Bài giảng vật liệu học - Chương 11: Vật liệu composite docx

VẬT LIỆU HỌC
VẬT LIỆU HỌC
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
1
1
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
Chương 11
Chương 11
Vật liệu composite
Vật liệu composite
11.1.Khái niệm chung
11.1.Khái niệm chung
11.2.Tổ chức của vật liệu coposite
11.2.Tổ chức của vật liệu coposite
11.3.Liên kệt trong vật liệu composite
11.3.Liên kệt trong vật liệu composite
11.4.Tính chất của vật liệu composite
11.4.Tính chất của vật liệu composite
11.5.Vật liệu làm cốt
11.5.Vật liệu làm cốt
11.6.Vật liệu làm nền
11.6.Vật liệu làm nền
11.7.Ứng dụng và gia công composite
11.7.Ứng dụng và gia công composite
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
2

2
Tre = Sợi xelulo + Lignin
Tre = Sợi xelulo + Lignin
11.1.Khái niệm chung
11.1.Khái niệm chung
Bêtong = Cát + Đá + Ximăng + Nước
Bêtong = Cát + Đá + Ximăng + Nước


Gỗ dán : Bột gỗ + Nhựa
Gỗ dán : Bột gỗ + Nhựa
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
5
5
Bồn = Sôi thuỷ tinh + Nhựa
Bồn = Sôi thuỷ tinh + Nhựa
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
7
7
HK cứng = Bột WC + Co
HK cứng = Bột WC + Co


Tháng 02.2006

Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
8
8
11.1.Khái niệm
11.1.Khái niệm


Vật liệu composite
Vật liệu composite
: vật liệu được chế tạo từ 2
: vật liệu được chế tạo từ 2
hay nhiều vật liệu có bản chất khác nhau
hay nhiều vật liệu có bản chất khác nhau
=>
=>


Vật liệu kết hợp
Vật liệu kết hợp
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
9
9
11.1.Khái niệm chung
11.1.Khái niệm chung
Vật liệu

Composite
Vật liệu
Composite
nền Polyme
Vật liệu
Composite
nền Kim lọai
Vật liệu
Composite
nền Ceramic
Vật liệu
Composite
HH nhiều pha
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
10
10
 Phân loại
•
Theo bản chất của Nền
Theo bản chất của Nền
11.1.Khái niệm chung
11.1.Khái niệm chung
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
11

11
•
Theo bản chất của Nền
Theo bản chất của Nền
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
12
12
•
Theo cấu trúc của cốt
Theo cấu trúc của cốt
Hạt thô Hạt mịn Liên tục
Gián đọan
Lớp
Tấm 3 Lớp
11.2.Tổ chức của vật liệu composite
11.2.Tổ chức của vật liệu composite




Tổ chức :
Tổ chức : đa pha, thông thường : 2 pha
Cốt (hạt, sợi) phân bố đều trên nền liên tục
Cốt (hạt, sợi) phân bố đều trên nền liên tục
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng

TS. Hà Văn Hồng
13
13
Cốt
Nền
11.2.Tổ chức của vật liệu composite
11.2.Tổ chức của vật liệu composite



Cốt :
Cốt : pha gián đoạn, đóng vai trò tạo nên độ bền &
modun đàn hồi cao
•
Vật liệu :
Vật liệu :
kim loại , vô cơ, hữu cơ
kim loại , vô cơ, hữu cơ
•
Hình dạng :
Hình dạng :
sợi, hạt, tấm
sợi, hạt, tấm
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
14
14
11.2.Tổ chức của vật liệu composite

11.2.Tổ chức của vật liệu composite
•
Cấu trúc hạt
Cấu trúc hạt
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
15
15
Hạt thô :
Hạt thô :
d > 0.1
d > 0.1
µ
µ
m
m
Hạt mịn :
Hạt mịn :
d
d
≤
≤
0.1
0.1
µ
µ
m
m

s
s
c
dl
τ
σ
)(
=
11.2.Tổ chức của vật liệu composite
11.2.Tổ chức của vật liệu composite



