiễu xạ 2θ: 44.59 o và 64.33 tương ứng các mặt phẳng tinh thể (110) và (200) của Fe. 20 30 40 50 60 70 80 200 400 600 800 1000 1200 C ư ờng đ ộ 2 độ Fe3O4 Zn ZnO Fe Hình 3.45. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hỗn hợp bột Fe 3 O 4 + Zn khi nghiền 10 giờ
99
20 30 40 50 60 70 80
200
400
600
800
1000
C
ư
ờng
đ
2 độ
ZnO
Fe
Hình 3.46. Giản đồ nhiu x tia X ca hn hp bt Fe
3
O
4
+ Zn khi nghin 20 gi
20 30 40 50 60 70 80
0
200
400
600
800
1000
C
ư
ờng
đ
2 độ
ZnO
Fe
Hình 3.47. Giản đồ nhiu x tia X ca hn hp bt Fe
3
O
4
+ Zn khi nghin 40 gi
99 20 30 40 50 60 70 80 200 400 600 800 1000 C ư ờng đ ộ 2 độ ZnO Fe Hình 3.46. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hỗn hợp bột Fe 3 O 4 + Zn khi nghiền 20 giờ 20 30 40 50 60 70 80 0 200 400 600 800 1000 C ư ờng đ ộ 2 độ ZnO Fe Hình 3.47. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hỗn hợp bột Fe 3 O 4 + Zn khi nghiền 40 giờ
100
Trong các giản đồ XRD (hình 3.44-3.47) ca hn hp Fe
3
O
4
Zn nghin trong 40 gi
không thy các pha trung gian xut hin. L.Takacs và Robert C. Reno nghiên cu chuyn pha
cơ hóa hệ vt liu km -Fe
3
O
4
khi nghin hn hợp này trong môi trường khí trơ trong 9 giờ đã
thy pha trung gian là hn hp 2 ô xít có Fe hình thành có cu trúc muối NaCl tương tự như
wutit. Pha trung gian bi phân hủy để to thành hợp kim FeZn và ZnO khi tăng thời gian nghin
[1]. Trong khi J.P. Muñoz Mendoza đồng nghip li thy hình thành pha trung gian
francolinite khi nghin hn hp Fe
3
O
4
Zn trong 5 giờ. Khi tăng thời gian nghin lên 9 gi
thy có hai đỉnh mi nhiu x 44◦ và 61◦ s có mt ca Fe nguyên tố, cũng như Fe
3
O
4
. Zn
giảm cường độ đỉnh tại 31.5◦ và 56◦ và xuât hiện đỉnh nhiu x chính ca ZnO khoảng 36.5◦
[2]. Kết qu này phù hp vi kết qu XRD ca mu nghin 10 gi bao gm c 4 pha tn ti
trong hn hp nghin là Fe
3
O
4
, Zn, Fe và ZnO.
Hng s mng Fe
3
O
4
được tính dựa theo phương pháp Nelson Ripley cho thấy hng s
mạng tăng khi thời gian nghiền tăng lên (Bảng 3.23). Kích thước tinh th ca Zn và Fe
3
O
4
gim
đáng kể trong 5 gi nghiền đầu (bng 3.20-3.21). Trong khi kích thước tinh th của ZnO được
to ra trong quá trình nghin gim chm t 17 đến 15 nm khi tăng thời gian nghin t 5 gi lên
10 gi (Bng 3.24, hình 3.48). Thi gian nghiền tăng lên độ biến dạng dư của Fe
3
O
4
và Zn tăng
lên khi thi gian nghiền tăng từ 0 đến 10 gi nghin (bng 3.25, hình 3.49).
