Giáo trình vật liệu điện và từ phần 1

GS.TS HOÀNG TRỌNG BÁ

.0000021491

G I Á O

V

Ậ

T

T R Ì N H

L

I

và cao

đẳng

Ệ

U

BIỆN VA Từ
(Dùng

cho

các

trường

đại học

GUYÊN
; LIỆU

n

ú

t

HA XUÀT BAN f # Ạl HỌC QUỐC GIA TP.HỔ CHÍ MINH

khối

công

nghệ)



PGS.TS. HOÀNG TRỌNG BÁ

G I Á O

TRÌNH

VẬT LIỆU ĐIỆN VÀ TỪ
•
•
•
(Sách dùng cho các lớp ngành điện hệ đại học và cao đẳng)

ĐẠIHỌGTHÁINGUYÊN
'TRŨNG TÂM HỌC LIỆU

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
THÀNH PHÔ HỒ CHÍ MINH



L Ờ I NÓI Đ Ẩ U

Cuốn "Giáo trình vật liệu điện và fù"'dùng để giảng dạy cho các lớp
hệ điện và điện tử bậc đại học, cao đẳng.
Giáo trình này có khác với các giáo trình trước nay đã sử dụng là tác
giả đưa ra một số khái niệm mới về phân loại vật liệu, đi sâu về cấu tạo
của vật liệu để người đọc hiểu sâu sắc hơn về tính chất của nó, từ đó sử
dụng vật liệu đúng chỗ hơn. Trong cuốn sách này, tác giả cũng đưa ra các
ký hiệu vật liệu theo tiêu chuẩn của các quốc gia khác, nhưng chủ yếu là
theo TCVN (Tiêu chuẩn Việt Nam), để các cán bộ kỹ thuật nhà máy có thể
đối chiếu trong các bản vẽ chế tạo các khí cụ và thiết bị điện. Tác giả cũng
chú trọng giới thiệu về các công nghệ chế tạo vật liệu, để từ đó các nhà
máy có thể kết hợp với những công nghệ chế tạo này và gia công các linh
kiện, khi cụ điện cho phù hợp với yêu cầu sử dụng. Vì công nghệ gia công
khác nhau và vật liệu có thành phần khác ít thôi cũng đủ làm cho các tính

chất vế điện và từ của khí cụ điện thay đổi nhiều.
Để giúp cho sinh viên và cán bộ giảng dạy có kiến thức về nghiên
cứu vật liệu điện, tác giả giới thiệu thêm các phương pháp nghiên cứu
những tính chất của vật liệu dưới dạng "Phần tham khảo" viết ỏ cuối mỗi
chương hoặc cuối trang của một số phần trình bày các tính chất vật liệu.
Cuốn giáo trình này có mượn một số đoạn của "Giáo trình vật liệu
điện" của tác giả Nguyễn Đình Thắng, mong tác giả Nguyễn Đình Thắng
thông cảm.
Sách có thể dùng để tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật của các xí
nghiệp chế tạo thiết bị và linh kiện điện.
Trong quá trình biên soạn, có thể còn nhiều điểm chưa sát với yêu
cầu thực tế của người học và người sử dụng, mong các bạn đọc đóng góp
ý kiến để lần tái bản có thêm nhiều điểm hoàn chỉnh hơn.
Tác giả

3



CHƯƠNG ì

KHÁI NIỆM VỀ CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT
CỦA VẬT LIỆU BIỆN - Từ

•

•

•

Tất cả các vật liệu dùng trong công nghiệp được sử dụng có thểở cả
3 trạng thái: rắn, lỏng và khí. ở trạng thái rắn như: sắt, thép, gỗ, đá, chất
dẻo, cao su V.V....Ở trạng thái lỏng như: xăng, dầu, rượu, benzen, nước,
glyxêrin v.v... ở trạng thái khí và hơi như: hơi nước quá nhiệt (có nhiệt độ
cao hơn 100°C), khí oxy (0 ), khí axêtylen dùng trong ngành hàn, khí
cacbonic (C0 ) đã được hóa lỏng dùng làm lạnh bia, nước ngọt v.v...
2

2

I. PHÂN LOẠI VẬT LIỆU
Các vật liệu ở trạng thái rắn dùng đế chế tạo các máy móc, công
trình, vật dụng dùng trong đời sống hàng ngày của con người. Các vật liệu
này có thể chịu được một lực tác dụng nhất định nào đó mà không bị thay
đổi hình dáng được gọi là vật liệu kết cấu. Vật liệu kết cấu có thể được
phân loại như sau:
1. Phân loại theo tính dẫn điện
Theo tính dẫn điện, vật liệu được chia thành:
- Vật liệu dẫn điện là các vật liệu có khả năng dẫn điện tốt trong các
điều kiện thông thường. Để phân biệt với các vật liệu không dẫn điện, người ta
phân biệt qua hệ số nhiệt điện trỏ suất, ký hiệu bằng chữ oe. Các vật liệu dẫn
điện thường là các kim loại nên có hệ số (X > 0, hay còn gọi là các vật liệu có
tinh kim loại. Ngoài ra còn có một số môi trường lỏng cũng dẫn điện.
- Vật liệu không dẫn điện, hay còn gọi là vật liệu cách điện là các
vật liệu có giá trị a < 0. thường là các vật liệu phi kim loại (không kim loại).
- Vật liệu bán dẫn là các vật liệu khi ở nhiệt độ thấp có tính cách
điên (a < 0), nhưng khi ở nhiệt độ cao trở thành dẫn điện (a > 0).
2. Phân loại theo từ tính
Theo tính chất từ, vật liệu được chia thành 3 loại căn cứ vào giá trị
... ,= , - ...

