tổng quan về vật liệu composit

Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Mục Lục
Mở Đầu 1
Phần I: Tổng quan về vật liệu composit 1
I-Khái Niệm 1
II- Lịch sử phát triển



1
III-Xu hớng phát triển 5
IV- Đặc điểm và phân loại 6
V-Vật liệu thành phần của composit 9
VI-Cấu trúc và tính chất của vật liệu composit


12

1-Cấu trúc 12
2-Một số yếu tố ảnh hởng đến tính chất của composit 14
VII-Các phơng pháp chế tạo vật liệu composit 22
PhầnII-Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả 26
I-Nhiệm vụ nghiên cứu 26
II-Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả 27
II.1-Phơng pháp nghiên cứu 27
II.2-Nghiên cứu quá trình nấu thuỷ tinh 30
II.3- Đo đạc tính chất thuỷ tinh 33
II.4- Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh 39
III.4.1- Sơ đồ tổng hợp vật liệu composit 39
II.4.2 Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và sợi Cr-Ni.43
II.4.3 Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và sợi Inox. 46

II.4.4 -Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và sợi SiC. .48
II.4.5- Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và gốm thuỷ
tinh bền cơ cao 49
II.4.6- Nghiên cứu khả năng tạo vật liệu composit của thuỷ tinh và gốm
corun. 50
Phần III- Kết luận 51
Tài Liệu Tham Khảo 52
1
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Mở đầu
Vật liệu là một lĩnh vực quan trọng đối với đời sống và sản xuất công
nghiệp. Mỗi một loại vật liệu đều có những u ,nhợc điểm riêng (ví dụ:vật liệu
hữu cơ :nhẹ , bền, rẻ, dễ gia công nhng không sử dụng đợc ở nhiệt độ cao; vật
liệu vô cơ: chịu lực tốt, rẻ, có thể sử dụng đợc đợc ở khoảng nhiệt độ rộng nh-
ng kém bền, kết cấu nặng nề , khó gia công). Sự phát triên mạnh mẽ của
công nghệ hiện đại dẫn tới nhu cầu to lớn về những vật liệu đồng thời có
nhiều tính chất cần thiết mà các vật liệu truyến thông khi đứng riêng rẽ không
thể có đợc.Vật liệu kết hợp hay composit ra đời vừa đáp ứng nhu cầu cấp bách
đó, vừa là sản phẩm của những công trình nghiên cứu trong nửa sau thế kỷ XX
nhằm khai thác, phát triển quy luật kết hợp một quy luật phổ biến trong tự
nhiên. Ngày nay, vật liệu composit đã và đang thay thế dần các vật liệu truyền
thống nh: vật liệu vô cơ,hữu cơ, kim loạiđể chế tạo ra các chi tiết máy và
kết cấu kể cả các kết cấu chịu tải trọng lớn cũng nh các sản phẩm dân dụng
khác, trong đó có cả lĩnh vực y tế một lĩnh vực còn mới mẻ - đó là vật liệu
composit y sinh.
Vật iệu composit y sinh là một loại vật liệu không những có khẳ năng
dung nạp tốt trong cơ thể con ngời mà còn có khẳ năng tạo ra mối liên kết
trực tiếp kiểu sinh hóa giữa nó và tế bào xơng cơ thể sống. Vì vậy nó là loại
vật liệu lý tởng để sữa chữa , thay thế các bộ phận xơng răng cơ thể con ngời
trong phẫu thuật chỉnh hình.

Luận văn này có nhiệm vụ nghiên cứu tổng hợp vật liệu , khảo sát tính
chất và khả năng liên kết tạo vật liệu composit của thuỷ tinh có tính chất sinh
học tốt với một số vật liệu khác nhau.các loại cốt khác nhau.
Phần I : Tổng Quan Về Vật Liệu Composit
I. Khái Niệm
2
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Vật liệu composit (composit ) là vật liệu tổ hợp từ hai (hoặc nhiều) vật
liệu có bản chất khác nhau . Vật liệu tạo thành có đặc tính trội hơn đặc tính
của từng vật liệu thành phần khi đứng riêng rẽ.[1]
II. Lịch sử phát triển
Vật liệu composit đầu tiên đã xuất hiện cách đây hàng nghìn năm . 5000
năm trớc công nguyên ngời cổ đại đã thêm đá nghiền nhỏ hoặc những vật liệu
nguồn gốc hữu cơ vào đất sét để giảm độ co , cứt khi nung gạch hoặc đồ
gốm. ở Ai cập khoảng 3000 năm TCN ngời ta đã làm vỏ thuyền bằng lau sậy
đan tẩm bitum, nếu bỏ qua một số khái niệm thì kỹ thuật đó cũng giống nh kỹ
thuật làm tàu hiện đại từ chất dẻo cốt thuỷ tinh hiện nay. ở Việt Nam , thuyền
tre đan trát sơn trộn mùn ca là một ví dụ về vật liệu composit .[2]
Năm 1851, Nelson Goodyear đã dùng oxyt kẽm làm chất độn cho elonit. Năm
1920 , Bakeland đă dùng bột gỗ độn vào nhựa bakelit và John đã sử dụng
xenlulo làm chất độn cho các loại nhựa .[8]
Mặc dù đợc hình thành từ rất sớm , nhng việc chế tạo vật liệu composit mới
thực sự đợc chú ý khoảng 60 năm trở lại đây. Vào những năm 1930 Slayter đã
đợc Ellis và Foster dùng gia cờng cho polyeste không no. Polyeste tăng cờng
bằng sợi sợi thủy tinh đợc sử dụng trong ngành hàng không năm 1938.[8]
Năm 1944 đã sản xuất hàng nghìn chi tiết bằng chất dẻo composit cho máy
bay và tàu chiến phục vụ đaị chiến thế giới lần thứ II.Năm 1950 chất lợng của
vật liệu polyme composit đợc nâng cao nhờ sự ra đời của nhựa epoxy và hàng
loạt sợi tăng cờng nh sợi cabon, sợi polyeste, nylon, aramit (kelva), sợi silic
Từ năm 1970 đến nay , các chi tiết chế tạo từ composit cốt sợi đã đợc ứng

