Xem mẫu
- ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUẾ
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
Đề tài tiểu luận :
COMPOSITE GỐM VẬT LIỆU CHO TƯƠNG
LAI
SNTH : BÙI VĂN LINH
LỚP : K43
GVHD : NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN
[Type text] [Type text] [Type text]
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
Huế, 4/2020
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Trong đời sống con người, gốm sứ là một loại đồ dùng rất phổ biến ở
mọi thời đại luôn luôn có mặt và đáp ứng được nhu cầu thẩm mỹ
trong đời sống lẫn nhu cầu trong sinh hoạt đời thường, không những
thế gốm sứ còn là vật liệu quan trong các nghành công nghiệp khác.
Vì vậy, gốm sứ là một trong những vật liệu quan trọng trong đời sống
con người.
Hiện nay, gốm sứ rất phong phú và đa dạng nhiều mẫu mã và những
sản phẩm làm từ gốm sứ được phục vụ trong nhiều ngành công
nghiệp khác nhau , để thỏa mãn những yêu cầu khắt khe của vật liệu
tương lai , nhu cầu về một vật liệu nhẹ hơn cứng hơn , mỏng hơn ,
dày hơn , và linh hoạt hơn hoặc cứng nhắc, cũng như chịu được nhiệt
và chống mài mòn vì vậy các nhà khoa học đã cải tiến gốm cho ra đời
nhiều loại gốm sứ phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau .Đặc biệt
trong những năm gần đây, Việt Nam đang là một trong những nước
dẫn đầu về đầu tư cho cơ sở hạ tầng, đạt khoảng 5,7% GDP, cao
nhất trong khu vực Đông Nam Á và đứng thứ hai tại châu Á sau Trung
2BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
Quốc. Hàng loạt các công trình hạ tầng được khởi công xây dựng và
hoàn thiện, hệ thống giao thông được mở rộng, các cảng biển, hàng
không được nâng cấp tạo thuận lợi cho giao thông, vận tải nguyên,
nhiên liệu sản xuất cũng như các loại sản phẩm vật liệu xây dựng.
Vì vậy, đề tài tiểu luận COMPOSITE GỐM VẬT LIỆU CHO
TƯƠNG LAI nhằm vào trình bày cho chúng ta thấy một vật liệu mới
hoàn toàn mang những ưu điểm của nhiều loại vật liệu khác
nhau,composite gốm hoàn toàn là một vật liệu tiềm năng cho tương
lai.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE
1. Khái niệm
Vật liệu composite là vật liệu được tổ hợp từ hai hoặc nhiều loại
vật liệu khác nhau. Vật liệu mới được tạo thành có tính chất ưu việt
hơn nhiều so với từng loại vật liệu thành phần riêng rẽ. Về mặt cấu
tạo, vật liệu composite bao gồm một hay nhiều pha gián đoạn phân
bố đều trên một pha nền liên tục. Nếu vật liệu có nhiều pha gián
3BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
đoạn ta gọi là composite hỗn tạp. Pha gián đoạn thường có tính chất
trội hơn pha liên tục.
Pha liên tục gọi là nền (matrice). Pha gián đoạn gọi là cốt hay vật
liệu gia cường (reenforce)
4BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
1.1. Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào
những đặc tính sau đây:
Cơ tính của các vật liệu thành phần. Các vật liệu thành phần có
cơ tính tốt thì vật liệu composite cũng có cơ tính tốt và tốt hơn
tính chất của từng vật liệu thành phần.
Luật phân bố hình học của vật liệu cốt. Khi vật liệu liệu cốt
phân bố không đồng đều, vật liệu composite bị phá huỷ trước
hết ở những nơi kít vật liệu cốt. Với composite cốt sợi, phương
của sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu, có thể điều chỉnh
được tính dị hướng này theo ý muốn để chế tạo được vật liệu
cũng như phương án công nghệ phù hợp với yêu cầu.
Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần. Vật liệu cốt và
nền phải liên kết chặt chẽ với nhau mới có khả năng tăng cường
và bổ sung tính chất cho nhau. Ví dụ: liên kết giữa cốt thép và xi
măng trong bê tông.
5BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
2 . Phân loại
2.1. Phân loại theo hình dạng:
Gồm: Composite sợi, composite vảy, composite hạt, composite
điền đầy, Composite phiến.