Bng 3.23. Các thông s cu trúc mng Fe
3
O
4
vi thi gian nghin t 0 đến 10 gi
Thi
gian
nghin,
h
hkl
2, độ
Sin
Cos
2
h
2
+k
2
+ l
2
a, nm
f()
a, nm
(Nelson-
Riley)
0
220
30,152
0,260
0,932
8
0,837
7,132
0,83919
311
35,584
0,520
0,730
11
0,836
5,772
440
62,645
0,310
0,904
32
0,837
2,741
5
311
35.780
0.307
0.906
11
0.839
5.852
0.83898
511
56.408
0.472
0.777
27
0.839
3.223
440
62.464
0.518
0.731
32
0.839
2.754
10
311
35.432
0.304
0.907
11
0.839
5.920
0.83807
511
56.743
0.475
0.774
27
0.838
3.195
440
62.504
0.519
0.731
32
0.839
2.751
100 Trong các giản đồ XRD (hình 3.44-3.47) của hỗn hợp Fe 3 O 4 và Zn nghiền trong 40 giờ không thấy các pha trung gian xuất hiện. L.Takacs và Robert C. Reno nghiên cứu chuyển pha cơ hóa hệ vật liệu kẽm -Fe 3 O 4 khi nghiền hỗn hợp này trong môi trường khí trơ trong 9 giờ đã thấy pha trung gian là hỗn hợp 2 ô xít có Fe hình thành có cấu trúc muối NaCl tương tự như wutit. Pha trung gian bi phân hủy để tạo thành hợp kim FeZn và ZnO khi tăng thời gian nghiền [1]. Trong khi J.P. Muñoz Mendoza và đồng nghiệp lại thấy hình thành pha trung gian là francolinite khi nghiền hỗn hợp Fe 3 O 4 và Zn trong 5 giờ. Khi tăng thời gian nghiền lên 9 giờ thấy có hai đỉnh mới nhiễu xạ ở 44◦ và 61◦ là sự có mặt của Fe nguyên tố, cũng như Fe 3 O 4 . Zn giảm cường độ đỉnh tại 31.5◦ và 56◦ và xuât hiện đỉnh nhiễu xạ chính của ZnO ở khoảng 36.5◦ [2]. Kết quả này phù hợp với kết quả XRD của mẫu nghiền 10 giờ bao gồm cả 4 pha tồn tại trong hỗn hợp nghiền là Fe 3 O 4 , Zn, Fe và ZnO. Hằng số mạng Fe 3 O 4 được tính dựa theo phương pháp Nelson Ripley cho thấy hằng số mạng tăng khi thời gian nghiền tăng lên (Bảng 3.23). Kích thước tinh thể của Zn và Fe 3 O 4 giảm đáng kể trong 5 giờ nghiền đầu (bảng 3.20-3.21). Trong khi kích thước tinh thể của ZnO được tạo ra trong quá trình nghiền giảm chậm từ 17 đến 15 nm khi tăng thời gian nghiền từ 5 giờ lên 10 giờ (Bảng 3.24, hình 3.48). Thời gian nghiền tăng lên độ biến dạng dư của Fe 3 O 4 và Zn tăng lên khi thời gian nghiền tăng từ 0 đến 10 giờ nghiền (bảng 3.25, hình 3.49). Bảng 3.23. Các thông số cấu trúc mạng Fe 3 O 4 với thời gian nghiền từ 0 đến 10 giờ Thời gian nghiền, h hkl 2, độ Sin Cos 2  h 2 +k 2 + l 2 a, nm f() a, nm (Nelson- Riley) 0 220 30,152 0,260 0,932 8 0,837 7,132 0,83919 311 35,584 0,520 0,730 11 0,836 5,772 440 62,645 0,310 0,904 32 0,837 2,741 5 311 35.780 0.307 0.906 11 0.839 5.852 0.83898 511 56.408 0.472 0.777 27 0.839 3.223 440 62.464 0.518 0.731 32 0.839 2.754 10 311 35.432 0.304 0.907 11 0.839 5.920 0.83807 511 56.743 0.475 0.774 27 0.838 3.195 440 62.504 0.519 0.731 32 0.839 2.751
101