_
B
cua đô tham từ li. Độ thâm từ u = — .
hỉ
- Vật liệu nghịch từ là các vật liệu có độ thấm từ ụ <1.
- Vật liệu thuận từ các vật liệu có độ thấm từ | i >1.
5


- Vật liệu dẫn từ hay vật liệu sắt từ là các vật liệu có độ thấm từ ụ »1.
3. Phân loại theo cấu tạo bên trong
Tùy thuộc vào cấu tạo bên trong, vật liệu kết cấu được chia thành 3
loại: Vật liệu tinh thể, vật liệu vô định hình và vật liệu gốm. Theo sự phát
triển của khoa học hiện đại, người ta còn có thể phân thêm một loại mới có
cấu trúc cơ bản khác với các loại vật liệu kể trên là vật liệu compozit.
- Vật liệu tinh thể: Gồm các kim loại nguyên chất, các hợp kim và
các loại đá, các muối vô cơ. Vật liệu tinh thể là các vật liệu mà ỏ trạng thái
rắn, các nguyên tử của chủng luôn luôn được sắp xếp thèo một trật tự nhất
định gọi là mạng tinh thể. Trong dó, các kim loại và hợp kim như sắt,
nhôm, đổng, thép, gang, đuyara có tính kim loại, còn các loại đá và muối
như muối ăn (NaCI), đá vôi (CaC0 ), thạch cao (CaSOa) có cấu tạo mạng
tinh thể nhưng lại không có tính kim loại nên thuộc vật liệu phi kim loại.
3

- Vật liệu vô định hình: Các vật liệu mà các nguyên tử, phân tử của
chúng không sắp xếp theo mạng tinh thể. Hầu hết các vật liệu phi kim loại
(trừ đá và muối) đều ở dạng vô định hình như gỗ, chất dẻo, thủy tinh, vải,
amian v.v...
- Vật liệu gốm: Vật liệu mà cấu tạo bên trong gồm vừa có các tinh
thể vừa có một phần vật chất ỏ dạng vô định hình. Trong thiên nhiên vẫn

tồn tại các vật liệu gốm, nhưng tính chất không ổn định nên ít được sử
dụng trong công nghiệp. Vật liệu gốm công nghiệp chủ yếu là nhân tạo.
Để chế tạo vật liệu gốm kim loại hoặc phi kim loại, người ta chế tạo các hạt
tinh thể rất nhỏ gọi là bột, sau đó ép lại thành hình một sản phẩm nào đó
rồi nung nóng (gọi là thiêu kết) để các hạt bột dính lại với nhau tạo thành
sản phẩm. Do ép từ bột nên bên trong vật liệu gốm bao giờ cũng có những
lỗ hổng (lỗ bông) chứa không khí, vi vậy vật liệu gốm bao giờ cũng "xốp"
hơn các vật liệu khác. Độ xốp là điểm đặc biệt của vật liệu gốm.
- Vật liệu compozit: Một loại vật liệu nhân tạo mới được phát triển
vào giữa thế kỷ 20. Vật liệu compozit là vật liệu gồm 2 thành phần vật liệu
khác nhau phối hợp thành một vật liệu mới. Trong đó, loại vật liệu thứ nhất
gọi là vật liệu cốt, có nhiệm vụ chịu lực, còn vật liệu thứ hai gọi là vật liệu
nến, có nhiệm vụ liên kết các vật liệu cốt lại với nhau. Vật liệu compozit có
thể có tinh kim loại hoặc cũng có thể không có tính kim loại.
li. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
Như chúng ta đã biết, mọi vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử và
phàn tử. Nguyên tử là phần cơ bản của vật chất. Theo mô hình Bom,
nguyên tủ được cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích dương và các điện tử
(electron) mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ
đạo nhất định.
6


