lOMoAR cPSD| 47122101 lOMoAR cPSD| 47122101
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA CƠ KHÍ ----- ----- BÀI TẬP CUỐI KÌ
VẬT LIỆU KỸ THUẬT
GVHD : TS Nguyễn Bá Kiên
SVTH : Trần Công Anh Toàn MSSV : 101210296
Lớp sinh hoạt : 21CDT2 Đà Nẵng, năm 2022
1. Vật liệu vô cơ(ceramic) 1.1 Khái niệm chung- Định nghĩa: lOMoAR cPSD| 47122101
Vật liệu vô cơ được tạo thanh từ các hợp chất hóa học của các nguyên tố kim loại
kết hợp với các nguyên tố khác không phải là kim loại hoặc được tạo thành từ các hợp
chất hóa học của các nguyên tố không phải kà kim lại kết hợp với nhau. - Phân loại:
Vật liệu vô cơ có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau tùy theo mục đích của
người sử dụng. Người ta có thể phân loại theo thành phần hóa học, phân loại theo
cấu trúc, theo phương pháp công nghệ, hay theo linh vực sử dụng.
Thông thường người ta phân chia vật liệu vô cơ theo đặc điểm kết hợp và chúng
được chia ra làm ba nhóm chính là gốm và vật liệu chịu lửa, thủy tinh và gốm
thủy tinh, xi măng và bê tông.
1.2 Đặc điểm cấu trúc và tinh chất của vật liệu vô cơ
1.2.1 Liên kết nguyên tử trong vật liệu vô cơ
Đặc điểm liên kết phức tạp giữa liên kết ion và liên kết hóa trị ảnh hưởng quyết
định đến một số tínhc hất đặc trung của vật liệu vô cơ là vật liệu vô cơ có nhiệt độ nóng
chảy cao, mật độ lớn, cứng giòn, trong suốt và cách điện tốt.
1.2.2 Trạng thái tinh thể và trạng thái vô định hình - Trạng thái tinh thể
Mạng tinh thể của phần lớn các vật liệu vô cơ có thể coi một cách gần đúng là
mạng của các ion, trong đó các cation và anion chiến vị trí nút mạng. -
Trạng thái vô định hình
Khác với trạng thai tinh thể, trạng thai vô định hình được tạo nên do sự sắp xếp
một cách không trật tự, không theo qui luật của đơn vị cấu trúc cơ bản. Mạng lưới
nguyên tử của nó do đó không có các yếu tố đối xứng, không có tinh tuần hoàn.
1.2.3 Vật liệu đa pha và đa tinh thể
Vật liệu vô cơ có thanh phần pha rất đa dạng. Ngoài những vật liệu một pha
như thủy tinh, gốm đơn ôxýt, phần lớn vật liệu vô cơ là loại vật liệu có nhiều pha.
Trong vật liệu vô cơ nhiều pha, pha chinh là các pha tinh thể được liên kết với
nhau bởi các pha vô định hình. Ngoài ra trong vật liệu vô cơ này còn luôn có pha khí
tồn tại dưới dạng các bọt khí xen kẽ.
1.2.4 Cơ tinh của vật liệu vô cơ -
Tính chất đàn hồi và tính dòn lOMoAR cPSD| 47122101
Vật liệu vô cơ là loại vật liệu đàn hồi điển hình.Ở nhiệt độ thường dưới tác dụng
của tải trọng, mối quan hệ giữa ứng suất σ hình thanh trong vật liệu và độ biến
dạng ε của mẫu thử hoàn toàn tuân theo định luật Hooke. σ =E.ε - Độ bền cơ học
Độ bền cơ học của vật liệu vô cơ không phải do năng lượng liên kết nguyên tử cấu
tạo nên nó quyết định mà do tinh trạng khuyết tật trên bề mặt và bên trong vật liệu
quyết định. Khi số lượng vết nứt tăng thì cơ tính giảm.
1.2.5 Tính chất nhiệt của vật liệu vô cơ - Tính giãn nở nhiệt - Tính dẫn nhiệt -
Tính truyền nhiệt bức xạ - Đọ bền xung nhiêt 1.3 Vật liệu ceramic 1.3.1 Thủy tinh -
Thủy tinh silicat-kiểm-kiềm thổ. - Thủy tinh thạch anh. - Thủy tinh chì silicat.