3.2.3.2. Kích thước tinh th và độ biến dng vi mô
Bng 3.24. Kích thước tinh th và độ biến dng vi mô ca Fe
3
O
4
theo thi gian nghin
Thi gian
nghin, h
hkl
2θ, độ
B, đ
cosθ,
rad
sinθ,
rad
η, %
D, nm
0
311
35.584
0.425
0.952
0.305
0
80.235
511
56.784
0.536
0.880
0.475
440
62.645
0.573
0.854
0.520
5
311
35.780
0.529
0.952
0.307
0.00125
20.275
511
56.408
0.641
0.881
0.472
440
62.464
0.648
0.855
0.518
10
311
35.432
0.535
0.953
0.304
0.00128
17.547
511
56.743
0.456
0.880
0.475
440
62.504
0.666
0.855
0.519
Bng 3.25. Kích thước tinh th và độ biến dng vi mô ca Zn theo thi gian nghin
Thi gian
nghin, h
hkl
2θ, độ
B, đ
cosθ,
rad
sinθ,
rad
η, %
D, nm
0
110
39.147
0.356
0.942
0.335
0
198.301
101
43.409
0.578
0.929
0.370
102
54.384
0.464
0.890
0.457
5
110
39.37
0.477
0.952
0.337
0.0012
20.533
101
43.569
0.683
0.881
0.371
102
54.64
0.592
0.855
0.459
10
110
39.024
0.492
0.953
0.334
0.00114
18.727
101
42.936
0.698
0.880
0.366
101 3.2.3.2. Kích thước tinh thể và độ biến dạng vi mô Bảng 3.24. Kích thước tinh thể và độ biến dạng vi mô của Fe 3 O 4 theo thời gian nghiền Thời gian nghiền, h hkl 2θ, độ B, độ cosθ, rad sinθ, rad η, % D, nm 0 311 35.584 0.425 0.952 0.305 0 80.235 511 56.784 0.536 0.880 0.475 440 62.645 0.573 0.854 0.520 5 311 35.780 0.529 0.952 0.307 0.00125 20.275 511 56.408 0.641 0.881 0.472 440 62.464 0.648 0.855 0.518 10 311 35.432 0.535 0.953 0.304 0.00128 17.547 511 56.743 0.456 0.880 0.475 440 62.504 0.666 0.855 0.519 Bảng 3.25. Kích thước tinh thể và độ biến dạng vi mô của Zn theo thời gian nghiền Thời gian nghiền, h hkl 2θ, độ B, độ cosθ, rad sinθ, rad η, % D, nm 0 110 39.147 0.356 0.942 0.335 0 198.301 101 43.409 0.578 0.929 0.370 102 54.384 0.464 0.890 0.457 5 110 39.37 0.477 0.952 0.337 0.0012 20.533 101 43.569 0.683 0.881 0.371 102 54.64 0.592 0.855 0.459 10 110 39.024 0.492 0.953 0.334 0.00114 18.727 101 42.936 0.698 0.880 0.366
102
102
53.807
0.606
0.855
0.452
Bng 3.26. Kích thước tinh th và độ biến dng vi mô ca ZnO theo thi gian nghin
Thi gian
nghin, h
hkl
2θ, độ
B, đ
cosθ,
rad
sinθ,
rad
η, %
D, nm
5
100
31.633
0.647
0.962
0.272
0.00033
17.274
002
34.58
0.588
0.955
0.297
101
36.269
0.687
0.950
0.311
10
100
31.581
0.654
0.962
0.272
0.00141
17.152
002
34.581
0.594
0.955
0.297
101
36.174
0.697
0.951
0.310
20
100
31.561
0.675
0.962
0.272
0.00197
15.001
002
34.53
0.618
0.955
0.297
101
47.264
0.715
0.916
0.401
40
100
31.258
0.679
0.963
0.269
0.00211
14.652
002
34.459
0.623
0.955
0.296
101
46.908
0.724
0.917
0.398