Hạt nhân của nguyên tử được tạo nên từ các hạt prôton và nơtron.
Nơtron là các hạt không mang điện, còn prôton có điện tích dương với số
lượng diện tích bằng z.q.
Trong đó:
J z -số lượng điện tử của nguyên tử đồng thời cũng là số thứ tự
của nguyên tố nguyên tử đó trong bảng tuần hoàn Menđêlêep.
/

q - điện tích của điện tử e (q =1,601.10" C). Prôton có khối lượng
bằng 1,67.10' kg, điện tử (e) có khối lượng bằng 9,1.10" kg.
19

c

27

31

ở trạng thái bình thường, nguyên tử được trung hòa về điện, nghĩa là
trong nguyên tử có tổng các điện tích dương của hạt nhân bằng tổng các
điện tích âm của các điện tử. Nếu vì lý do gì đó, nguyên tử mất đi một hay
nhiều điện tử thì nguyên tử sẽ trở thành tích điện dương, ta thường gọi là
ion dương. Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái trung hòa mà nhận
thêm điện tử thì trở thành tích điện âm và được gọi là ion âm.
Để có khái niệm về năng lượng của điện tử ta xét nguyên tử của
hydro. Nguyên tử này được cấu tạo từ 1 prôton và 1 điện tử.
Khi điện tử chuyển động trên quỹ đạo tròn bán kính r xung quanh hạt
nhân, thì điện tử sẽ chịu lực hút của hạt nhân f, và được xác định bởi công
thức sau:
(1-1)
Lực hút f, sẽ được cân bằng với lực ly tàm của chuyển động f :
2

Trong đó:
s m-khối lượng của điện tử.
/ V -tốc độ chuyển động của điện tử.
Từ (1-1) và (1-2) ta có:

f,= f hay:
2

(1-3)
Trong quá trình chuyển động, điện tử có một động năng T =

mv
2

và

một thế năng u = - — , nên năng lượng của điện tử sẽ bằng:
r
w =T+ u =- —
2r

(1-4)

7


Biểu thức (1-4) ở trên chứng tỏ mõi điện tử của nguyên tử có một
mức năng lượng nhất định, năng lượng này tỳ lệ nghịch vơi bán kính quỹ
đạo chuyển động của điện tử. Để di chuyển điện tử từ quỹ đạo chuyển
động bán kính r ra xa vô cùng cần phải cung cấp cho nó một năng lượng
ì
CỊ~
lớn hơn — .
2r
Năng lượng tối thiểu cung cấp cho diện tử, dể diện tử tách rời khỏi

nguyên tử và trở thành điện tử tự do người ta gọi là năng lượng lon hóa
(Wj). Khi bị ion hóa (bị mất điện tử), nguyên tử trỏ thành ion dương. Quá
trình biến nguyên tử trung hòa thành ion dương và điện tử tự do gọi là quá
trình lon hóa.
Trong một nguyên tử, năng lượng ion hóa của các lớp điện tử khác nhau
cũng khác nhau. Các điện tử hóa trị ngoài cùng có mức năng lượng ion hóa
thấp nhất vì chúng cách xa hạt nhân (xem công thức 1-4).
Khi điện tử nhận được năng lượng nhỏ hơn năng lượng ion hóa,
chúng sẽ bị kích thích và có thể di chuyển từ mức năng lượng này sang
mức năng lượng khác, song chúng luôn có xu thế trở về vị trí của trạng thái
ban đầu. Phần năng lượng cung cấp để kích thích nguyên tử sẽ được trả lại
dưới dạng năng lượng quang học (quang năng).
Trong thực tế, năng lượng lon hóa và năng lượng kích thích nguyên
lử có thể nhận được từ nhiều nguồn năng lượng khác nhau như nhiệt năng,
quang năng, điện năng; năng lượng của các tia sóng ngắn như tia a, p, Y
hay tia rơnghen v.v...
IU. CẤU TẠO PHÂN TỬ
Phân tử được tạo nên từ những nguyên tử thông qua các liên kết
phân tử. Trong vật chất tồn tại 4 loại liên kết sau:
1. Liên kết dồng hóa trị
Liên kết đồng hóa trị được đặc trưng bởi sự góp chung một số điện
tử để có đủ 8 điện tử ở lớp ngoài cùng. Khi đó mật độ đám mây điện tử
giũa các hạt nhân trở thành bão hòa, liên kết phân tử bền vững.
Lấy thí dụ cấu trúc của phân tử do. Phân tử do (Cl ) gồm 2 nguyên tử do,
môi nguyên tử do có 17 điện tử, trong đó 7 điện tử hóa trịở lớp ngoài cùng.
2

Hai nguyên tử này được liên
kết bền vững với nhau bằng cách
sử dụng chung 2 điện tử, lớp vỏ

ngoài cùng của mỗi nguyên tử được
bổ sung thêm 1 điện tử của nguyên
tử kia (hình 1).
8

#

C1* • •

H ì n h

1

-

#

c*
*• •

L i ê n

•

#

,

9
phân tử Clo

k ê t

đ ồ n

h ó a

C'*C1*
*• • • •
u i

t r o n

9


Tùy thuộc vào cấu trúc đối xứng hay không đối xứng mà phân tử liên
kết dóng hóa trị có thể là trung tính hay cực tính (lưỡng cực).
- Phân tử có trọng tâm của các điện tích dương và trọng tâm của các
điện tích âm trùng nhau là phân tử trung tính. Các chất được tạo nên từ các
phân tử trung tính gọi là chất trung tính hay chất không cực.
- Phân tử có trọng tâm của các điện tích dương và điện tích âm
không trùng nhau, cách nhau một khoảng cách V nào đó được gọi là phân
tử cực tính hay còn gọi là phân tử có cực. Phân tử cực tính đặc trưng bởi
mômen lưỡng cực m = q.l. Dựa vào trị số mômen lưỡng cực của phân tử
người ta chia ra chất cực tính yếu và chất cực tính mạnh.
Liên kết đồng hóa trị còn thấy ở cả chất rắn vô cơ có mạng tinh thể
cấu tạo từ các nguyên tử, thí dụ như kim cương, cấu tạo của kim cương
được mô tả trên hình 2.