dụng rộng rãi trong công nghiệp , làm vật liệu xây dựng và những ngành kỹ
thuật cao .[5]
Mặc dù vậy , việc nghiên cứu nâng cao chất lợng , cải thiện tính chất cơ lý ,
tính chất nhiệt , điện v.v, mở rộng lĩnh vực ứng dụng của vật liệu này vẫn
luôn đợc đợc đặt ra.
III- Xu hớng phát triển của vật liệu composit trong thời
gian tới. [2]
- Thay thế thép bằng vật liệu composit: Sự thay thế thép bằng các vật liệu mới
có liên quan đến các tính chất đặc biệt và bản chất vật lý của chúng . Trong
các vật rắn tinh thể , thép và các kim loại khác luôn tồn tại những sai lệch đ-
ờng . Số lợng của chúng lên tới nhiều tỷ trên 1cm
3
, làm yếu kim loại và không
3
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
cho phép tăng độ bền của chúng lên một cách đáng kể, Nhờ những tính chất u
việt , vật liệu polyme composit cho phép đạt đợc độ bền nén lớn hơn nhiều so
với thép .
- Chuyển vật liệu sang dạng sợi để tăng cờng độ bền : kết quả nghiên cứu
trong nhiều năm đã chứng tỏ khi chuyển vật liệu ở dạng khối sang dạng sợi
thì độ bền của chúng tăng lên . Trong những sợi mảnh , độ bền đạt tới giá trị
gần với lý thuyết và khi đó trong cấu trúc không quan sát thấy khuyết tật.
-Đa dạng hoá nền polyme và chất tăng cờng : Trong những năm gần đây trên
thế giới , cùng với những loại nhựa nhiệt rắn đã đợc sử dụng rộng rãi nh nhựa
epoxy , polyeste không no , phenolfomandehyt ngời ta đã sử dụng rất có
hiệu quả các loại nhựa nhiệt dẻo nh PE, PP, polyamit, polycacbonat .
-Phối hợp giữa các vật liệu polyme , nền kim loại và gốm.[2]
IV. đặc điểm và phân loại vật liệu composit
1. Các đặc điểm chung.
- Là vật liệu nhiều pha. Các pha tạo nên composit thờng rất khác nhau về mặt

bản chất , không hoà tan lẫn nhau , phân tách nhau bằng bề mặt phân chia pha.
Pha liên tục trong toàn khối composit đợc gọi là nền (matrix), pha phân bố
gián đoạn , đợc nền bao bọc , quy định gọi là cốt .(Hình 1.1)
l
- Trong composit thì tỷ lệ , hình
dáng , kích thớc , cũng nh sự phân bố của
nền và cốt tuân theo các quy định thiết kế trớc.
- Tính chất của các pha thành phần đợc kết hợp để tạo nên tính chất chung
của composit. Tuy vậy tính chất của composit không bao hàm tất cả các tính
chất của các pha thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn trong đó
những tính chất tốt và phát huy thêm. [1]
* Cơ tính của vật liệu composit phụ thuộc vào :
+ Cơ tính của vật liệu thành phần
+ Luật phân bố hình học của vật liệu cốt
+ Tác dụng tơng hỗ giữa các vật liệu thành phần [3]
2. Phân loại :
4
Nền
Cốt
Hình 1.1: Vật liệu Composit
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Để phân loại vật liệu composit ngời ta dựa vào các đặc điểm chung của
chúng :
- Theo bản chất của vật liệu nền : Composit nền polyme, gốm , graphit, kim
loại ,hỗn hợp nhiều pha.
- Theo hình học cốt : Composit cốt hạt ( thô , mịn ) , composit cốt sợi ( dài,
ngắn ).
- Theo cấu trúc vật liệu : Composit tấm,lớp, tấm 3 lớp, khối , tổ ong
- Theo phơng pháp chế tạo : Đúc,ép ,đúc phun, lăn tô
- Theo phạm vi ứng dụng : Composit cao cấp, composit kỹ thuật.

2.1. Phân loại theo bản chất của vật liệu nền .
* Nền kim loại :
Kim loại có độ bền, cứng, dẻo khá cao, có thể chịu đợc nhiệt độ cao hơn
polyme trong môi trờng có oxy. Vật liệu composit nền kim loại có modun rất
cao (~ 110 GPa ) ,nền đòi hỏi sợi tăng cờng phải có modun cao. Al, Mg, Ti, Cu
đợc nghiên cứu ứng dụng làm nền composit hơn cả, đặc biệt các kim loại nhẹ
rất đợc a chuộng trong ngành hàng không.
- Nền kim loại có một số u điểm so với nền polyme :
+ Kim loại nói chung dẻo , khá bền nên cải thiện chỉ tiêu cơ lý của polyme nh
modun đàn hồi.
+ Có độ dẫn điện, nhiệt cao hơn
+ Không bốc cháy, ít bị ảnh hởng của môi trờng ẩm.
+Có tính đàn hồi nên trong một số trờng hợp dễ gia công,
lắp ráp.
- Nhợc điểm chính của nền kim loại là khối lợng riêng lớn. Công nghệ chế tạo
composit nền kim loại phức tạp hơn rất nhiều so với nền polyme và do vậy giá
thành sản phẩm sẽ cao hơn . Chính điều này hạn chế việc lựa chọn và triển
khai ứng dụng chúng trong công nghiệp
* Nền polyme:
Composit nền polyme chiếm khoảng 90 % trong tổng số các loại
composit . Nền polyme rất đợc a chuộng do có tỷ trọng thấp, cách điện, nhiệt
tốt, dễ gia công. Polyme dùng làm nền có 2 loại:Nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt
dẻo[1].
Các loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng : Polyetylen (PE) , Polypropen (PP),
Polystylen , Polyamit[3]
5
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Nhựa nhiệt rắn phổ biến nhất là : Epoxy, polyeste không no, phenolic,
polyuretan[3]
*Nền gốm và thuỷ tinh:

Tổ chức điển hình của gốm là đa pha và đa tinh thể. Hai pha chính tạo
nên tổ chức của gốm : Pha thuỷ tinh phân bố xen kẽ giữa các vùng pha tinh
thể và gắn kết chúng lại với nhau. Gốm là loại vật liệu có độ bền cao, duy trì
đợc độ bền ở nhiệt độ cao (~ 1600
o
C ), khả năng chịu oxy hoá cao. Tuy nhiên
có độ bền kéo thấp , chịu va đập kém. [1]
Thuỷ tinh vô cơ là vật liệu nhận đợc bằng cách làm nguội nhanh một hợp chất
vô cơ từ trạng thái nóng chảy ở nhiệt độ cao đến trạng thái rắn không kết tinh.
Quá trình này giống nh đối với nhựa nhiệt dẻo nên có thể áp dụng các phơng
pháp gia công của nhạ nhiệt dẻo. Thuỷ tinh có độ bền và modun đàn hồi cao
(~69GPa), độ dãn nở nhiệt thấp. Nhờ tính chảy tốt nên khi tăng nhiệt độ và
áp lực ép thì hàm lợng sợi tăng cờng có thể tăng nhng không làm giảm độ bền
vật liệu.[1]
*Nền cacbon/graphit:
Grafit là vật liệu chịu nhiệt rất tốt, cứng, bền nhiệt(>2000
o
C ), điển hình
là composit cacbon-cacbon. Vật liệu này đợc sử dụng nhiều trong ngành hàng
không, hoá dợc , y tế[1]
2.2. Phân loại theo hình học cốt:
*Composit cốt hạt:
Có cấu tạo gồm các phân tử cốt dạng hạt đẳng trục phân bố đều trong
nền. Các phân tử cốt rất đa dạng : Các loại khoáng tự nhiên , oxyt, cacbit,
nitrit.
- Composit cốt hạt mịn : thờng có nền là kim loại hoặc hợp kim, cốt có kích
thớc nhỏ ( < 0.1 àm) thờng là các vật liệu bền cứng , có tính ổn định nhiệt cao
nh cacbit, nitrit. Tơng tác nền cốt xảy ra ở mức vi mô với kích thớc nguyên tử ,
phân tử.
- Composit hạt thô : Nền có thể là polyme , kim loại hoặc gốm. Cốt thờng đợc

