UNIVERSITI PUTRA MALAYSIA CIRI KENYAL DAN RAWAT HABA BAGI KACA ARGENTUM BORAT DAN FOSFAT HALIMAH BINTI MOHAMED KAMARI FSAS

Transcription

1 UNIVERSITI PUTRA MALAYSIA CIRI KENYAL DAN RAWAT HABA BAGI KACA ARGENTUM BORAT DAN FOSFAT HALIMAH BINTI MOHAMED KAMARI FSAS

2 eiri KENY AL DAN RAW A T AN HABA BAGI KACA ARGENTUM BORAT DAN FOSFAT HALIMAH BINTI MOHAMED KAMARI MASTER SAINS UNIVERSITI PUTRA MALAYSIA 2001

3 CIR! KENY AL DAN RAW AT AN HABA BAGI KACA ARGENTUM BORAT DAN FOSFAT Oleh HALIMAH BINTI MOHAMED KAMAR! Tesis lni Dikemukakan Sebagai Memenuhi Kcperluan Untuk Master Sains di Fakulti Sains dan Pengajian Alam Sekitar Universiti Putra Malaysia Mei 2001

4 11 Dedikasi Buat ayah dan ibu yang dicintai Mohd Kamari bin Sandiman Rahmah binti Mohtadi Suami tersayang Mokhtar bin Abdul Rahim Anak yang dikasihi Nuradibah binti Mokhtar Terima kasih di atas kesabaran dan keperihatinan

5 III Abstrak tesis yang dikemukakan kepada Senat Universiti Putra Malaysia sebagai memenuhi keperluan untuk ijazah Master Sains. CIRI KENYAL DAN RAWATAN HABA BAGI KACA ARGENTUM BORAT DAN FOSFAT Oleh HALIMAH BINTI MOHAMED KAMARI Mei2001 Pengerusi Fakulti Profesor Madya S.idek Hj. Abd. Aziz, Ph.D Sains dan Pengajian Alam Sekitar Kaca boleh dihasilkan dalam pelbagai komposisi pada julat yang luas untuk penggunaan tertentu. Dalam kajian ini, kaca argentum dengan pembentuk kaca borat dan fosfat telah dikaji. Empat siri kaca telah berjaya disintisiskan iaitu argentum borat (Ag20)x (B203)J-x (x = 0.2 hingga 0.4), argentum iodida (P205)I-x (x = 0.2 hingga 0.5) dan argentum iodida fosfat (AgI)x [Ag20 2 P205]I-X (x = hingga 0.6). Pengukuran halaju ultrasonik telah dijalankan menggunakan sistem pemperolehan data ultrasonik MBS Ketumpatan kaca tersebut diukur dengan menggunakan prinsip Archimedes. Daripada halaju dan ketumpatan, ciri-ciri kenyal kaca boleh didapafi. Modulus Young, modulus

6 iv pukal dan suhu Debye didapati meningkat dengan kandungan Ag20 dan mula berkurangan setelah komposisi pecahan mol Ag20 melebihi 0.35 bagi argentum borat. Modulus Young dan modulus pukal bagi argentum iodida borat didapati meningkat dengan penambahan AgI tetapi corak suhu Debye yang berkurangan dengan meningkatnya AgI. Bagi kaca argentum fosfat, modulus Young dan modulus pukal meningkat dengan kandungan Ag20 dan suhu Debye dengan corak berkurangan. Modulus Young didapati meningkat dengan AgI tetapi corak yang berkurangan bagi modulus pukal dan suhu Debye diperhatikan dalam kes argentum iodida fosfat. Ciri-ciri kenyal kaca didapati berkait rapat dengan kekuatan rangkaian dan struktur kaca. Kedua-dua siri kaca didapati mempunyai modulus kenyal semakin meningkat terhadap suhu. Setelah mendapat rawatan haba, diperhatikan bahawa kaca semakin tegar dan struktur kaca semakin kuat.