Hình 2. Cấu tạo tinh thể kim cương

2. Liên kết ion
Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa các ion dương và các ion
âm trong phân tử. Các nguyên tử cho điện tử trở thành ion dương, còn các
nguyên tử nhận điện tử trỏ thành lon âm. Các ion này sẽ hút nhau tạo
thành phân tử. Liên kết ion là liên kết khá bền vững. Do vậy, vật rắn có
cấu tạo lon đặc trưng có độ bền cơ học và nhiệt độ nóng chảy cao. Thí dụ
điển hình về tinh thể ion là các muối halõgen của kim loại kiềm.
Cấu trúc tinh thể ion của clorua natri được chỉ rõ ở hình 3.

Hình 3. Cấu trúc liên kết ion của clorua natri
Khả năng tạo nên một chất hoặc một hợp chất có mạng tinh thể
không gian nào đó phụ thuộc chủ yếu kích thước nguyên tử và hình dáng
lóp điện tử hóa trị ngoài cùng.


Liên kết ion càng mạnh (bền vững) khi nguyên tử chứa càng ít điện
tử nghĩa là các điện tử cho hoặc nhận nằm càng gần hạt nhân.
3. Liên kết kim loại
Các ion dương tạo thành một mạng tinh thể xác định, đặt trong
không gian điện tử tự do "chung". Đó là hình ảnh liên kết kim loại. Nàng
lượng liên kết là tổng hợp lực đẩy và hút tĩnh điện giữa các ion dương và
mây điện tử tự do (hình 4).
eem ©©
E

^ —
©

—

e

e

—

—
_

e

©

• — *

u

© — © — —© — e— ©
Hình 4. Sơ dồ cấu tạo kim loại
Lực hút giữa các ion dương và các điện tử tạo nên tính nguyên khối
của kim loại. Sự tồn tại các điện tử tự do làm cho kim loại có tính ánh kim
và tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao. Tính dẻo của kim loại được giải thích bởi
sự dịch chuyển và trượt trên nhau giữa các lớp ion, nên kim loại dễ cán,
kéo, dát mỏng.
4. Liên kết Vandec-Van (Van der VVaals)
Liên kết đồng hóa trị cho phép lý giải sự tạo thành những phân tử
như nước (H 0) hoặc polyetylen (C H )n, nhưng không cho phép lý giải
sự tạo thành một số vật rắn từ những phân tử trung hòa như nước đá,
các polyme khác.
2

2

2

Trong nhiều phân tử có liên kết đồng hóa trị, do sự khác nhau về tinh
âm điện của các nguyên tử tạo thành các phân tử có cực.
Liên kết Vandec-Van là liên
kết do hiệu ứng hút nhau giữa các
nguyên tử hoặc phân tử bị phân cực
ỏ trạng thái rắn (hình 5). Liên kết
này là loại liên kết yếu, rất dễ bị
phá vỡ do va động nhiệt. Vì vậy
những chất rắn trên cơ sở liên kết
Vandec-Van có nhiệt độ nóng chảy
thấp.
Hình 5. Mô hình liên kết
Vandec-Van
lũ


IV. LÝ THUYẾT PHÂN VÙNG NĂNG LƯỢNG TRONG VẬT RAN
Khi nguyên tử ở trạng thái binh thường không bị kích thích, một số
trong các mức năng lượng được các điện tử lấp đầy, còn ỏ các mức năng
lượng khác điện tử chỉ có thể có mặt khi nguyên tử nhận được năng lượng
từ bên ngoài tác động (trạng thái kích thích). Nguyên tử luôn có xu hướng
quay về trạng thái ổn định. Khi điện tử chuyển từ mức năng lượng kích
thích sang mức năng lượng nguyên tử nhỏ nhất, nguyên tử phát ra phần
năng lượng dư thừa.
Trạng thái năng lượng của điện tử trong nguyên tử không đồng đều