2.2. Phân loại theo bản chất và vật liệu thành phần:
Composite nền hữu cơ: nền là nhựa hữu cơ, cốt thường là sợi
hữu cơ hoặc sợi khoáng hoặc sợi kim loại.
Composite nền kim loại: nền là các kim loại như titan, nhôm,
đồng, cốt thường là sợi kim loại hoặc sợi khoáng như B, C, SiC
Composite nền gốm: nền là các loại vật liệu gốm, cốt có thể là
sợi hoặc hạt kim loại hoặc cũng có thể là hạt gốm.
6BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
7BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
2. Vật liệu và thành phần của composite
3.1. Vật liệu nền:
a) Nhựa phênolformaldehyt
b) Nhựa êpoxy
c) Nhựa polyeste
d) Các loại nhựa khác
3.2. Vật liệu gia cường:
a) Cốt dạng sợi:
Hình 2 trình bày một số cấu trúc đơn giản nhất của composite
1D, 3D và 2D:
Hình 2. Một số cấu trúc phổ biến của composite cốt sợi
8BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
Bảng 1 cho thấy các hằng số đàn hồi của composite tương ứng với
sơ đồ cốt trên hình 2 (nền epoxy cốt sợi thuỷ tinh):
Bảng 1. Mô đun đàn hồi của composite polyme epoxythủy tinh với cấu trúc
khác nhau.
Từ bảng 1 chúng ta nhận xét là với composite epoxythuỷ tinh đang
xét, việc thay đổi cấu trúc cốt làm thay đổi đáng kể mođun đàn hồi
và hệ số poát xông của composite, nhưng ít làm ảnh hưởng tới
môđun trượt. Điều này cũng có nghĩa là khi kết cấu làm việc trong
các trường hợp chịu ứng suấtbiến dạng trượt, với vật liệu epoxy
thuỷ tinh đang xét, chúng ta có thể thay thế các vật liệu 3D bằng
các vật liệu 1D, 2D đơn giản và rẻ hơn nhiều lần.
b) Cốt dạng vải
9BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
c) Cốt dạng hạt
3.3. Vùng trung gian trong composite:
Vùng trung gian là vùng tiếp xúc giữa cốt và nền và nó thường
là yếu tố có tính quyết định đến các tính chất cơ học và các thuộc tính
khác nữa của composite. Vùng trung gian chính là nơi chuyển tải trọng
từ nền sang cốt nên tác động đầu tiên của nó chính là tác động đến độ
bền. Có nhiều yếu tố tác động đến thành phần và thể tích của vùng
chuyển tiếp
Đầu tiên, là tính thấm ướt, tức là pha nền ở trạng thái lỏng phải dễ
dàng thấm ướt pha gia cường trước khi đóng rắn. Nhưng thực tế
không phải lúc nào cũng có liên kếte nền cốt lý tưởng do bản chất
hoá lý của các vật liệu rất khác nhau. Trong trường hợp này, cần phải
thêm chất thấm ướt để cải thiện khả năng thấm ướt cốt nền.
3.4. Các chất phụ gia:
Chất phụ gia là những vật liệu liệu nhằm cải thiện một số tính
chất của composite như:
Tính dẫn điện, dẫn nhiệt: thường dùng bột, sợi hoặc vảy kim loại
như Fe, CU, Al,… hoặc bi tráng kim loại.
Bôi trơn khi dỡ khuôn.
Tạo màu.
Chống co ngót.
10BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
11BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
3. Composite nền nhựa
Các loại nhựa như êpoxy, phênolformaldehyt, polyeste… đều có tính
thấm ướt tốt đối với vật liệu gia cường dạng hữu cơ, bởi vậy công
đoạn trộn nhựa với cốt rất thuận lợi và đơn giản. Riêng đối với cốt là
vật liệu vô cơ, ví dụ như các loại sợi gốm, có tính thấm ướt rất kém
nên trước khi trộn phải có công đoạn bọc hoặc thấm lên trên cốt.
Đối với dạng vải, có nhiều cách để chế tạo bán thành phẩm.