Nền :
Nền : pha liên tục, đóng vai trò chủ yếu sau:
-Liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành khối
-Tạo khả năng gia công composite thành các chi tiết
theo thiết kế
-Che phủ, bảo vệ cốt
•
Vật liệu : kim loại, vô cơ, hữu cơ
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
16
16
•
Cấu trúc sợi
Cấu trúc sợi

Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
17
17
Sợi dài (l
Sợi dài (l
s
s
≥
≥
10 l
10 l
th
th
) Sợi ngắn
) Sợi ngắn
(l
(l
s
s
<10 l
<10 l
th
th
)
)
Sợi ngắn hỗn hợp
Sợi ngắn hỗn hợp

s
s
c
dl
τ
σ
)(
=
s
s
th
dl
τ
σ
2
)(
=
11.2.Tổ chức của vật liệu composite
11.2.Tổ chức của vật liệu composite
11.3.Liên kết trong vật liệu composite
11.3.Liên kết trong vật liệu composite
•
Liên kết cơ học
Liên kết cơ học
•
Liên kết thấm ướt & Hoà tan
Liên kết thấm ướt & Hoà tan
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng

TS. Hà Văn Hồng
18
18
11.3.Liên kết trong vật liệu composite
11.3.Liên kết trong vật liệu composite
•
Liên kết phản ứng
Liên kết phản ứng
•
Liên kết oxyt
Liên kết oxyt
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
19
19
11.4.Tính chất của vật liệu composite
11.4.Tính chất của vật liệu composite

Tính chất = kết hợp t/c nền & cốt
Tính chất = kết hợp t/c nền & cốt
•
Lý tính & hoá tinh :
Lý tính & hoá tinh :
phụ thuộc chủ yếu vào nền
phụ thuộc chủ yếu vào nền
•
Cơ tính :
Cơ tính :

-
-
Phụ thuộc cơ tính của nền & cốt
Phụ thuộc cơ tính của nền & cốt
-Phụ thuộc liên kết nền-cốt
-Phụ thuộc liên kết nền-cốt
-Phụ thuộc hình dạng & cấu trúc
-Phụ thuộc hình dạng & cấu trúc
-Phụ thuộc sự phân bố của cốt
-Phụ thuộc sự phân bố của cốt
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
20
20
11.4.Tính chất của vật liệu composite
11.4.Tính chất của vật liệu composite

Ví dụ
Ví dụ


Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
21
21
11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt

11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt

Composite hạt thô
Composite hạt thô
(
(
d > 0.1
d > 0.1
µ
µ
m)
m)
•
Độ bền
Độ bền

Cốt hạt mềm
Cốt hạt mềm
θ
θ
-góc của phương kéo & trục sợi
-góc của phương kéo & trục sợi
σ
σ
c
c
-độ bền của composite
-độ bền của composite
σ
σ

h
h
-độ bền của hạt
-độ bền của hạt


Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
22
22
θ
θ
σσ
5.11
5.11
+
−
=
hc
11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt
11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt

Cốt hạt cứng
Cốt hạt cứng
σ
c
-độ bền của composite
σ

n
-độ bền của nền
τ-ứng suất tiếp tuyến tại vùng ranh giới nền-cốt
V
h
-% thể tích của hạt trong composite


Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
23
23
)1(
hnhc
VV
−+=
στσ
11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt
11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt
•
Modun đàn hồi
Modun đàn hồi


Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng

24
24
hhnnc
VEVEE
+=
11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt
11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt

Composite hạt min
Composite hạt min
(
(
d
d
≤
≤
0.1
0.1
µ
µ
m )
m )
Nền : hứng chịu toàn bộ tải trọng lực
Cốt : đóng vai trò kìm hãm biến dạng


Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng

25
25