và được phân thành các vùng năng lượng. Có thể khái niệm sự phân vùng
năng lượng của điện tử trong nguyên tử như sau:
Một chất có thể xem như cấu tạo bài một số lớn nguyên tử được
đưa vào sắp xếp với nhau có trật tự trong mạng tinh thể. ở những khoảng
cách tương đối xa, mỗi nguyên tử là độc lập với các nguyên tử khác và
sẽ có các mức năng lượng trong nguyên tử và có cấu hình điện tử giống
như nguyên tử đứng cô lập.
Tuy nhiên, khi các nguyên tử càng xích lại gần nhau thì các điện
tử càng bị kích thích (hay bị nhiễu loạn) bởi các điện tử và các hạt nhân
của các nguyên tử lân cận. Ảnh hưỏng này làm cho mỗi một trạng thái
điện tử trong nguyên tử riêng biệt bị phân tách thành một loạt các trạng
thái điện tử nằm sát nhau, hình thành nên một vùng năng lượng điện tử.
Sự giãn rộng từ một mức năng lượng điện tử trong nguyên tử thành một
vùng năng lượng trong vật rắn tùy thuộc vào khoảng cách giữa các
nguyên tử. Sự giãn rộng này bắt đầu từ các điện tử ngoài cùng của
nguyên lử vì chúng bị nhiễu loạn trước tiên khi các nguyên tử liên kết
lại với nhau.
Trong mỗi vùng, các mức năng lượng vẫn là gián đoạn, tuy nhiên,
khoảng cách giữa các mức kề nhau là hết sức nhỏ. ở khoảng cách
nguyên tử cân bằng, sự tạo thành vùng năng lượng có thể xẩy ra với
các lớp điện tử ỏ gần hạt nhân nhất. Ngoài ra, ở các vùng kể nhau có
thể tốn tại những khe năng lượng hay còn gọi là những vùng cấm: bình
thường thi các điện tử không được phép chiếm lĩnh những mức năng
lượng nằm trong các khe này.
Các tinh chất điện của vật liệu rắn phụ thuộc vào cấu trúc vùng
năng lượng điện tử của nó, cụ thể là vào sự sắp xếp các vùng ngoài cùng
và cách thức lấp đầy chúng bởi các điện tử.
Có thể hiểu sự khác biệt về cấu trúc vùng năng lượng của các vật
kim loại, bán dẫn và vật cách điện như trên hình 6.

li


a

b

c

Hình 6. Biểu dồ năng lượng của diện môi (a), bán dẫn (b)
và kim loại (c)
Trên biểu đồ này: 1- gọi là vùng hóa trị, 2- vùng cấm, 3- vùng dẫn.
Theo lý thuyết vùng thì các điện tử ỏ vùng hóa trị chuyển động tự do
ở tất cả vật thể rắn mà không phụ thuộc vào chúng là kim loại hay điện
mỏi. Sự chuyển động được thực hiện bói đường hầm chuyển tiếp điện tử từ
nguyên tử này sang nguyên tử khác. Để giải thích sự khác biệt về tính chất
điện của vật liệu phải để ý sự khác biệt phản ứng với điện trường ngoài
của điện tử ở vùng hóa trị và vùng dẫn. Điện trường ngoài làm phá vỡ tính
đối xứng trong việc phân bố điện tử theo tốc độ, tăng tốc các điện tử
chuyển động theo hướng tác dụng lực và làm chậm các hạt có hướng
chống lại hướng tác dụng lực. Tuy nhiên, sự tăng tốc tương tự và sự làm
chậm lại gắn liền với sự thay đổi năng lượng của điện tử và gây ra sự di
chuyển chúng vào trạng thái lượng tử mới. Những chuyển tiếp này có thể
thực hiện chỉ trong trường hợp nếu như vùng năng lượng có mức tự do.
Trong kim loại, vùng ở đây không đầy, chỉ cần trường rất nhỏ cũng
truyền cho điện tử một xung làm nó chạy vào mức tự do. Vì nguyên nhân
này kim loại có tinh dẫn điện cao.
Trong chất bán dẫn và điện môi ở nhiệt độ 0 K thì tất cả các điện tửở
vùng hóa trị, còn vùng dẫn hoàn toàn tự do. Các điện tử nằm ỏ vùng cấm
không thể tham gia tạo ra dòng điện. Để tạo được dòng điện cẩn phải

chuyển mót phần điện tử từ vùng đầy vào vùng dẫn. Năng lượng điện trường
cần phải rát lớn để thực hiện việc chuyển tiếp này.
V. CẤU TẠO VẬT LIỆU TINH THE
Tất cả các vật liệu kim loại, các loại muối, đá ô trạng thái rắn đêu ở
trạng thái tinh thể nghĩa là các nguyên tử của chúng được sắp xếp theo
một trật tự nhất đinh gọi là mạng tinh thể không gian như trên hình 7a. Tinh
thể có càu trúc tuấn hoàn. Có thể coi mạng tinh thể như gồm các hình khối
đơn giản giông nhau, xếp liên tiếp nhau theo 3 chiều đo hợp lại thành tinh
thể. Khối đó được gọi là khối cơ bản (hay ó cơ bản).
1Z


Khối cơ bản lả hình khối nhỏ nhất có cách sắp xếp chất điểm đại
diện chung cho mạng tinh thể như ở hình 7b.