7 Abstract of thesis presented to the Senate of Universiti Putra Malaysia in fulfilment of the requirement for the degree of Master of Science. THE STUDIES OF ELASTIC PROPERTIES AND HEAT TREATMENT OF SILVER BORATE AND PHOSPHATE GLASSES By HALIMAH BINTI MOHAMED KAMARI May 2001 Chairman Faculty Associate Professor Sidek Hj. Abd. Aziz, Ph.D Science and Environment Studies Glasses can be produced in various composition over a very wide range for particular application. Ini this studies, silver glass with borate and phosphate glass former are being studied. Four series of glasses have been successfully synthesized i.e; silver borate (Ag20)x (B203)I-x (x = 0.2 to 0.4), silver iodide (P20S)I-x (x = 0.2 to 0.5) and silver iodide phosphate (AgI)x [Ag20 2 P20S] I-x (x = to 0.6). The ultrasonic velocities of the glass were measured by using the MBS 8000 ultrasonic data acquisition system. The densities were determined by using the Archimedes' principle. From ultrasonic velocities and densities the elastic properties of these glasses were then obtained. Young's

8 vi modulus, bulk modulus and Debye temperature of binary silver borate were found to increase with mole fraction of Ag20 and start to decrease when the mole fraction beyond Young's modulus and bulk modulus of silver iodide borate were found to increase with the addition of AgI but decreasing trend were observed in Debye temperature with the addition of AgI. For silver phosphate glass, Young's modulus and bulk modulus increase with Ag20 and Debye temperature with decreasing trend was observed. Young's modulus was found to increase with AgI but a decreasing pattern for bulk modulus and Debye temperature were observed in the case of silver iodide phosphate. The elastic properties of these glases are closely related to the strength of glass networks and structures. Both series of glasses were found to have an increase elastic modulus with temperature. After heat treatment it was observed that glass became more rigid and structure of glass became stronger.

9 vii PENGHARGAAN Bersyukur ke had rat Illahi kerana dengan limpah kurnianya saya diberikan kekuatan, semangat dan kesabaran untuk menyiapkan tesis ini. Ribuan terima kasih diucapkan kepada kepada penyelia saya, Prof. Madya Dr. Sidek Abdul Aziz di at as segala pemerhatian, kesabaran dan nasihat serta tunjuk ajar sepanjang saya menjalankan program sarjana ini. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada Prof. Madya Dr. Chow Sai Pew di atas bimbingan dan kerjasama yang diberikan. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada Ahli lawatankuasa Penyeliaan yang lain iaitu Profesor Dr. Abdul Halim bin Shaari dan Profesor Madya Dr. Senin Hassan yang telah memberi teguran dan pandangan yang membina dalam usaha untuk menyiapkan kajian ini. Saya mengucapkan berbanyak terima kasih kepada Azman Kassim, Khamirul Amin Mantori, Rosnita, Mohd. Rafi, Roshidah, Hasnu Rizal dan sahabat-sahabat lain yang telah membantu dan memudahkan saya untuk menjayakan program ini. lutawan terima kasih kepada Puan Azizah Ishak yang telah membenarkan saya menggunakan komputer dan bilik beliau bagi menyiapkan tesis saya. Sesungguhnya dorongan dan pertolongan yang diberikan memberikan keyakinan dan semangat kepada saya.

10 VIII Kepada suami, anak dan keluarga saya yang sanggup berkorban masa dan sokongan moral yang diberikan memberi semangat untuk saya menyiapkan tesis saya, saya ucapkan jutaan terima kasih. Akhir sekali saya mengucapkan terima kasih di atas segalanya kepada mereka yang terlibat baik secara langsung atau tidak langsung dalam menyiapkan kajian ini.

11 IX Saya mengesahkan bahawa lawatankuasa Pemeriksa bagi bagi Halimah binti Mohamed Kamari telah mengadakan pemeriksaan akhir pada 14 Mei 2000 untuk menilai tesis Master Sains beliau yang bertajuk "Ciri Kenyal dan Rawatan Haba Kaca Argentum Borat dan Fosfat" mengikut Akta Universiti Pertanian Malaysia (Ijazah Lanjutan) 1980 dan Peraturan-Peraturan Universiti Pertanian Malaysia (ljazah Lanjutan) lawatankuasa Pemeriksa memperakukan bahawa calon ini layak dianugerahkan ijazah tersebut. Anggota lawatankuasa Pameriksa adalah seperti berikut: Wan Mohamad Daud Wan Yusoff, Ph.D Profesor Madya Fakulti Sains dan Pengajian Alam Sekitar Universiti Putra Malaysia (Pengerusi) Sidek Haji Abdul Aziz, Ph.D Profesor Madya Fakulti Sains dan Pengajian Alam Sekitar Universiti Putra Malaysia (Ahli) Chow Sai Pew, Ph.D Profesor Madya Fakulti Sains dan Pengajian Alam Sekitar Universiti Putra Malaysia (Ahli) Senin bin Hassan, Ph.D Profesor Madya Fakulti Sains dan Pengajian Alam Sekitar Universiti Putra Malaysia (Ahli) Abdul Halim bin Shaari, Ph.D Profesor Fakulti Sains dan Pengajian Alam Sekitar Universiti Putra Malaysia (Ahli) AINI IDERIS, Ph.D Profesor Dekan Pusat Pengajian Siswazah Universiti Putra Malaysia Tarikh: 2 8 MAY 2001