đa vào để cải thiện độ bền nén , kéo , uốn, độ chống mài mòn ,độ ổn định
kích thớc , chịu nhiệt hoặc tạo ra một tính chất mới theo yêu cầu. Tơng tác
nền cốt không xảy ra ở mức nguyên tử , phân tử.[1]
*Composit cốt sợi ngắn:
Độ dài cốt sợi nhỏ hơn 5 cm . Composit cốt sợi ngắn đợc gia công bằng
các phơng pháp gia công nhựa thông thờng nh đúc , đùn , đuc phun. Khi đùn
6
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
hoặc đúc phun vào khuôn , sợi phải có khả năng đi qua đợc khe hở trong thân
thiết bị. Sợi ngắn thờng đợc dùng tăng cờng cho nhựa nhiệt dẻo. Nhựa nhiệt
rắn do có khối lợng phân tử lớn khi đóng rắn sẽ không có lợi nếu dùng sợi
ngắn.Tất cả composit cốt sợi ngăn đều thuộc composit kỹ thuật.[4]
*Composit cốt sợi có chiều dài trung bình:
Độ dài cốt sợi từ 10 đến 100 mm, thờng dùng cho nhựa nhiệt rắn có thêm
bột độn với hàm lợng khá lớn. Phơng pháp gia công thờng đợc sử dụng là ph-
ơng pháp ớt . Sợi phải đợc thấm ớt hoàn toàn để composit đạt đợc các tính
chất cao nhất. Composit này cũng thuộc composit kỹ thuật.[4]
*Coposit cốt sợi dài:
Sợi này hay còn gọi là sợi liên tục thờng đợc dùng tăng cờng cho nhựa nhiệt
rắn, chế tạo composit chất lơng cao. Loại composit này có thể đợc chế tạo
với nền là vô cơ , gốm , kim loại.[4]
3. Phân loại theo phạm vi ứng dụng:
Theo phạm vi ứng dụng thì composit đợc chia thành 2 nhóm . Hai nhóm
này khác nhau chủ yếu ở loại sợi , chiều dài sợi tăng cờng và loại nhựa đợc sử
dụng làm nền.
Nhóm thứ nhất đợc gọi là composit tiên tiến (advanced composit ), đợc
chế tạo từ các loại sợi dài và có độ bền cao. Nhựa nền cũng là các loại nhựa
có đặc tính tốt , chịu nhiệt , bền hoá học . Composit chất lợng cao thờng đợc
ứng dụng trong ngành hàng không , vũ trụ (nh tên lửa , các bộ phận máy bay),
cũng nh các dụng cụ thể thao cao cấp (nh vợt tennis, gây chơi gol), vật liệu y

sinh ( sửa chữa, thay thế các bộ phận răng, xơng cơ thể ) .
Nhóm thứ hai đợc gọi là composit kỹ thuật ( engineering composit ) gồm
các composit cốt sợi ngắn , có tính chất cơ lý thấp hơn. Nhựa nền cũng có tính
chất thấp hơn. Các sản phẩm làm từ composit kỹ thuật bao gồm : vỏ tàu , ca
nô , otô bồn tắm , bể chứa
V- Các vật liệu thành phần của composit
Thành phần chính của composit là nền và vật liệu tăng cờng(cốt). Ngoài
ra còn có chất đóng rắn , chất độn và một số chất màu (nếu cần).Vật liệu cốt
giúp cho composit có khả năng chịu lực cao hợn .Vật liệu nền đóng vai trò
liên kết vật liệu cốt với nhau và truyền lực cơ học tới chúng , cũng nh bảo vệ
cốt chống chọi với môi trờng xung quanh.[3]
7
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
1. Cốt
Trong toàn khối composit xét về mặt sắp xếp thì cốt phân bố không liên
tục. Về mặt bản chất cốt có thể rất đa dạng tuỳ thuộc vào tính chất của
composit cần chế tạo. Trong thực tế cốt có thể bằng kim loại ( thép không rỉ,
vofram, molipden) , bằng chất vô cơ ( bo , cacbon , thuỷ tinh , gốm) và
bằng chất hữu cơ ( polyamit thơm, nhựa epoxy). [1]
Hình dạng, kích thớc, hàm lợng và sự phân bố cốt là những yếu tố ảnh hởng
mạnh đến tính chất của composit .
Một số dạng thức phân bố cốt trong không gian : cốt hoá một chiều (tuyến
tính ), cốt hoá hai chiều ( mặt), cốt hoá ba chiều ( khối).
Về đặc tính của từng loại cốt xem phần 2.2.
2. Nền [1]
Trong composit nền đóng vai trò chủ yếu sau đây:
- Liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối thống nhất .
- Tạo khả năng để tiến hành các phơng pháp gia công vật liệu composit thành
các chi tiết theo thiết kế.
- Che phủ , bảo vệ cốt tránh các h hỏng cơ học và hoá học do tác dụng của

môi trờng ngoài.
Nền có thể là các vật liệu rất khác nhau . Về cơ bản ngời ta có thể phân loại
nền thành 4 nhóm :polyme , kim koại , gốm và hỗn hợp. Đặc tính của từng
loại nền xem phần 2.1.
3. Tơng tác giữa nền và cốt
Nền và cốt đợc kết hợp thành khối composit thống nhất thông qua liên
kết tại vùng ranh giới pha.Về nguyên tắc giữa nền và cốt trong khối composit
ở điều kiện làm việc bình thờng không xảy ra hiện tợng khuếch tán hoà tan lẫn
nhau.Tuy vậy tuỳ thuộc vào qui trình công nghệ chế tạo ,hệ thống có thể trải
qua các trạng thái nhiệt độ , áp suất cao thuận lợi về mặt nhiệt động học cho
các tơng tác khác nhau giữa nền và cốt xảy ra.[1]
3.1. Các dạng tơng tác giữa nền và cốt .[1]
Theo đặc điểm ngời ta phân loại tơng tác nền cốt thành 3 dạng cơ bản
sau:
- Nền và cốt không hoà tan lẫn nhau và không tạo thành hợp chất hoá học.
VD : Các composit Al-B, SiC-Al
- Nền và cốt tơng tác tạo dung dịch rắn với độ hoà tan rất nhỏ và không tạo
hợp chất hoá học.
8
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
VD: Các composit :Nb-W, Ni- W
- Nền và cốt tơng tác với nhau tạo hợp chất hoá học .
VD: Các composit :Al-SiO
2
, Ti-Al
2
O
3
, Ti-SiC
Tuỳ thuộc vào dạng tơng tác , giữa nền và cốt sẽ hình thành mối liên kết