102 102 53.807 0.606 0.855 0.452 Bảng 3.26. Kích thước tinh thể và độ biến dạng vi mô của ZnO theo thời gian nghiền Thời gian nghiền, h hkl 2θ, độ B, độ cosθ, rad sinθ, rad η, % D, nm 5 100 31.633 0.647 0.962 0.272 0.00033 17.274 002 34.58 0.588 0.955 0.297 101 36.269 0.687 0.950 0.311 10 100 31.581 0.654 0.962 0.272 0.00141 17.152 002 34.581 0.594 0.955 0.297 101 36.174 0.697 0.951 0.310 20 100 31.561 0.675 0.962 0.272 0.00197 15.001 002 34.53 0.618 0.955 0.297 101 47.264 0.715 0.916 0.401 40 100 31.258 0.679 0.963 0.269 0.00211 14.652 002 34.459 0.623 0.955 0.296 101 46.908 0.724 0.917 0.398
103
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0
20
40
60
80
190
192
194
196
198
200
D, nm
Thời gian nghiền, h
Fe3O4
Zn
Fe
ZnO
Hình 3.48. Kích thước tinh th các pha ca hn hp bt theo thi gian nghin
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025

%
Thời gian nghiền, h
Fe3O4
Zn
Fe
ZnO
Hình 3.49. Độ biến dng mng ca hn hp bt theo thi gian nghin
103 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 190 192 194 196 198 200 D, nm Thời gian nghiền, h Fe3O4 Zn Fe ZnO Hình 3.48. Kích thước tinh thể các pha của hỗn hợp bột theo thời gian nghiền 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025  % Thời gian nghiền, h Fe3O4 Zn Fe ZnO Hình 3.49. Độ biến dạng mạng của hỗn hợp bột theo thời gian nghiền
104
3.2.3.3. Kích thước ht bt
Hình 3.50. nh SEM ca hn hp bt Fe
3
O
4
+ Zn khi nghiền trong môi trường khí trơ sau (a)
10 h; (b) 20 h; (c) 40 h
Hình 3.50 là nh SEM ca hn hp bt Fe
3
O
4
+ Zn khi nghiền trong môi trường khí trơ
sau thi gian khác nhau. Các ht bt có hiện tượng hàn ngui 10 gi nghiền và đạt kích thước
nano mét sau 40 gi nghin.
(a)
(b)
(c)
104 3.2.3.3. Kích thước hạt bột Hình 3.50. Ảnh SEM của hỗn hợp bột Fe 3 O 4 + Zn khi nghiền trong môi trường khí trơ sau (a) 10 h; (b) 20 h; (c) 40 h Hình 3.50 là ảnh SEM của hỗn hợp bột Fe 3 O 4 + Zn khi nghiền trong môi trường khí trơ sau thời gian khác nhau. Các hạt bột có hiện tượng hàn nguội ở 10 giờ nghiền và đạt kích thước nano mét sau 40 giờ nghiền. (a) (b) (c)
105
3.2.3.4. Nhn xét
Nghiền cơ hóa hỗn hp Fe
3
O
4
-Zn trong môi trường khí trơ sử dng máy nghin hành
tinh năng lượng cao. Phn ng kh Fe
3
O
4
bng Zn hoàn toàn sau khi nghin 20 gi. Hng s
mng Fe
3
O
4
tăng khi thời gian nghiền tăng lên. Kích thước tinh th ca Zn Fe
3
O
4
giảm đáng
k trong thời gian đầu, kích thước tinh th của ZnO được to ra trong quá trình nghin gim
chm t 17 đến 15 nm. Thi gian nghiền tăng lên độ biến dạng dư của Fe
3
O
4
và Zn tăng lên khi
thi gian nghiền tăng từ 0 đến 10 gi nghin.
Theo giản đồ Ellingham [1], trong điều kin nghin này có th xy ra phn ng nhit
kim: Fe
3
O
4
+ 4Zn = 3Fe + 4ZnO. Các sn phm này (Fe + ZnO) không b thay đổi trong quá
trình nghin tiếp theo.