Ví dụ : Nhúng tấm vải vào thùng nhựa rồi xếp thành từng lớp và tiến
hành ép, hoặc trải từng lớp vải vào lòng khuôn rồi phun hoặc quét
nhựa, lại trải vải, lại quét nhựa… Lặp lại quy trình như vậy cho đến
khi đạt chiều dày yêu cầu.
12BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
4. Composite nền kim loại
Trong vật liệu composite nền kim loại, thường dùng nhiều trong
kỹ thuật là vật liệu tổ hợp nền kim loại màu do những tính chất ưu
việt mà các kim loại đen không có được, ví dụ như nhẹ, bền ở
nhiệt độ cao, chịu mài mòn tốt… nhưng công nghệ chế tạo lại đơn
giản hơn.
Một số loại composite nền kim loại có thể kể đến như sau:
Composite nền nhôm cốt hạt.
Composite nền nhôm cốt sợi.
Composite nền đồng hạt thép.
5. Composite nền gốm
Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite, CMC) đã
được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhằm khắc phục những
nhược điểm của vật liệu gốm nguyên khối, đó là tính dòn cố hữu
và khả năng ứng dụng hạn chế của vật liệu gốm nguyên khối. Vật
liệu composite nền gốm thường dùng để chế tạo các chi tiết làm
việc trong môi trường rất khắc nghiệt như: động cơ tên lửa và
động cơ phản lực, động cơ khí trong nhà máy năng lượng, vỏ cách
nhiệt của tàu không gian, lớp lót đầu tiên của buồng phản ứng nấu
chảy, phanh máy bay, lò nhiệt luyện… đây là môi trường làm việc
13BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
có nhiệt độ rất cao nhưng rất khó làm nguội bằng chất lỏng thông
thường. Mặt khác, khi thay thế các siêu hợp hợp kim bằng vật liệu
gốm composite còn tiết kiện được khá nhiều khối lượng, điều vô
cùng quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ.
Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là cốt dạng không
liên tục kiểu hạt, sợi ngắn hoặc lát vụn. Cũng có thể dùng cốt liên
tục dạng sợi. Trong trường hợp cốt gián đoạn, việc tăng độ bền và
độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nào đó nhưng vẫn
đủ để sử dụng. Một ví dụ composite nền gốm sợi vụn dùng trong
lĩnh vực dụng cụ cắt là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC là pha
gia cường, còn Si3N4 đóng vai trò vật liệu nền.
14BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
CHƯƠNG 2
COMPOSITE GỐM
(Việc đưa các cốt sợi như sợi kim loại để chế tạo composite góp phần làm
hạn chế tính giòn của gốm. Hiện nay phát triển rất mạnh xu thế vật liệu
composite nền gốm trên cơ sở cốt sợi kim loại và các oxit kim loại, sợi gốm,
sợi cacbon)
I. Giới thiệu:
Với định nghĩa nêu ở CHƯƠNG 1, chúng ta có thể coi gốm sứ là
vật liệu composite. Khác với các loại vật liệu khác, trong vật liệu
composite phải có tác dụng tương hỗ giữa các cấu từ thành phần.
Từ vật liều thành phần (pha) A và B tạo ra được vật liệu C có tính
chất tốt hơn các vật liệu A, B riêng biệt hay hỗn hợp của chúng.
Vật liệu composite gốm gồm pha rắn phân tán có thể tích Vs, pha
nền có thể tích Vm và pha khí phân tán (lỗ xốp) có thể tích Vg.
Composite gốm được chia thành các hệ sau:
Hệ hai pha, gồm “pha tinh thể ceramic” + “pha khí” (lỗ xốp).
Số lượng lỗ xốp, độ xốp, hình dạng lỗ xốp, kích thước hạt
tinh thể, mức độ kết khối trong vùng tiếp xúc giữa các hạt
đều ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của vật liệu.
15BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
Hệ gồm “pha tinh thể ceramic” + “pha thủy tinh” + “pha khí”
(lỗ xốp) đặc trưng cho các loại gốm truyền thống. Tính chất
cơ học của vật liệu chịu ảnh hưởng của hình dạng các hạt
tinh thể (hạt có cạnh sắc làm tăng cường độ của hệ nhưng lại
tạo điều kiện cho các vi nứt phát triển). Các hạt phân bố ngẫu
nhiên trong pha nền liên kết chúng lại với nhau. Dưới kinh
hiển vi quang học, có thể nhìn thấy rõ tổ hợp hạt do các hạt
liên kết lại với nhau (có đường kính đến 300μm hay hơn nữa
đối với vật liệu sành dạng đá) hoặc có thể nhìn thấy các hạt
định hướng theo một hướng nào đó làm cho vật liệu có tính
bất đẳng hướng.