2. Vật liệu hữu cơ (polime)
2.1 Khái niệm cơ bản về vật liệu Polyme
Polyme còn được gọi là hợp chất hữu cơ cao phân tử là những chất có khối lượng
phân tử lớn, ở đó các phân tử gồm các nhóm nguyên tử như nhau gọi là mắt xích hay là
me. Khi điều chế polyme các phân tử mônme nối lại với nhau và tạo thanh cá phân tử
dài hay là các phân tử mà trong đó các nguyên tử được nối lại bằng liên kết cộng hóa trị.
2.2 Định nghĩa và phân loại
Theo nguồn gốc hình thanh người ta chia polyme làm hai loại là polyme thiên
nhiên và polyme tổng hợp.
- Polyme thiên nhiên có nguồn gốc thực vật hoặc động vật như xenlulozo, cao sutự nhiên, protein.
- Polyme tổng hợp được sản xuất từ những loại monome bằng các sản phẩm
trùng hợp, trùng ngưng như các loại pololein, polyvinylclorit. lOMoAR cPSD| 47122101 2.3 Cấu trúc vật liệu
- Giới hạn đàn hồi, môđun đàn hồi, giới hạn bền kéo.
Vật liệu polyme có ba đặc trưng khi biến dạng dưới tác dụng của lực như trinh bày trong hình vẽ Typeequationhere.
Đường cong biến dạng của vật liệu polyme giòn (đường A) và dẻo (đường B) và đàn hồi cao (đường C).
+ Đường A là đường cong biến dạng của polyme giòn, nó bị đứt ngay khi có biến dạng đàn hồi.
+ Đường B với polyme dẻo, biến dạng tương tự như của đa số vật liệu kim loại,
nghĩa là đầu tiên là biến dạng đàn hồi, tiếp theo là chảy và sau đó là biến dạng dẻo rồi phá hủy.
+ Đường C là biến dạng hoàn toàn đàn hồi của polyme có độ đàn hồi cao như
của cao su và chúng có tên là alastome. - Độ dai va đập lOMoAR cPSD| 47122101 - Độ bền mỏi -
Độ bền xé và độ cứng -
Độ bền phá hủy vật liệu polyme 3. Vật liệu composit 3.1 Khái niệm
Vật liệu composite (hay còn có tên gọi khác là composite, vật liệu compozit, vật
liệu tổng hợp) là loại nguyên vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu có tính
chất vật lý và hóa học khác nhau, loại vật liệu này sẽ mang tính chất và những công
dụng vượt trội hơn hẳn so với những vật liệu ban đầu. 3.2 Phân loại
Phân loại theo hình dạng. -
Vật liệu composite cốt sợi. -
Chất liệu composite cốt hạt. - Cốt hạt và sợi.
Phân loại theo bản chất. -
Composite bản chất có nền kim loại. -
Composite bản chất nền khoáng. -
Composite bản chất nền hữu cơ.
3.3 Cơ tính riêng của vật liệu compozit
Mỗi loại vật liệu trong composite lại mang một đặc tính khác nhau, kết hợp với nhau
nhuần nhuyễn tạo nên vật liệu composite có tính năng mới tốt hơn. Vật liệu cốt -
Phân tán tốt vào vật liệu nền -
Bổ trợ tốt cho vật liệu nền nên còn được gọi là vật liệu gia cường -
Thuận lợi cho gia công, thân thiện với môi trường. Vật liệu nền -
Kết dính các thành phần cốt tạo nên mảng liên kết, đảm bảo tính
nguyên khối cho cấu trúc vật liệu. lOMoAR cPSD| 47122101 -
Bảo vệ vật liệu cốt không bị hư hỏng khi có tác động từ môi trường -
Dẻo dai, chống chịu tốt, ít xảy ra tình trạng nứt gãy so với các vật liệu truyền thống -
Cách điện, màu sắc, kiểu dáng đa dạng.