105 3.2.3.4. Nhận xét Nghiền cơ hóa hỗn hợp Fe 3 O 4 -Zn trong môi trường khí trơ sử dụng máy nghiền hành tinh năng lượng cao. Phản ứng khử Fe 3 O 4 bằng Zn hoàn toàn sau khi nghiền 20 giờ. Hằng số mạng Fe 3 O 4 tăng khi thời gian nghiền tăng lên. Kích thước tinh thể của Zn và Fe 3 O 4 giảm đáng kể trong thời gian đầu, kích thước tinh thể của ZnO được tạo ra trong quá trình nghiền giảm chậm từ 17 đến 15 nm. Thời gian nghiền tăng lên độ biến dạng dư của Fe 3 O 4 và Zn tăng lên khi thời gian nghiền tăng từ 0 đến 10 giờ nghiền. Theo giản đồ Ellingham [1], trong điều kiện nghiền này có thể xảy ra phản ứng nhiệt kim: Fe 3 O 4 + 4Zn = 3Fe + 4ZnO. Các sản phẩm này (Fe + ZnO) không bị thay đổi trong quá trình nghiền tiếp theo.
106
KT LUN VÀ KIN NGH
I. T các kết qu nghiên cứu đã trình bày trên đây, có thể tóm lược li các kết qu ca lun án
như sau:
1. Đã tổng hợp được bt ZnFe
2
O
4
t các hn hp bt khác nhau bng nghiền năng lượng cao,
trong môi trường không khí, nhiệt độ phòng:
Hn hp bt -Fe
2
O
3
ZnO nghin trong không khí: ZnFe
2
O
4
được to thành t
khong 10 h nghin hoàn thành sau 40 h nghin. Bt sau 40 gi nghin có kích
thước ht bt trung bình khong 80 100 nm, hng s mng là 0.8441 nm, kích thước
ht tinh th khong 14 nm, độ biến dạng dư là 0.45 %, lực kháng t là 16.6 Oe t độ
bão hoà là: 22.51 emu/g, t dư là 0.9 emu/g
Hn hp bt Fe
3
O
4
và Zn nghin trong không khí: ZnFe
2
O
4
được to thành khá sm
t khong 5 h nghin và gần như hoàn thành sau 20 h. Bt sau 40 h nghin, có kích
thước ht bt trung bình khong 80 100 nm, hng s mng là 0.8441 nm, kích thước
ht tinh th khong 13 nm, độ biến dạng dư là 0.254 %, lực kháng t là 155.04 Oe, t
độ bão hoà là: 12,05 emu/g, t dư là 2.1 emu/g.
Khi nghin Fe
3
O
4
và Zn trong môi trường khí bo v s thu được Fe và ZnO sau 40
gi. Hn hp bột thu được có kích thước ht trung bình khong 100 nm. Các ht bt
Fe có kích thước tinh th khong 13 nm, độ biến dạng dư là 0,201 %. Các hạt bt ZnO
có kích thước tinh th khong 14 nm, độ biến dạng dư là 0,211 %.
2. Đã đưa ra các giải thích ban đầu v s hình thành pherit spinen khi nghiền năng lượng cao
các hn hp bột ban đầu trong môi trường không khí, c th:
Hn hp bt -Fe
2
O
3
và ZnO: V phương diện cu trúc, -Fe
2
O
3
và ZnO đều kết tinh
h 6 phương. Ở điều kin thích hp, hai ôxít này tiếp xúc vi nhau s xy ra phn
ng để to thành mt cấu trúc spinen, trong đó: 14 ion Zn
+2
to thành ô mng lptm và
4 ion Zn
+2
khác nm l hng 4 mt, 16 ion Fe
+3
nm v trí l hng 8 mt và 32 ion
O
-2
nm l hng 4 mt. Phn ứng này cũng có thể xy ra trong quá trình ho luyn
km khong 900 ºC. Tuy nhiên, điều kin nghiền, kích thước ht bt gim, b mt
riêng và khuyết tt mạng tăng dẫn đến phn ng to spinen có th xy ra nhiệt độ
thấp hơn.