Hệ gồm “pha tinh thể ceramic” + “pha tinh thể ceramic”, yêu
cầu tính chất của hai pha tinh thể ceramic trên không quá khác
nhau. Trong trường hợp này, cả hai pha tinh thể đều quyết
định tính chất của composite.
Một trong hai “pha tinh thể ceramic” trên ở dạng phân tán, có
thể là whisker. Đó là những râu đơn tinh thể có độ bền rất
cao, đường kính khoảng 1μm và chiueefu dài 34mm. Râu đơn
tỉnh thể có tính chất tốt hơn rất nhiều so với các dạng khác.
Ví dụ whisker Al2O3 có đường kính 511μm (khối lượng riêng
4 g/cm3, độ bền kéo 15Gpa, bền nhiệt độ đến 1200ºC), hay
whisker SiC (khối lượng riêng 3,2g/cm3, độ bền kéo 21 GPa,
16BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
bền nhiệt độ đến 1600°C). Whisker làm tăng độ bền của vật
liệu lên rất nhiều.
Hệ gốm “pha tinh thể ceramic” + “pha kim loại” (cermet). Tùy
theo tỷ lệ giữa hai cấu tử, nếu “pha kim loại” chiếm phần lớn
thì composite thể hiện tính kim loại (có tính dẻo, độ bền va
đập), ngược lại nếu “pha tinh thể ceramic” chiếm phần lớn
thì composite dòn, tuy nhiên các tính chất ở nhiệt độ cao lại
được bảo đảm.
1. Các loại composite gốm
Gạch nung: ceramic (gạch ceramic,….)
Sứ, sành dạng đá: ceramic – thủy tinh (gốm thủy tinh,….)
2. Gạch ceramic
Gạch Ceramic được sử dụng phổ biến và thông dụng trên thị trường
hiện nay. Đây là loại gạch ốp lát có đặc tính nổi trội về độ dày và độ
cứng của gạch, dễ thi công.
17BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
18BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
2.1. Gạch Ceramic là gì?
Gạch Ceramic là gạch không đồng chất bao gồm: phần xương
gạch và lớp men mỏng tráng phủ bề mặt được in những họa tiết, hoa
văn, màu sắc khác nhau.
Cấu trúc chất liệu chính sản xuất phần xương gạch gồm 70%
đất sét và 30 phần trăm là tràng thạch, penphat.
Trên quy trình sản suất gạch Ceramic trải qua 4 bước:
– Phần làm xương: Các nguyên liệu được nghiền mịn, tạo hình
và ép sấy khô. Khi ép phải ép bằng máy ép có áp lực cao và sử dụng
công nghệ nung hiện đại để đảm bảo chất lượng của viên gạch sau
khi ra lò.
– Phần tráng men: Gạch được tráng một lớp men mỏng trên bề
mặt.
– In lụa: Bề mặt được in nhiều họa tiết hoa văn màu sắc trang
trí khác nhau.
– Nung gạch: Sau khi trải qua các bước trên gạch được đưa vào
lò nung, nung với nhiệt độ từ 1100 độ đến 1180 độ C trong thời gian
tối đa là 45 phút.
19BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
- GVHD: NGUYỄN ĐỨC VŨ QUYÊN SVTH: BÙI VĂN LINH
2.2. Đặc điểm của gạch Ceramic:
Gạch men đa dạng mẫu mã đáp ứng được yêu cầu thẩm mỹ cho mọi
không gian, kiến trúc nhà ở. Đây là một trong những ưu điểm nổi bật
của gạch Ceramic giúp cho người tiêu dùng có thể dễ dàng lựa chọn
được mẫu gạch phù hợp nhất với không gian kiến trúc của gia đình
mình bởi mỗi không gian có những đòi hỏi chọn lựa gạch ốp lát khác
nhau.
20BÁO CÁO ĐỀ TÀI MÔN HỌC NHẬP MÔN NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
nguon tai.lieu . vn