12 x Tesis ini telah diserahkan kepada Senat Universiti Putra Malaysia dan telah diterima sebagai keperluan untuk Ijazah Master Sains. AINI IDERIS, Ph.D Profesor Dekan Pusat Pengajian Siswazah Universiti Putra Malaysia Tarikh: 14 JUN 2001

13 Xl Pengakuan Saya mengaku bahawa tesis ini adalah hasil kelja saya yang asli melainkan petikan dan sedutan yang telah diberi penghargaan di dalam tesis ini. Saya juga mengaku bahawa tesis ini tidak dimajukan untuk ijazah-ijazah lain di Universiti Putra Malaysia atau di institusi-institusi lain. (Halimah Mohamed Kamari) Tarikh:.:lG ).rf

14 XII KANDUNGAN Mukasurat DEDIKASI ABSTRAK ABSTRACT PENGHARGAAN LEMBARAN PENGESAHAN PENY A TAAN KEASLIAN SENARAI JADUAL SENARAI RAJAH SIMBOL DAN SINGKA T AN V Vll IX Xl XVI XVll XX11 BAB PENGENALAN Pengenalan Sejarah Kaca Penggunaan Kaca dan Kepentingan Komersial Objektif Organisasi Bab TINJAUAN PENYELIDIKAN Pengenalan Latarbelakang Kajian Kaca Borat Kaca Fosfat Kajian Ultrasonik Ringkasan Bab

15 XIII., J TEORlKACA 21 Pengenalan 21 Definasi Kaca 21 Pengkalasan Kaca 23 Sifat Bahan Ke atas Leburan Dan Penyejukan 26 Julat Transformasi Kaca 28 Struktur Mikroskopik Kaca 35 Model Rangkaian Rawak 35 Kaca Kompleks 38 Sebatian Pembentuk Kaca 42 Rangkaian Pembentuk Rangkaian Pengubahsuaian 43 Sebatian Perantaraan 44 Kaca Borat 46 Anomali Boron Struktur Kaca Alkali Borat 48 Kaca Fosfat 51 Konsep Sepuh Lindap Dan Penguatan 55 Ringkasan Bab TEORI KEKENY ALAN LINEAR DAN UL TRASONIK 60 Pengenalan 60 Halaju Ultrasonik 60 Transduksi Ultrasonik 60 Pantulan Gelombang 61 Penerbitan Halaju Ultrasonik 64 Geometri Sampel 68 Halaju Gelombang Membujur Dan Gelombang Ricih 71 Halaju Membujur 71 Halaju Ricih 72 Gandingan Transduser Kepada Sampel Hubungan Antara Halaju Ultrasonik Dan Modulus Kenyal 76 Nisbah Poisson 81 Pemalar Lame 81 Suhu Debye 82 Adiabatik Lawan Modulus Young Isoterma 83 Ringkasan Bab METODOLOGI 86 Pengenalan 86 Penyediaan Kaca 86 Melebur Bahan-bahan Kimia 87 Pengacuan Bahan Leburan 88 Pemotongan Dan Pengilapan 91 Pengukuran Ketumpatan 91

16 xiv Pengukuran Ultrasonik Sistem MBS-8000 Transduser Teknik Prob Tunggal Agen Pelekat Kaedah Pengukuran Ralat Eksperimen Dan Pembetulan Ringkasan Bab CIRI KENYAL KACA BORAT Pengenalan Kaca Borat Hasil Perbincangan Ketumpatan Isipadu Molar Halaju Ultrasonik Modulus Kenyal Modulus Pukal Modulus Young Nisbah Poisson Suhu Debye Kesan Rawatan Haba Terhadap Parameter Fizik Kaca Ketumpatan dan isipadu molar Halaju gelombang ultrasonik Modulus Kenyal Nisbah Poisson Suhu Debye Ringkasan Bab III CIRI KENY AL KACA FOSFAT Pengenalan Kaca Fosfat Hasil dan Perbincangan Ketumpatan lsipadu Molar Halaju Ultrasonik Modulus Kenyal Modulus Young Modulus Pukal Nisbah Poisson