Hình 7. Mạng tinh thể không gian (a) và khối cơ bản (b)
Nếu toàn khối vật chất được cấu tạo đổng nhất theo một kiểu mạng
nào đó thi được gọi là mạng lý tưởng.
Tuy nhiên, trong thực tế không phải lúc nào các nguyên tử vật chất
đểu được sắp xếp theo mạng lý tưởng, mà thường có sự sai lệch trong sự
sắp xếp các vị trí nguyên tủ trong mạng tinh thể. Những chỗ sai lệch đó gọi
là sai lệch mạng.
Sai lếch mạng tinh thể được chia làm 3 loại: sai lệch điểm, sai lệch
đường và sai lệch mặt.
Sai lệch điểm gồm nút trống, nguyên tử xen kẽ giữa các nút
mạng và nguyên tử tạp chất hay nguyên tử lạ như trên hình 8. Chính
các sai lệch điểm này là một trong những nguyên nhân tạo nên sự dẫn
điện trong chất bán dẫn.

Hình 8. Sai lệch điểm trong mạng tinh thể.

a -Nút trống
b - Nguyên tử xen kẽ giữa các nút mạng
c -Nguyên tử tạp chất
Sai lệch đường là dạng sai lệch được nghiên cứu nhiều nhất mà
dạng điển hình là lệch (còn có tên là dislocation). Sai lệch đường gồm có
lệch biên (lệch thẳng) và lệch xoắn như trên hình 9.
13


a

b

Hình 9. a-Lệch biên; b- Lệch xoắn
Sai lệch mặt lạ sai lệch phát triển hạn chế theo một chiểu nghĩa
là phát triển theo các mặt. Thí dụ, các mặt biên giới hạn là một dạng
của sai lệch mặt.
Nếu một khối vật liệu chỉ gồm một tinh thể thi gọi là vật liệu đơn
tinh thể. Trong đơn tinh thể vật liệu mang tính có hướng hay dị hướng,
nghĩa là theo các hướng khác nhau tính chất của vật liệu (cơ tính, lý tính,
hóa tính) sẽ khác nhau. Để thể hiện được các hướng và mặt khác nhau
trong mạng tinh thể người ta quy ước cách ký hiệu mặt và phương tinh
thể. Để ký hiệu một mặt tinh thể nào đó người ta đặt ô cơ bản của mạng
tinh thể đó vào gốc của hệ trục toa độ Decart (OX, OY, OZ). Lấy giao
điểm của mặt đó với 3 trục rồi lấy số nghịch đảo của 3 giao điểm đó, xếp
theo thứ tự theo 3 trục ox, OY, OZ và đặt trong ngoặc đơn. Giá trị trong
ngoặc đơn là ký hiệu của mặt tinh thể cần biết.
Thí dụ trên hình 1-10, đặt ô cơ bản hình khối lập phương
ABCDOEFG lên trục tọa độ Decart, điểm o trùng với điểm gốc 0. Hãy xác
định ký hiệu của mặt MNEF: Giao điểm của mặt MNEF với 3 trục của hệ

tọa độ là: Với trục ox giao điểm tại điểm E có giá trị là 1 (nếu lấy giá trị
mỗi cạnh của ô cơ bản là 1), giao điểm với trục OY là vô cực, giao điểm với
trục 0Z là 1/3. Lấy số nghịch đảo của giá trị 3 giao điểm theo thứ tự 3 trục
ox, OY, 0Z là 1, Ó, 3. kỷ hiệu mặt MNEF là (103).

Hình 10. Cách ký hiệu mặt tinh thể
14


Trong thực tế, nhất là đối với kim loại, do nhiều nguyên nhân của
các quá trinh gia công khác nhau, cấu trúc của kim loại thường không đông
nhất? các tinh thể có những hướng khác nhau. Mỗi tinh thể như vậy được
gọi là hạt và toàn khối kim loại gọi là đa tinh thể.
Trong đa tinh thể, do tính định hướng của các hạt khác nhau và
ngẫu nhiên nên tổng hợp các hưđng của các hạt trong đa tinh thể là vô
hướng hay đẳng hướng. Tuy nhiên, trong sản xuất khi cần kim loại
mang tính có hướng người ta lại có những phương pháp gia công để có
sự sáp xếp lại các mặt tinh thể theo một hướng nhất định và lúc này
kim loại mang tính có hướng.
Tất cả các vật liệu tinh thể được sắp xếp theo 14 kiểu mạng khác
nhau như trên hình 11. Trong đó, đa số các nguyên tố kim loại được sắp
xếp theo 3 kiểu mạng thường gặp nhất là mạng lập phương tâm khối (Hình
12c) mạng lập phương tâm mặt (Hình 12a) và mạng sáu phương điền đầy
(Hình 12b).
—í

Ít
Ả

lo

Ẩ U

12

f

7

c V
13

14

Hình 11. Các kiểu mạng tinh thể của vật liệu rắn
1-Đơn tà; 2-Đơn tà mặt tâm đối; 3-Tam tà;
4-Lục giác; 5-Trực thoi; 6-Hình thoi đơn giản
7-Thoi thể tâm; 8-Thoi tâm mặt đối
9-Thoi tâm mặt; 10-Lập phương đơn giản
11-Lập phương tâm khối; 12-Lập phương tâm mặt
13-Chính phương đơn giản; 14-Chính phương tâm khối
15


Hình 12
a-Mạng lập phương tâm mặt
b-Mạng lục giác điền đầy
C-Mạng lập phương tâm khối
VI. CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU v ô ĐỊNH HÌNH
Vật liệu vô định hình điển hình là các vật liệu polyme.

