Předložená práce se zabývá syntézou tetragonálního leucitu, suroviny vhodné pro výrobu dentálních náhrad, metodou kalcinace amorfního prekurzoru připraveného za hydrotermálních podmínek. Hlavní část práce je zaměřena na studii kinetiky krystalizace tetragonálního leucitu.
Metoda přípravy tetragonálního leucitu spočívala ve dvou na sebe navazujících krocích: 1) hydrotermální syntéze amorfního prekurzoru a 2) jeho výpalu za izotermních podmínek. Veškeré syntézy prekurzoru probíhaly v autoklávu při teplotě 150 °C po dobu 90 minut. Jejich následná kalcinace byla vedena za izotermních podmínek při teplotě 950 °C, resp. 1000 °C a 1050 °C v různých časových intervalech.
Bylo zjištěno, že ke zkrácení doby nutné k dosažení stoprocentní konverze gelu v tetragonální leucit lze využít prekurzor ob…sahující určitý podíl krystalické fáze dickitu a hydroxidu hlinitého přítomného ve formě bayeritu a gibbsitu. Průběh nukleace a procesu růstu krystalů byl sledován rentgenovou difrakční analýzou (XRD) a skenovacím elektronovým mikroskopem (SEM). Vyhodnocením XRD difraktogramů vypálených produktů metodou porovnání součtu ploch reflexních píků v intervalu 24 - 35° (2θ) byl stanoven kvantitativní podíl t-leucitu. Proložením experimentálních dat Avrami-Erofeevovou rovnicí programem ERA 3.0 byly získány krystalizační křivky, jež vykazovaly sigmoidální charakter, tzv. S - tvar. Sharp-Hancockovou metodou za použití MS Excelu byl získán Avramiho parametr n, jehož hodnoty ležely v intervalu 2,2 < n < 3,5. Grafickou metodou vycházející z Arrheniovy rovnice byly vypočteny hodnoty frekvenčního faktoru A = 1,81 x 1015 h-1 a aktivační energie Ea = 383 kJ/mol procesu krystalizace tetragonálního leucitu.
Bylo prokázáno, že metodou kalcinace amorfního prekurzoru lze připravit plně krystalický tetragonální leucit. Studií kinetiky přeměny amorfního prekurzoru v krystalický leucit byly stanoveny optimální reakční podmínky vedoucí k přípravě plně krystalického produktu, tj. doba výpalu 6 hodin a kalcinační teplota 1000 °C. Ze sigmoidálního charakteru krystalizačních křivek a z vypočtených kinetických parametrů vyplynulo, že řídícím dějem procesu krystalizace tetragonálního leucitu je nukleace.
ANNOTATION
This work is dealing with synthesis of tetragonal leucite, the raw material suitable for production of dental restorations, by method of calcination of amorphous precursor prepared in hydrothermal conditions. The main part of this work is directed to study of kinetics of crystallization of the tetragonal leucite.
The method of preparation of tetragonal leucite consisted in two steps, which were connected to each other: 1) the hydrothermal synthesis of an amorphous precursor and 2) its calcination under the isothermal conditions. All syntheses of the precursors were carried out at 150 °C for 90 minutes in a Teflon-lined stainless steal autoclave. These precursors were consequently calcinated at 950 °C, 1000 °C and 1050 °C for various times.
It was found that precursors whi…ch contained a fraction of cristalline phase of dickite and aluminium hydroxide occured in forms of bayerite and gibbsite can be used to shortening of time necessary to obtain fully crystalline tetragonal leucite. The evolution of nucleation and growth process was followed by X-ray powder diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The quantitative fraction of t-leucite in calcinated samples was determined by method of comparing of sum of the areas of the reflection peaks situated in the interval 24 - 35 °(2θ) from XRD patterns. The crystallization curves were obtained by using software ERA 3.0. The experimetal data were fitted by the Avrami-Erofeev equation. It was found that the crystallization curves exhibit a sigmoid character, so-called S - shape. Avrami’s exponent was determined by the Sharp-Hancock method by using MS Excel. The values of kinetic parameter n occured in the range 2,2 < n < 3,5. The frequency factor (A = 1,81 x 1015 h-1 ) and apparent activation energy (Ea = 383 kJ/mol) for the crystallization of tetragonal leucite were obtained by graphic method based on the Arrhenius equation. It was comfirmed that fully tetragonal leucite is possible to prepare by the method of calcination of an amorphous precursor. The optimal conditions suitable for preparing fully crystalline product were determined (time of calcination 6 hours and temperature of calcination 1000 °C). From the sigmoidal character of crystalline curves and calculated values of kinetic parameters resulted that the process of crystallization of the tetragonal leucite is controlled by nucleation.
The printed version of the thesis is available at the department where the thesis was produced. Defence protocol and reviews are available at UCT Prague archive.