17 xv Suhu Debye Kesan Rawatan Haba Terhadap Parameter Fizik Kaca Ketumpatan dan isipadu molar Halaju gelombang ultrasonik Modul us Kenyal Nisbah Poisson Suhu Debye Ringkasan Bab 'PERBINCANGAN KESELURUHAN DAN KESIMPULAN Pengenalan Perbincangan Kesimpulan Cadangan BIBLIOGRAFI VITA

18 XVI SENARAI JADUAL Jadual 3.1 Jenis polihedra 3.2 Klasifikasi kation mengikut kekuatan medan 5. 1 Perbandingan sifat lima jenis hablur utama Mukasurat lo Ciri kenyal kaca argentum fosfat (Ag20)x(P20S)1 - x pada suhu bilik Ciri kenyal kaca argentum iodida fosfat (AgI)x(Ag202P20s)l_x pada suhu bilik 145

19 xvii SENARAI RAJAH Rajah Mukasurat 3.1 Graf isipadu lawan suhu Menunjukkan kedudukan suhu fiktif 30 '"',.,.J.j (a) Struktur atom mewakili hablur A (b )Struktur atom mewakili kaca A Struktur sebatian hablur AO Skema kesan penambahan alkali Na20 kepada silikat Pengujudan oksigen tanpa-titian dengan menambahkan oksid alkali Pengujudan kumpulan B03 kepada kumpulan B04 dengan menambahkan oksid alkali Perubahan pekali pengembangan linear sebagai fungsi komposisi dalam kaca binari litium, natrium dan potasium borat Pecahan N4 atom empat koordinasi boron bagi kaca alkali borat Kumpulan struktur ujud dalam sebatian borat Struktur molekul P Struktur molekul P40W p5+ dan Al 3 + menggantikan Si ] 4 Kecerunan suhu parabola menghasi1kan permukaan mampatan yang dua kali ganda magnitud tegangan dalaman Cadangan jadual untuk sepuh lindap bahan kaca silika batl! kapur perniagaan Arab-arab perambatan bagi struktur berbentuk bablur kubus Acuan berbelah silinder besi Proses penyediaan kaca 90

20 XVIII 5.3 Skema bagi sistem pengukuran MBS Ketumpatan kaca binari (Ag2O)xCB203)J-x Ketumpatan kaca (AgI)x(Ag20)/B203)z Isipadu molar bagi kaca argentum borat Isipadu molar bagi kaca argentum iodida borat Halaju membujur bagi kaca argentum borat Halaju melintang bagi kaca argentum borat Halaju membujur bagi kaca argentum iodida borat Halaju melintang bagi kaca argentum iodida borat Modulus pukal dan C44 bagi kaca argentum borat l0 Modulus pukal dan C44 bagi kaca argentum iodida borat Modulus Young dan C J I bagi kaca argentum borat l2 Modulus Young dan C I J bagi kaca argentum iodida borat Nisbah Piosson bagi kaca argentum borat l4 Nisbah Piosson bagi kaca argentum iodida borat Suhu Debye bagi kaca argentum borat Suhu Debye bagi kaca argentum iodida borat Ketumpatan kaca argentum borat terhadap suhu Ketumpatan kaca argentum iodida borat terhadap suhu Isipadu molar kaca argentum borat terhadap suhu Isipadu molar kaca argentum iodida borat terhadap suhu Halaju membujur kaca argentum borat terhadap suhu Halaj u melintang kaca argentum borat terhadap suhu 130