3.4 Tương tác giữa nền và cốt
Liên kết giữa nền và cốt tại vung ranh giới pha là yêu tố quan trọng nhất bảo đảm
cho sự kết hợp các đặc tinh tốt của hai pha trên. Để tăng cường độ gắn chắc nền – cốt,
người ta có thể áp dụng các biện pháp sau. -
Liên kết cơ học, được thực hiện nhờ khớp nối thong qua độ mấp mô
trên bề mặt do lực ma sát như kiểu bê tông cốt thép có gân (đốt). -
Liên kết nhờ thấm ướt do năng lượng sức căng bề mặt vì pha nền bị
nung chảy và dính ướt với cốt nên có sự khuếch tán tuy rất nhỏ, tạo nên sức căng bề mặt. -
Liên kết phản ứng, xuất hiện khi trên ranh giới pha xảy ra phản ứng
tạo hợp chấy hóa học, nó như lớp keo dính chặt cốt với nền. Đây là
loại liên kết tốt nhất. -
Liên kết ôxyt, loại liên kết phản ứng đặc trưng cho nền kim loại với
cốt là ôxyt của chinh kim loại đó. 3.5 Compozit cốt hạt Compozit hạt thô. -
Khái niệm “thô” được dùng để chỉ tương tác giữa nền và cốt không
xảy ra ở mức độ nguyên tử, phân tử, lúc này sự hóa ền có được nhờ sự
cản trở biến dạng của nền ở vung lân cận với hạt cốt do sự chen ép
theo quan điểm của cơ học môi trừng liên tục. -
Tùy theo đặc tinh phân bố của hạt trong nền mà quy tắc kết hợp cho
modin đàn hồi Ec của composite phụ thuộc vào tỷ lệ thể tích, modun
đàn hồi của nền: Vm, Em và của cốt hạt: Vp, Ep nằm trong phạm vi
giữa hai đường biểu thị ở hình dưới. Bởi hai biểu thức toan học sau:
(đường thẳng trên) Ee=Em.Vm+Ep.Vp
(đường cong dưới) Em.Ep/(Vm.Ep+Vp.Em) lOMoAR cPSD| 47122101
Sự phụ thuộc của môđun đàn hồi vào hàm lượng cốt trong composite nền Cu cốt hạt W.
Các composite hạt thô thông dụng.
Hợp kim cứng tạo ra bằng phương pháp luyện kim bột cũng có thể coi là composite hạt
thô, trong đó các phần tử cứng là cacbit: WC, TiC, taC được liên kết bằng Co (nền). Hợp
kim cứng là vật liêuk cayws rất thông dụng với hiệu quả kinh tế cao.
Các hợp kim làm tiếp điểm có sự kết hợp tốt của các kim loại khó chảy (W, Mo) với các
kim loại có tính dẫn nhiệt cao (Cu, Ag) cũng là composite hạt thô nền kim loại, trong đó
một tinh chất (E) của loại nền Cu cốt W đã được trình bày ở hình. Compozit hạt mịn -
Đặc điểm: nền các composite này thường là kim loại và hợp kim. Các phần tử cốt
có kích thước nhỏ đến mức dưới 0,1μm, thường là loại bền, cứng và có tinh ổn định
nhiệt đọ cao: ôxyt, cacbit, borit. Tương tác nền- cốt ở đây xảy ra ở mức độ vi mô
ứng với kích thước nguyên tử, phân tử. cơ chết hóa bền tương tự như cơ chế tiết
pha phân tán, biến cứng khi phân hóa dung dịch rắn quá bão hòa. Khi lực tác dụng
lên composite, nền sẽ hứng chịu hầy như toan bộ tải, các phần tử cốt nhỏ mịn phân
tán đóng vai trò hãm lệch, làm tăng độ bền độ cứng của vật liệu. lOMoAR cPSD| 47122101 -
Các composite hạt mịn: SAP, SÂP, với tỷ lệ 5 – 20%Al2O3 trên nền nhôm, hợp
kim nhôm đã được sản xuất ở quy mô công nghiệp, cung cấp dưới dạng bán thành
phẩm tấm, ống, dây… để làm các chi tiết có độ bền riêng lớn, làm việc ở 300 –
500℃ và chịu tác dụng của môi trường ăn mòn. 3.6 Compozit cốt sợi
3.6.1 Ảnh hưởng của yếu tố hình sợi học
- Sự phân bố và định hướng sợi. -
Ảnh hưởng của chiều dài sợi.
3.6.2 Compozit cốt sợi liên tục thẳng hàng - Khi kéo dọc. - Khi kéo ngang. -
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi.
3.6.3 Compozit cốt sợi gián đoạn thẳng hàng
3.6.4 Compozit cốt sợi gián đoạn hỗn hợp
3.6.5 Kích thước sợi và vật liệu làm cốt sợi
3.6.6 Các loại compozit cốt sợi phổ biến -
Compozit polyme - sợi thủy tinh - compozit polyme - sợi khác - Compozit kim loại - sợi - Compozit cacbon – cacbon - Compozit sợi cốt pha lOMoAR cPSD| 47122101