Polyme hay còn gọi là cao phân tử là các vật thể mà đại phân tử cùa
nó gồm nhiều mắt xích cơ bản có tổ chức giống nhau liên kết với nhau theo
kiểu lặp đi lặp lại nhiều lần.
Thuật ngữ polyme xuất phát từ chữ Hy Lạp: polymeros (poly=nhiểumeros=phẩn).
Mỗi mắt xích cơ bản gọi là một đơn phân hay monome. VI khối lượng
phân tử của polyme rất lớn nên mỗi phân tử được gọi là một đại phân tử va
do đó vật liệu polyme, hay còn gọi là vật liệu cao phân tử
Các đại phân tử của polyme có thành phần hóa học giống nhau nhưng
thường co kích thước khác nhau. Đại phân tử có thể được tạo thành từ các đơn
phàn (monome) giống nhau hoặc khác nhau về thành phần hóa học. Khối
lượng đại phân tử của polyme có thể từ 5000 đến cả triệu.
Đại phân tử khi gồm các đơn phân giống nhau thì được gọi là
homopolyme. Trong trường hợp gồm các dpn phân khác nhau thì gọi
là copolyme.
Khi mạch co bản của polyme được cấu tạo bởi các nguyên tủ cùng
loại thì gọi là polyme đồng mạch, nếu bồi các nguyên tử khác loại thì gọi là
polyme dị mạch.
1. Phân loại polyme
Có nhiều cách phân loại polyme:
a. Phân loại theo nguồn gốc có:
- l*í>tyíTie thiên nhiên như cạo su thiên nhiên, xenlulô, mica, graphit...
!

16


- Polyme nhân tạo hay còn gọi là polyme tổng hợp như chất dẻo,
cao su nhân tạo.
b. Phân loại theo thành phẩn có:
> Polyme hữu cơ

Là polyme có mạch cơ bản là một hydrocacbon
Nếu mạch phân tử cơ bản chỉ gồm các nguyên tử cacbon thì gọi là
polyme mạch cacbon hay polyme đồng mạch. Trong đó các nguyên tử c
nối với các nguyên tử H hoặc các gốc hữu cơ khác.
Thí dụ: H
l
i l i
... c - c - c - c - ... R = gốc hữu cơ (radical)
R
Trong polyme dị mạch, mạch cơ bản gồm các nguyên tử c và các
nguyên tử khác làm thay đổi rất lớn tính chất của polyme.
Thí dụ:

!

0

... - Ọ - 0 - ộ-... hoặc - ố - N - Ổ l
i
I
Khi nối với các nguyên tử c trong mạch, các nguyên tử H làm
tăng tính uốn của mạch, do đó làm tăng tính dẻo của polyme (như đối
với các sợi và màng chất dẻo), các nguyên tử p và Cl làm tăng tính
chịu nóng, nguyên tử s làm tăng tính chống thấm (thí dụ trong cao su),
F làm tăng tính bển hóa học.
Một số polyme mạch cacbon và di. mạch có thể có hệ thống liên kết
liên hợp như:
...-CH-CH=CH-CH=CH-CH=CH-...
hoặc...

Q - Q - Q
Năng lượng mạch liên hợp lớn hơn loại đồng mạch. Thí dụ: năng lượng
liên kết C-C là 80Kcal/mol. Trong lúc đó năng lượng liên kết giữa các mạch
liên hợp đến 100-110 Kcal/mol. Do đó làm tăng tính ổn định khi nung nóng.
Polyme hữu cơ gồm các loại thực vật, chất dẻo và cao su.
V Polyme vô cơ
Là các polyme mà trong mạch cơ bản của chúng không có các
hydrocacbon. Thí dụ thủy tinh silicat, gốm, mica, amian. Thành phần cơ
bản của các polyme vô co là các loại oxit silic, oxit nhôm, oxit magiê,
oxit canxi...
Trong silicat có 2 loại liên kết: các nguyên tử trong mỗi mắt xích
nối với nhau bằng liên kết đồng hóa trị (Si-O), còn liên kết giữa các mắt
xích là liên kết ion. Do đó tính chất của các chất này thay đổi trong
phạm vi rất rộng; tử sợi thúy tinh (có tỈ Ị Ị j ^ Ị c ^ ị ^ g ệ p Ị(Ị (rò¥Ỉn|f hổi.
l