nhất định . Độ bền của composit chịu ảnh hởng rất mạnh vào độ bền liên kết
cốt- nền.
3.2. Các kiểu kiên kết giữa cốt nền .[1]
Trong vật liệu composit , tồn tại 6 kiểu liên kết cơ bản sau:
*Liên kết cơ học (hình vẽ 1.2a ):
Liên kết này thực hiện nhờ khớp nối thuần tuý cơ học giữa nền và cốt
thông qua độ mấp mô bề mặt hpặc do lực ma sát.
*Liên kết nhờ thấm ớt (hình vẽ 1.2b):
Liên kết này thực hiện nhờ năng lợng sức căng bề mặt . Đối với các
composit tạo ra kiểu liên kết cơ học , khi tiến hành quy trình chế tạo , nếu pha
nền dợc nung chảy và thấm ớt với cốt thì bao giờ cũng xảy ra quá trình khuếch
tán hoà tan lẫn nhau giữa chúng dù là rất nhỏ.Sức căng bề mặt trên ranh giới
nền- cốt sau khi pha nền đông đặc chính là yếu tố quyết định của kiểu liên kết
sau này .
*Liên kết phản ứng (hình vẽ 1.2c)
Liên kết phản ứng xuất hiện khi trên ranh giới nền- cốt xảy ra tạo phản
ứng tạo hợp chất hoá học dạng mfx. Đặc tính của hợp chất mới tạo thành này
ảnh hởng quyết định đến độ bền liên kết giữa cốt và nền .
*Liên kết phản ứng phân đoạn (hình vẽ1.2d)
Đặc điểm của kiên kết này là phản ứng tổng thể xảy ra theo nhiều giai
đoạn , trong đó có một giai đoạn không chế tốc độ tạo ra liên kết.
*Liên kết oxyt (hình vẽ 1.2e)
Liên kết trong composit dạng này thực hiện do tạo ra các sản phẩm phản
ứng ở dạng màng oxyt (Mox).
*Liên kết hỗn hợp
Liên kết này là hỗn hợp của các kiểu liên kết xuất hiện trong composit
mà tơng tác giữa nền và cốt phụ thuộc mạnh vào quá trình chế tạo hoặc sử
dụng.
9
0

0
0
0
90
0
45
0
-45
0
-45
0
45
0
90
0
0
0
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
VI- Cấu trúcvà tính chất của composit .
1. Cấu trúc vật liệu composit .
Xét về mặt cấu trúc , vật liệu composit đợc chia thành một số loại nh
sau:composit nhiều lớp , composit ba lớp.
1.1. Composit nhiều lớp .
Vật liệu đợc tổ hợp từ các lớp sợi hay vải đồng phơng ; phơng của sợi
hoặc vải trong mỗi lớp không nhất thiết phải giống nhau ( hình vẽ 1.3 )
Vật liệu cốt của mỗi lớp vật liệu có bản chất rất khác nhau : có thể là xơ ,
vải thuỷ tinh , cacbonViệc lựa chọn vật liệu cốt của các lớp vật liệu phụ
thuộc vào ngời sử dụng sao cho thoả mãn cao nhất tính chất bền , cứng khi
chịu tải trọng .
Nếu so sánh các kiểu sắp xếp của vật liệu cốt , ta thấy:

-Các lớp đồng phơng cho cơ tính cao theo phơng của sợi.
-Các lớp mat(sợi rối) chịu kéo kém, do đó nên bố trí tại vùng chịu nén.
-Vật liệu composit lớp vuông dễ bị tách lớp.
-Khi tăng cờng theo cả 3 phơng, ta sẽ đợc vật liệu á- đẳng hớng. [3]
10
Hình 1.2: Các kiểu liên kết giữa nền và cốt
Lớp mặt
Lớp lõi
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
1.2. Vật liệu composit ba lớp(hình 1.4) .[3]
Vật liệu composit ba lớp gồm có:
-Lõi ( vật liệu hoặc kết cấu nhẹ nhng chịu nén tốt)
-2 lớp vỏ ( có khả năng chịu nén cao).
Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào mục đích của ngời sử dụng và điều
kiện của ngời làm việc( chế độ nhiệt, môi trờng, giá thành ).
Ngời ta hay sử dụng các loại vật liệu sau:
+Lõi đặc bằng: gỗ hoặc bông tấc, mút, chất dẻo tăng cờng bởi các vibi
bông thuỷ tinh.
+Lõi rỗng hoặc tổ ong bằng: hợp kim nhẹ, giấy tẩm nhựa, giấy
polyamit
+ Vỏ là vật liệu nhiều lớp ( thuỷ tinh, cacbon) hoặc tấm hợp kim nhẹ.
2. Một số yếu tố ảnh hởng tới tính chất của composit cốt sợi:
Tính chất của composit phụ thuộc vào nhiều yếu tố: bản chất của vật liệu
cốt và nền, độ bền liên kết nền-cốt trên ranh giới, sự phân bố và định hớng sợi,
kích thớc- hình dạng của cốt, tỷ lệ nền-cốt ( tỷ lệ thể tích và tỷ lệ khối lợng)
[1]
2.1. Tỷ lệ nền-cốt. [3]
Tỷ lệ tơng đối của vật liệu cốt và vật liệu nền là một yếu tố quan trọng
bậc nhất, nó quyết định cơ tính của vật liệu composit . Tỷ lệ này có thể biểu
diễn qua tỷ lệ thể tích hoặc tỷ lệ khối lợng.

* Tỷ lệ thể tích (V
i
):
11
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Ta khảo sát mộtkhối vật liệu composit (v
c
) chứa một khối sợi (v
s
) và khối
vật liệu nền (v
n
) . Khi đó tỷ lệ thể tích của sợi sẽ là:

c
s
s
v
v
V =
,
Và tỷ lệ thể tích của vật liệu nền sẽ là :
c
n
n
v
v
V =
. Với V
n

= 1- V
s
, do đó v
c
= v
s
+ v
n
* Tỷ lệ khối lợng (M
i
):
Từ khối lợng của composit (m
c
), khối lợng sợi (m
s
) và khối lợng vật liệu
nền (m
n
), ngời ta cũng định nghĩa tỷ lệ khối lợng tơng tự nh trên.
Giữa khối lợng và thể tích có quan hệ:
m
c
= v
c
.
c
; m
s
= v
s

.
s
; m
n
= v
n
.
n
; ( trong đó
i
là khối lợng riêng).
Khối lợng tổng cộng của vật liệu composit là:
m
c
= m
s
+ m
n
hay v
c
.
c
= v
s
.
s
+ v
n
.
n

suy ra :
c
= V
s
.
s
+ V
n
.
n
hoặc
c
= V
s
.
s
+ ( 1-V
s
).
n
.
Từ quan hệ : v
c
= v
s
+ v
n
ta có:
n
n

s
s
c
c
mmm

+

=

.
Từ đó ta biểu diễn tỷ trọng qua khối lợng riêng:
n
n
s
s
c
MM
1

+

=
Từ định nghĩa: M
s
=
c
s
m
m

=
s
c
s
cc
ss
V.
v.
v.


=


M
n
=
n
c
n
V.


ta tìm đợc quan hệ ngợc: V
s
=
s
s
c
M.

; V
n
=
n
n
c
M.