Hn hp bt Fe
3
O
4
và Zn: Trong môi trường nghin không khí, c Zn và Fe
3
O
4
đều
b ô xi hoá để to ra ZnO -Fe
2
O
3
. Các ô xít mi to thành này có b mt sch, hot
106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. Từ các kết quả nghiên cứu đã trình bày trên đây, có thể tóm lược lại các kết quả của luận án như sau: 1. Đã tổng hợp được bột ZnFe 2 O 4 từ các hỗn hợp bột khác nhau bằng nghiền năng lượng cao, trong môi trường không khí, ở nhiệt độ phòng: • Hỗn hợp bột -Fe 2 O 3 và ZnO nghiền trong không khí: ZnFe 2 O 4 được tạo thành từ khoảng 10 h nghiền và hoàn thành sau 40 h nghiền. Bột sau 40 giờ nghiền có kích thước hạt bột trung bình khoảng 80 – 100 nm, hằng số mạng là 0.8441 nm, kích thước hạt tinh thể khoảng 14 nm, độ biến dạng dư là 0.45 %, lực kháng từ là 16.6 Oe từ độ bão hoà là: 22.51 emu/g, từ dư là 0.9 emu/g • Hỗn hợp bột Fe 3 O 4 và Zn nghiền trong không khí: ZnFe 2 O 4 được tạo thành khá sớm từ khoảng 5 h nghiền và gần như hoàn thành sau 20 h. Bột sau 40 h nghiền, có kích thước hạt bột trung bình khoảng 80 – 100 nm, hằng số mạng là 0.8441 nm, kích thước hạt tinh thể khoảng 13 nm, độ biến dạng dư là 0.254 %, lực kháng từ là 155.04 Oe, từ độ bão hoà là: 12,05 emu/g, từ dư là 2.1 emu/g. • Khi nghiền Fe 3 O 4 và Zn trong môi trường khí bảo vệ sẽ thu được Fe và ZnO sau 40 giờ. Hỗn hợp bột thu được có kích thước hạt trung bình khoảng 100 nm. Các hạt bột Fe có kích thước tinh thể khoảng 13 nm, độ biến dạng dư là 0,201 %. Các hạt bột ZnO có kích thước tinh thể khoảng 14 nm, độ biến dạng dư là 0,211 %. 2. Đã đưa ra các giải thích ban đầu về sự hình thành pherit spinen khi nghiền năng lượng cao các hỗn hợp bột ban đầu trong môi trường không khí, cụ thể: • Hỗn hợp bột -Fe 2 O 3 và ZnO: Về phương diện cấu trúc, -Fe 2 O 3 và ZnO đều kết tinh ở hệ 6 phương. Ở điều kiện thích hợp, hai ôxít này tiếp xúc với nhau sẽ xảy ra phản ứng để tạo thành một cấu trúc spinen, trong đó: 14 ion Zn +2 tạo thành ô mạng lptm và 4 ion Zn +2 khác nằm ở lỗ hổng 4 mặt, 16 ion Fe +3 nằm ở vị trí lỗ hổng 8 mặt và 32 ion O -2 nằm ở lỗ hổng 4 mặt. Phản ứng này cũng có thể xảy ra trong quá trình hoả luyện kẽm ở khoảng 900 ºC. Tuy nhiên, ở điều kiện nghiền, kích thước hạt bột giảm, bề mặt riêng và khuyết tật mạng tăng dẫn đến phản ứng tạo spinen có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn. • Hỗn hợp bột Fe 3 O 4 và Zn: Trong môi trường nghiền không khí, cả Zn và Fe 3 O 4 đều bị ô xi hoá để tạo ra ZnO và -Fe 2 O 3 . Các ô xít mới tạo thành này có bề mặt sạch, hoạt