21 xix 6.23 Halaju membujur kaca argentum iodida borat terhadap suhu Halaju melintang kaca argentum iodida borat terhadap suhu Modulus Young kaca argentum borat terhadap suhu Modulus Young kaca argentum iodida borat terhadap suhu Modulus pukal kaca argentum borat terhadap suhu Modulus pukal kaca argentum iodida borat terhadap suhu Nisbah Poisson kaca argentum borat terhadap suhu Nisbah Poisson kaca argentum iodida borat terhadap suhu Suhu Debye kaca argentum borat terhadap suhu Suhu Debye kaca argentum iodida borat terhadap suhu Nisbah Poisson kaca argentum borat terhadap suhu Nisbah Poisson kaca argentum iodida borat terhadap suhu Ketumpatan kaca binari (Ag2O)x(P20S)I-x Ketumpatan kaca (AgI)x[(Ag20 2P2OS)I-x] Isipadu molar bagi kaca argentum fosfat Isipadu molar bagi kaca argentum iodida fosfat Halaju membujur bagi kaca argentum fosfat Halaju melintang bagi kaca argentum fosfat Halaju membujur bagi kaca argentum iodida fosfat Halaju melintang bagi kaca argentum iodida fosfat 15 J 7.9 Modulus pukal dan e44 bagi kaca argentum fosfat Modulus pukal dan e44 bagi kaca argentum iodida fosfat Modulus Young dan ell bagi kaca argentum fosfat Modulus Young dan ell bagi kaca argentum iodida fosfat 155

22 xx 7.13 Nisbah Piosson bagi kaca argentum fosfat Nisbah Piosson bagi kaca argentum iodida fosfat Suhu Debye bagi kaca argentum fosfat Suhu Debye bagi kaca argentum iodida fosfat Ketumpatan kaca argentum fosfat terhadap suhu Ketumpatan kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Isipadu molar kaca argentum fosfat terhadap suhu Isipadu molar kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Halaju membujur kaca argentum fosfat terhadap suhu Halaju melintang kaca argentum fosfat terhadap suhu Halaju membujur kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Halaju melintang kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Modulus Young kaca argentum fosfat terhadap suhu Modulus Young kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Modulus pukal kaca argentum fosfat terhadap suhu Modulus pukal kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Modulus membujur kaca argentum fosfat terhadap suhu Modulus membujur kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Modulus melintang kaca argentum fosfat terhadap suhu Modulus melintang kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Nisbah Poisson kaca argentum fosfat terhadap suhu Nisbah Poisson kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Suhu Debye kaca argentum fosfat terhadap suhu 177

23 XXI 7.36 Suhu Debye kaca argentum iodida fosfat terhadap suhu Ketumpatan kaca argentum borat dan kaca argentum fosfat Isipadu molar kaca argentum borat dan kaca argentum fosfat Modulus Young kaca argentum borat dan kaca argentum fosfat Modulus pukal kaca argentum borat dan kaca argentum fosfat Nisbah Poisson kaca argentum borat dan kaca argentum fosfat Suhu Debye kaca argentum borat dan kaca argentum fosfat Modulus Young bagi kaca argentum borat (simbol berwama) dan kaca argentum fosfat (simbol tanpa wama) terhadap suhu sepuh Modulus membujur bagi kaca argentum borat (simbol berwama ) dan kaca argentum (simbol tanpa wama) terhadap suhu sepuh 185

24 XXii SIMBOL DAN SINGKA T AN VL Halaju gelombang membujur Vs HaJaju gelombang melintang VF Halaju bendalir sempurna VM Halaju min atom P Ps Ketumpatan bahan Ketumpatan sampel Pas = Ketumpatan aseton Wa Was R Zl Z2 Berat sampel dalam udara = Berat sampel dalam aseton Pekali pantulan Impedens akustik bahantara pertama Impedens akustik bahantara kedua cr = T egasan linear C Pemalar tensor kenyal E = T erikan linear u n E G Vektor pergerakan satah Vektor unit bersudut tegak dengan muka gelombang Modulus Young Modulus ricih K = Modulus pukal "- Modulus Lame

25 XXlll v Nisbah Poisson S YL Yo Komplians Modulus kekakuan berkesan Modulus kekakuan e = Suhu Debye h/k = Pemalar Planck P = Nombor atom per molekul N == Nombor Avogadro M == Berat atom min EA = Modulus adiabatik Young Ej Modulus isoterma Young T = Suhu mutlak Cp Haba tentu tegasan tetap terma a == Pekali pengembangan terma Fb = Pemalar daya pembengkokan I == Garis pusat cincin atom Nb r Bilangan ikatan atom A-O dalam cincin Panjang ikatan A-O