Đối với một composit cốt sợi xác định, nếu coi liên kết nền-cốt là hoàn
hảo thì cơ tính của vật kiệu đó chịu ảnh hởng trực tiếp của các yếu tố nh : sự
phân bố, kích thớc, hình dạng và hàm lợng của cốt sợi.
2.2 ảnh hởng của yếu tố hình học sợi đến tính tính chất của composit [1]
12
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Cốt sợi có thể đợc phân bố và định hớng theo các phơng án khác nhau
tuỳ thuộc yêu cầu đề ra đối với composit. Để khảo sát ngời ta phân biệt 2 kiểu
phân bố sau:
- Phân bố một phơng, trong đó tất cả các sợi đều định hớng song song
thống nhất theo một phơng ( hình vẽ1.5a).
- Phân bố nhiều phơng: Theo cách này sợi có thể đợc phân bố dới dạng
mat tức là phân bố rối, hoàn toàn ngẫu nhiên trên một mặt, tơng tự nh tấm
dạ phớt (hình vẽ1.5b).
Cũng có thể sợi đợc dệt quấn theo 2 chiều ( hình vẽ1.5c) và 3 chiều tơng
ứng vuông góc ( hình vẽ1.5d).
Hình 1.5 : Sơ đồ phân bố cốt sợi
a) Một chiều song song
b) Ngẫu nhiên, rối trong một mặt

c) Dệt hai chiều vuông góc trong một mặt
d) Đan , quấn ba chiều vuông góc
Độ bền của composit cốt sợi một phơng theo phơng vuông góc với trục
cốt rất nhỏ. Trờng hợp phân bố theo kiểu nhiều phơng (dạng mat hoặc dệt 2
chiều) thì độ bền kéo sẽ nhỏ nhất theo chiều vuông góc với mặt phân bố sợi.
Nếu sợi đợc quấn theo 3 chiều vuông góc thì composit sẽ có độ bền đồng thời
lớn nhất theo cả 3 chiều tơng ứng đó.
Yếu tố hình học của sợi bao gồm hình dáng, kích thớc chiều dài và đờng
kính có ảnh hởng rất lớn đến tính chất của composit .
Dới đây ta sẽ phân tích tính chất của các composit cốt sợi một phơng khi
thay đổi yếu tố hình học của sợi.
2.2.1 Cốt sợi liên tục ( Độ dài cốt sợi vô tận). [1]
Để tiến hành phân tích, giả thiết composit khảo sát thảo mãn một số điều
kiện sau:
-Cốt sợi dài vô tận, phân bố đếu và định hớng theo một chiếu song song
-Thành phần và tổ chức vật liệu nền, cốt phải hoàn toàn đông nhất.
13
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
-Liên kết nền- cốt đợc thực hiện 1 cách hoàn hảo, đảm bảo sự biến dạng
của cốt và nền xảy ra đồng thời, tơng hợp cho đến khi phá huỷ, tức là:
composit
=
nền
=
sợi
.
Khi đặt tải trọng theo chiều song song với trục sợi, từ điều kiện liên kết
hoàn hảo giữa nền và cốt ta có: (hình vẽ 1.6)
P
c

= P
n
+ P
s
(1)
Hoặc (
b
)
c
.F
c
=
b
.F
n
+
b
.F
s
(2)
biến đổi tiếp ta đợc: (
b
)
c
= V
s
. (
b
)
s

+ (1- V
s
). (
b
)
n
(3)
Trong đó:
F
c
,F
n
, F
s
: diện tích tiết diện ngang tổng cộng tơng ứng của composit, nền,
sợi.

b
: ứng suất tác dụng tại thời điểm cốt sợi bị đứt, với = .E.
Vậy (3) tơng đơng: E
c
= V
s
. E
s
+ (1- V
s
).
n
n

d
d


(4)
Trong đó:
n
n
d
d


là độ nghiêng của đờng cong biến dạng kéo nền xác định tại
giá trị
n
.
Khi giá trị
n
nằm trong vùng đàn hồi của đờng cong kéo,
n
n
d
d


có giá trị
bằng modun đàn hồi của nền E
n
.
Vậy trong vùng đàn hồi, biểu thức (4) có dạng:

E
c
= V
s
.E
s
+ V
n
.E
n
(5)
Kết hợp (1) với (5) ta đợc:
nn
ss
n
s
E.V
E.V
p
p
=
(6)
Đối với composit có nền dẻo tốt hơn bao giờ cũng tồn tại một giá trị
min
s
V
ứng với các giá trị V
s
<
min

s
V
sự phá huỷ các sợi cốt không dẫn tới sự phá huỷ
tức khắc vật liệu composit. Trong trờng hợp này, hàm lợng quá nhỏ của cốt đã
không đủ để gây ra hiệu ứng hoá bền. Nếu đặt tải trọng vào mẫu composit thì
toàn bộ tải sẽ tác dụng lên nền và làm mẫu biến dạng. Quá trình biến dạng
đồng thời của cốt sợi và nền xảy ra cho tận đến khi độ dãn dài của mẫu bằng
14
B
i
ể
u

t
h
ứ
c

(
2
.
3
)
B
i
ể
u

t
h

ứ
c

(
2
.
5
)
ứng suất

n
b
s

min
s
*

% Thể tích
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
độ dãn dài phá huỷ của sợi (
sợi
). Lúc này, nếu lực vẫn tiếp tục tác dụng thì
toàn bộ số sợi ít ỏi sẽ bị phá huỷ ( đứt). Tuy vậy, mẫu vẫn tiếp tục biến dạng và
sự phá huỷ cuối cùng chỉ xảy ra khi độ biến dạng mẫu đạt tới giá trị độ biến
dạng phá huỷ của nền (
n
).
Nh vậy, độ bền kéo của composit ứng với V
s

<
min
s
V
bằng độ bền kéo của
nền nhân với phần trăm thể tích của nó chiếm, tức là:
(
b
)
c
= (1- V
s
). (
b
)
n
(7)
Để các cốt sợi phát huy vai trò hoá bền của chúng, hàm lợng cốt ít nhất
cần phải đạt giá trị tới hạn
*
s
V
. Bắt đầu từ hàm lợng cốt tới hạn này giới hạn
bền kéo của composit sẽ bằng và vợt quá giới hạn bền kéo của nền, tức là
(
b
)
c
>(
b

)
n
(8)
Kết hợp (3) và (8) ta xác định đợc hàm lợng thể tích của sợi
*
s
V
:
( )
[ ]
( )
[ ]
n
s
b
n
n
b
*
s
V


=
(9).
Ta có thể biểu diễn
bằng hình vẽ 1.7:
Sự phụ thuộc vào hàm lợng cốt củađộ bền composit cốt sợi một phơng nền dẻo
15

Sợi
Nền




B C
A
D
q.l
2l
c)
b)
a)
d)
S
ợ
i
C
o
m
p
o
z
i
t
N
ề
n

b
s
c
b

n
b

n

S
ợ
i
C
o
m
p
o
z
i
t
N
ề
n




n
n

b
s
b
c
b
E =E
sc
Biến dạng Biến dạng
c
E =E
s
ứng suất
ứng suất
a) b)
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Đờng cong biến dạng kéo
của composit cốt sợi nền dẻo
Nhận xét:
Trong cả 2 trờng hợp, nền dẻo cũng nh nền giòn, độ dài phá huỷ của
composit hoàn toàn phụ thuộc vào độ dãn dài phá huỷ của sợi.
2.2.2 Độ dài cốt sợi có hạn. [1]
Trong thực tế các sợi cốt thờng có chiều dài giới hạn, do vậy cần phải
tính đến hiệu ứng đầu mút. Đó là hiệu ứng phụ thuộc vào yếu tố hình học
sợi cốt, gây ảnh hởng rất mạnh đến độ bền của composit ( hình vẽ 1.8)

Từ hình vẽ trên ta thấy, dới tác dụng của ứng suất đặt vào, sự biến dạng
của nền dừng lại ở đầu mút sợi. Điều này cũng có nghĩa là tại vùng đầu mút
sợi, hiện tợng truyền tải từ nền sang cốt không xảy ra. Nếu sợi ngắn quá ( nhỏ
hơn độ dài tới hạn L
th

) thì dù cờng độ của lực tác dụng lên mẫu composit có
tăng lên bao nhiêu đi chăng nữa ứng suất truyền sang cốt cũng không thể vợt
quá giới hạn bền của sợi để phá đứt nó. Lúc này chỉ có thể xảy ra khả năng là
khi cờng độ lực tác dụng đủ lớn, vợt quá giới hạn cho phép, nó sẽ kéo nguyên
vẹn sợi cốt tuột ra khỏi nền. Nh vây độ bền các sợi cốt không đợc tận đụng và
kết quả là composit rất kém bền. Chỉ trong trờng hợp chiều dài sợi vợt quá độ
16
Đờng cong biến dạng kéo của
composit cốt sợi nền giòn với V
s
>V
s
Hình 1.8:
Sơ đồ biến
dạng nền
khi đặt tải
trọng vào
composit
cốt sợi
ngắn.
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
dài tới hạn thì nó mới bị phá huỷ trong mẫu composit khi lực tác dụng vợt quá
giới hạn cho phép và lúc này vai trò hoá bền của sợi cốt mới đợc phát huy.
2.3. ảnh hởng của định hớng cốt sợi. [1]
Do đặc điểm phân bố của sợi trong nền, tính dị hớng của composit cốt
sợi thể hiện rất rõ rệt. Vì vậy, cơ tính của composit loại này phụ thuộc rất
mạnh vào sự định hớng của sợi so với chiều ứng suất đặt vào.
Dới đây ta chỉ khảo sát một số trờng hợp đặc trng.
2.3.1. composit cốt sợi liên tục.
Khảo sát trờng hợp mẫu composit có hàm lợng cốt bằng V

s
, chịu tác
dụng của ứng suất theo chiều vuông góc với cốt nh hình vẽ sau:
Sử dụng phơng pháp mô hình tơng tự ta khảo sát composit này thông qua
mẫu hình khối chiều rộng l
o
. Khối này gồm 2 lớp: lớp nền có chiều dày (1-
V
s
).l
o
và lớp sợi có chiều dày V
s
.l
o
.
ứng suất
y
tác dụng lên composit cũng là ứng suất tác dụng lên nền và lên
sợi. Dới tác dụng của ứng suất này, mẫu composit bị biến dạng một đoạn bằng
l. Ta có:
l =
s
.V
s
l
o
+ (1-V
s
).

n
l
o
(1)
hoặc
y
=
=

o
l
l

s
.V
s
+ (1-V
s
).
n
(2)
Mặt khác:
s
=
s
y
E

;
n

=
n
y
E

;
y
=
yc
y
)E(

; (3)
Kết hợp (2), (3) ta có
17
y

y

y
x
z
lo
Z
Y

y

y
(1-Vs).lo

V
s
.l
o
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
n
s
syc
E
V1
E
V
)E(
1
+=
(4)
hoặc:
snns
ns
yc
E.VE.V
E.E
)E(
+
=
(5)
Biểu thức (5) chính là giới hạn dới của modun đàn hồi của composit hạt thô.
2.3.2 Composit cốt sợi ngắn. [1]
Ta khảo sát trờng hợp sợi ngắn phân bố hoàn toàn ngẫu nhiên vô trật tự nh
hình vẽ:

Biểu thức quy tắc hỗn hợp đối với mudun đàn hồi đợc biểu thị nh sau:
E
c
= k.E
s
.V
s
+ E
n
.V
n
(1)
Trong đó:
k: là tham số hiệu quả hoá bền, giá trị của nó phụ thuốc vào V
s
, và tỷ lệ
n
E
E
, dao động trong khoảng 0,1-0,6.
Bảng sau trình bày tham số hiệu quả hoá bền của một số composit sợi
ngắn ứng với các trờng hợp định hớng khác nhau giữa sợi và ứng suất:
Định hớng sợi Chiều ứng suất K
Tất cả các sợi song song Song song với sợi
Vuông góc với sợi
1
0
Phân bố ngẫu nhiên, đồng
nhất trong một mặt
Theo phơng bất kỳ trong mặt

chứa sợi
3/8
Phân bố ngẫu nhiên và đồng
nhất theo 3 chiều không gian
Theo phơng bất kỳ 0,2
Nhờ những u điểm lớn nh tạo hình dễ dàng các chi tiết phức tạp, giá
thành sản phẩm thấp, quy trình công nghệ chế tạo vừa phải dễ cập nhật, ngày
18
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
nay composit cốt sợi ngắn (có định hớng hoặc ngẫu nhiên) đã trở thành một
trong những vật liệu mới đợc đặc biệt chú ý nghiên cứu chế tạo và ứng dụng
VI. Các phơng pháp chế tạo vật liệu composit
VI.1. Một số phơng pháp chế tạo vật liệu composit vô cơ
1. Nấu chảy kim loại nền sau đó rót vào khuôn chứa cốt.
Nội dung phơng pháp:
-Đa các sợi cốt composit vào khuôn.
-Nấu chảy kim loại nền rồi rót vào khuôn.
Nhợc điểm của phơng pháp này là khả năng bám dính của kim loại nền vào
sợi cốt bị hạn chế.
2. Phơng pháp bột.
Kim loại nền đợc chuẩn bị ở dạng bột. Sợi cốt đợc trộn lẫn với kim loại ở
dạng bột thành hỗn hợp. Hỗn hợp này đợc ép và thiêu kết để tạo ra composit.
Nhợc điểm của phơng pháp này là quá trình ép có thể ảnh hởng xấu tới
tính chất của sợi cốt.
3. Phơng pháp ép nóng với sợi cốt có lớp phủ.
Phơng pháp này về cơ bản giống phơng pháp luyện kim bột.
Điểm khác biệt là sử dụng sợi cốt có phủ một lớp kim loại khác trên bề
mặt. Kim loại để phủ sợi cốt sẽ có tác dụng bảo vệ cốt trong quá trình ép cũng
nh đóng vai trò liên kết giữa cốt và nền.
4. Phơng pháp trộn nóng.

Trớc khi trộn sợi cốt và bột kim loại nền đợc nung nóng trớc.
u điểm của phơng pháp này là khắc phục đợc lớp phân cách giữa cốt và nền.
19
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
5. Phơng pháp phun phủ.
Sợi cốt trớc khi đem trộn đợc tiến hành phun phủ một lớp kim loại mỏng
bên ngoài. Lớp phủ có tác dụng làm thay đổi tính chất bề mặt của sợi cốt.
VI.2. Một số phơng pháp chế tạo vật liệu composit hữu cơ.[3]
1.Đúc không áp lực
Đúc nguội, không cần ép là kỹ thuật đơn giản cho phép chế tạo các chi
tiết bằng vật liệu composit sợi thuỷ tinh.
1.1.Đúc tiếp xúc
Đây là phơng pháp cổ và đơn giản nhất. Khuôn có thể lồi lõm.
Nội dung phơng pháp:
Vật liệu nền và cốt đợc con lăn dát thành tấm theo hình dạng của thành khuôn
dới tác dụng của lực ép giữa con lăn và bề mặt của khuôn
1.2.Đúc bắn đồng thời.
Phơng pháp này cho phép chế tạo hang loạt các chi tiết, giá thành hạ. ph-
ơng pháp này chỉ dùng sợi vụn, ngắn mà không dùng cốt vải. Do đó cơ tính
của vật liệu composit tạo thành không cao. Sợi vụn và nhựa đợc bắn đồng thời
thẳng góc xuống khuông nhờ các sung chuyên dụng
1.3.Đúc chân không.
Gồm có:
- Đúc chân không dạng túi: khuôn đợc làm bằng vật liệu cứng, trớc tiên
tạo lớp lót, sau đặt cốt vải và cấp nhựa. Bơm chân không làm giảm áp suất
giúp cho nhựa đợc trải đều và đẩy bọt khí ra khỏi nhựa.
- Đúc hút: Vật liệu cốt và nền đợc hút vào trong khoảng trống giữa 2 chi
tiết khuôn đúc: khuôn trên và khuôn dới.
Phơng pháp này cho phép tạo những chi tiết tròn xoay và dạng côn.
2. Đúc áp lực( đúc ép)

2.1.Đúc phun nhựa
Vải đơc đăt giữa 2 chi tiết khuôn đúc, phun nhựa nhờ áp lực, nhựa thấm
vào cốt.
2.2. Đúc nguội nhờ áp lực.
20
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
áp lực đúc nhỏ hơn 5 atm, không cần sấy nóng khuôn đúc. Vật liệu cốt
và nhựa đợc đặt vào khuôn đúc đã có lớp lót và phụ gia giúp cho việc dỡ
khuôn dễ dàng. Đóng khuôn trên và khuôn dới rồi ép.
2.3. Đúc có nhiệt độ.
Vật liệu cốt( sợi rối, sợi ngắn hoặc dài, vải ) đợc đặt vào khuôn nóng. Ngời ta
cũng có thể ép nguội sau đó ép nóng dới tải trọng và ở nhiệt độ xác định.
Giải pháp này cho phép sử dụng một tỷ lệ khối lợng vật liệu cốt khá cao, do
đó vật liệu tạo ra có cơ tính cao.
3. Đúc liên tục
Phơng pháp này thờng đợc sử dụng để chế tạo các tấm phẳng, tấm lợn
sóng, tấm có gân
Sơ đồ: Vật liệu cốt (sợi, mat,vải) đợc tẩm thấm bằng vật liệu nền tạo
hình (cán) gia nhiệt (nhiệt độ tuỳ thuộc từng loại vật liệu làm nền) làm
nguội cắt.
4. Kéo định hình
Phơng pháp này đợc sử dụng để chế tạo các tấm dạng phẳng hoặc cong,
tiết diện không thay đổi và có độ bền cao.
Vật liệu cốt đợc đi qua bể chứa nhựa và đợc tẩm thấm ở đấy. Sau đó vật liệu
cốt đi qua khuôn chuốt đã sấy nóng trong lò. Quá trình tạo hình xảy ra đồng
thời với quá trình polyme hóa của nhựa.
5. Đúc ly tâm
Phơng pháp này thờng để chế tạo các chi tiết tròn xoay: ống, thùngNg-
ời ta đa vật liệu cốt ( mat, sợi ngắn) và nhựa vào khuôn đúc bằng thép cứng
sau đó cho khuôn đúc quay (~2000 vòng/phút). Các chi tiết chế tạo bằng đúc

ly tâm có mặt ngoài bóng và đều.
6. Phơng pháp quấn ống.
Vật liệu cốt( sợi dài, băng tải) đã đợc tẩm nhựa có xúc tác đợc quấn với lực
căng nhỏ trên một tang hình trụ hoặc tròn xoay.
Phơng pháp này rất phù hợp với các chi tiết , kết cấu mặt trụ và cầu vật
liệu thu đợc có cơ tính cao vì nó có thể chứa 80 % khối lợng là chất tăng cờng
(cốt).
Phần II-Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả
21
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
I-Nhiệm vụ nghiên cứu
Trong khuôn khổ của một bản luận án tốt nghiệp đại học , bản luận án này
có nhiệm vụ nghiên cứu tổng hợp vật liệu, khảo sát tính chất và khả năng liên
kết tạo vật liệu composit của một loại thuỷ tinh có tính chất sinh học tốt với
một số vật liệu khác nhau.
Thuỷ tinh đợc lựa chọn nghiên cứu thuộc hệ :
Na
2
O-CaO-P
2
O
5
-SiO
2

Trên cơ sở thành phần hoá học thích hợp và có chứa P
2
O
5
, thuỷ tinh này có

khả năng tơng tác sinh học cao khi đợc cấy ghép vào cơ thể sống. Tuy nhiên
hệ thuỷ tinh này có nhợc điểm là độ bền cơ thấp .Vì vậy nó ít khi đợc sử dụng
độc lập làm vật liệu y sinh , mà thờng đợc sử dụng kết hợp với các vật liệu
khác để tạo ra các hệ vật liệu composit y sinh.[5]
Bản luận án này tập trung nghiên cứu các nội dung chính sau đây:
-Nghiên cứu xác định điều kiện công nghệ nấu thuỷ tinh .
-Nghiên cứu xác định tính chất của thuỷ tinh .
-Nghiên cứu khả năng liên kết của thuỷ tinh với một số cốt liệu khác nhau.
Để chế tạo vật liệu composit , các vật liệu đợc dùng làm cốt gồm:
+ Cốt sợi kim loại : sợi rối ( sợi Cr-Ni) , dạng lới (Inox).
+ Cốt sợi đợc dệt thành vải từ sợi SiC .
+Cốt là gốm thuỷ tinh bền cơ cao.
+Cốt là vật liệu gốm có khả năng chịu đợc nhiệt độ cao.
II-Nghiên cứu thực nghiệm và kết quả
II.1-Các phơng pháp nghiên cứu
1. Phơng pháp nhiễu xạ Rơnghen[7]
Phơng pháp này đợc sử dụng để xác định các pha tinh thể trong gốm
thuỷ tinh .
Nguyên tắc :
Khi chiếu một chùm điện tử công suất lớn vào tinh thể thì phầ lớn các
điện tử đi qua và có một số ít các điện tử bị phản xạ quay trở lại do gặp các
nguyên tử của tinh thể . Các tia phản xạ sẽ giao thoa tạo các vân giao thoa.Tai
các vị trí giao thoa đạt cực đại thì các đại lợng : góc tới của tia Rơnghen (),b-
ớc sóng của chùm tia Rơnghen(), thông số mạng(d) thoả mãn phơng trình
Wulf-Bragge:
22
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
2d.sin =n. d=

sin.2
.n
Mỗi loại tinh thể có một thông số mạng cụ thể tơng ứng với các giá trị
( n,

,

) duy nhất đợc xác định khi có giá tri của d. Khi phân tích Rơnghen
ta sẽ biết đợc các giá trị của d đối với các loại tinh thể có trong hợp chất
nghiên cứu .Luôn có các giá trị d của các tinh thể chuẩn để có thể so sánh giá
trị d vừa tìm đợc.Dựa vào cờng độ của các cực đại giao thoa I so với các biểu
đồ chuẩn của riêng từng loại tinh thể ta đánh giá đợc hàm lợng của các tinh
thể có trong hợp chất nghiên cứu.
Thiết bị sử dụng là máy phân tích Rơnghen, khi chiếu chùm tia Rơnghen
có bớc sóng xác định vào mẫu hợp chất nghiên cứu ngời ta thu đợc cờng độ
chùm tia phản xạ I. Sau đó biểu diễn sự thay đổi của chùm tia phản xạ thay
đổi theo sự thay đổi của góc 2, biểu đồ này gọi là biểu đồ Rơnghen
Thông qua các peak nhiễu xạ thu đợc, ngời ta có thể xác định:
- Có các loại tinh thể nào đợc hình thành ở hệ gốm thuỷ tinh nghiên cứu.
- Diễn biến kết tinh của các pha tinh thể trên theo nhiệt độ.
Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơnghen mẫu gốm thuỷ tinh 900
o
C , lu 1 giờ, đợc
thể hiện trong hình trang sau:
Từ biểu đồ trên ta thấy : hệ thuỷ tinh nghiên cứu khi ủ kết tinh sẽ tạo ra
các tinh thể SilicatCaxi, PhôtphatCanxi, phlogopit, SiO
2
.Trong đố các tinh thể
PhotphatCaxi, Phlogopit có tác dụng sinh học rất tốt.Đây là điều mà ta mong
muốn. Tuy nhiên , sự phát triển của các tinh thể này cha đợc tốt, thể hiện ở giá

tri d còn nhỏ.Nguyên nhân có thể là do chế độ ủ kết tinh cha hợp lý.
2. Phơng pháp hiển vi điện tử[7]
Hiển vi điện tử là phơng pháp cho độ phóng đại và phân giải cao để phân
tích cấu trúc sản phẩm.
Nguyên tắc: Mẫu trớc khi chụp đợc đa vào máy gia công mẫu. ở đây mẫu đợc
làm sạch bề mặt và phủ một lớp AgNO
3
lên để tăng cờng phản xạ trong 15
phút. Sau đó mẫu đợc đa vào thiết bị chụp với độ phóng đại khác nhau.
3. Xác định tính chất của thuỷ tinh[6]
3.1. Mật độ thuỷ tinh:
Xác định bằng phơng pháp cân thuỷ tĩnh tại bộ môn Silicat- ĐHBKHN.
23
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
Đối với thuỷ tinh nghiên cứu, khối lợng mẫu sau khi luộc sôi 3 giờ và làm
nguội 1 giờ xấp xỉ với khối lợng mấu khô. Sự chênh lệch đó rất nhỏ do các hạt
nớc li ti bám trên bề mặt mẫu.
Dựa vào công thức xác định độ xốp, độ hút nớc:
(%)100.
GG
GG
X
32
12
bk


=
,
(%)100.

G
GG
W
1
12

=
)cm/g.(
GG
G
3
32
1
v

=
Trong đó:
X
bk
, W,
v
là độ xốp biểu kiến, độ hút nớc, khối lợng thể tích
G
1
: khối lợng mẫu khô cân trong không khí ( g)
G
2
: khối lợng mẫu ngấm đầy nớc cân trong không khí (g)
G
3

; khối lợng mẫu ngấm đầy nớc cân trong nớc (g)
Dựa vào công thức trên ta có thể kết luận rằng thuỷ tinh có độ xốp, độ
hút nớc bằng 0. Vậy theo phơng pháp này ta có thể xác định đợc khối lợng
thể tích của thuỷ tinh ( kể cả bọt kín trong thuỷ tinh). Công thức xác định mật
độ thuỷ tinh:
)cm/g(.
GG
G
3
n
32
1
tt


=

Trong đó:

n
là khối lợng riêng của nớc ở 25
o
C (0,998 g/cm
3
)
3.2. Phơng pháp xác định độ bền uốn :
Cờng độ uốn đợc xác định:
2
u
bh2

l.P.3
=
(KG/cm
2
)
Trong đó:
P: áp lực ép (KG)
l: khoảng cách giữa 2 trục tỳ (cm)
b: Chiều rộng của mẫu (cm)
h: chiều cao của mẫu (cm)
3.3. Phơng pháp xác định độ bền nén:
Độ bền nén là khả năng nén kháng của vật liệu.
Công thức xác định
24
Website: Email : Tel (: 0918.775.368
)cm/KG(
f
P
2
n
=
Trong đó:
P: áp lực ép (KG)
f: diện tích mặt mẫu thử (cm
2
)
3.4.Phơng pháp xác định hệ số dãn nở nhiệt:
Công thức xác định:
TA
)20T(

1
.
l
l
+


=
1/
0
C [6]
Trong đó:
: hệ số dãn nở nhiệt, 1/
0
C
l: độ dãn dài của mẫu đợc chỉ thị trên đồng hồ đo, mm
l: chiều dài ban đầu của mẫu, mm
T: nhiệt độ đốt nóng,
0
C

TA
: hệ số hiệu chỉnh tính đến sự dãn dài của thạch anh, 1/
0
C
3.5. Phơng pháp xác định độ bền hoá :
Độ bền hoá của thuỷ tinh là khả năng chịu đợc tác dụng phá hoại của các
tác nhân hoá học nh : axit, kiềm, nớc.
Trong bản luận án này chỉ xác định độ bền nớc của thuỷ tinh nghiên cứu.
Độ bền nớc đợc xác định bằng cách xác định lợng kiềm thôi ra từ thuỷ tinh

theo phơng pháp chuẩn độ.
II.2-Nghiên cứu nấu thuỷ tinh
1. Sơ đồ tổng hợp thuỷ tinh :
25
Lò ủ thuỷ tinh
Lò nấu thuỷ
tinh
Trộn ẩm
Các nguyên liệu
đầu
Định l ợng
Đúc khối
Đóng bánh phối
liệu
C a cắt mẫu