TRŨNGTAMHỌC LIỆU
17


Polyme vô cơ có mật độ cao, bền nhiệt. Nhưng thủy tinh vả
gốm thì đón, không chịu tải trọng động.
Graphit thuộc loại polyme vô cơ nhưng có mạch cacbon.
> Polyme hữu cở phần tử
Là polyme mà trong mạch cơ bản chứa các nguyên tử vô cơ như Si,
Ti, AI...Các nguyên tử này nối với các gốc hữu cơ như metyl (-CH ), tenyl
(-C H ), etyl (-C2H5). Các gốc hữu cơ cho vật liệu tính bền và dẻo, còn các
nguyên tử vô cơ cho tính chịu nhiệt cao. Trong thiên nhiên không có các
loại vật liệu này mà chỉ tạo được bằng cách tổng hợp nhân tạo.
3

6

5

Thí dụ: Đại diện cho nhóm này là hợp chất silic hữu cơ có cấu trúc:
R
R
I
_ I
... - S i - 0 - S i - ...
ĩ
í
R'
R'
Giữa các nguyên tử Si và 0 có liên kết hóa học bển, liên kết siloxan
Si-0 có năng lượng 89,3 Kcal/mol. Từ đó tính bền nhiệt của nhựa silic hữu
cơ hoặc cao su siloxan cao hơn mặc dù tính đàn hổi và tính dẻo kém hơn
so với nhựa hữu cơ và cao su thiên nhiên. Polyme chứa trong mạch cơ bản
các nguyên tử Ti, o gọi là polytitanoxan, mạch cơ bản chứa Ti, 0, Si gọi là
polytitansiloxan hữu cơ.
c. Phân loại theo hình dáng dại phân tử
Hình dáng đại phân tử gọi là mạch cơ bản. Theo cấu tạo mạch,
polyme được chia ra thành các loại sau:
> Polyme mạch thẳng
Có đại phân tử là một chuỗi các mắt xích nối nhau theo đường díc
dắc hay hình xoắn ốc (hình 13a). Đại phân tử uốn cong (hình bó) có độ
bền cao dọc theo các mắt xích và độ bền thấp giữa các phân tử. Do đó
làm cho vật liệu có tính đàn hồi và bị biến mềm khi nung nóng nhưng
khi nguội thì cứng lại.

Nhiều polyme loại này hòa tan trong các dung môi. Khi mật độ "bó"
của các phân tử trong một đơn vị thể tích tăng thì độ bền và nhiệt độ biến
mềm tăng nhưng khả năng hoa tan trong dung môi giảm. Thí dụ thuộc loại
này có polyetylen (PE), polyamid (PA)...
> Polyme mạch nhánh (polyme phân nhánh).
Cũng là polyme mạch thẳng nhưng trong đại phân tử có thêm các
nhánh (hình 13b).
Sự phàn nhánh làm cản trỏ sự xích lại gần nhau của các phản tử, do
đó làm giảm liên kết giữa các phân tử và làm giảm "mật độ bó". Loại này có
độ bền thấp, dễ nóng chảy và dễ hòa tan hơn. Thí dụ: polyizobutylen (PIB).
18


> Polyme hình thang
Gồm có hai mạch nối với nhau bằng liên kết hóa học. Khi cắt đứt các đại
phân tử polyme hình thang thường phải phá hủy mạch liên kết ở ít nhất là 2
chỗ theo quy luật ngẫu nhiên. Do đó chúng bền hơn loại mạch thẳng (một
mạch). Loại này không hòa tan trong các dung môi hữu cơ tiêu chuẩn, có tính
ổn định nhiệt cao hơn và cứng hơn. Thí dụ polyme silic hữu cơ (hình 13c).
> Polyme mạng lưới
Các mạch cạnh nhau trong polyme này được nối với nhau bằng liên
kết đồng hóa trị ở mội số vi trí như trên hình 13d. cấu trúc mạng lưới có
thể hình thành trong quá trình tổng hợp hoặc do phản ứng không thuận
nghịch được tiến hành sau đó ồ nhiệt độ cao hoặc có xúc tác. Thông
thường quá trình tạo mạng lưới được thực hiện bằng cách cho thêm các
nguyên tử hoặc phân tử có thể tạo liên kết đồng hóa trị với mạch chính. Đa
số các loại vật liệu cao su có cấu trúc mạng lưới do quá trình lưu hóa.
> Polyme không gian
Các monome có ba nhóm hoạt động tạo nên polyme không gian ba
chiểu. Các polyme này có tính chất cơ lý nhiệt đặc biệt.

a

ó

Hình 13. Hình dáng các đại phân tử của polyme
d. Phân loại theo trạng thái pha
Theo trạng thái pha polyme được chia làm 2 loại: polyme vô định hình
(hay polyme 1 pha) và polyme tinh thể (hay polyme 2 pha).
Theo phân tích Rơnghen và kính hiển vi điện tử, thực ra các đại phân
tử trong polyme không phân bố hỗn loạn mà có trật tự, liên quan với nhau.
Tổ chức tạo thành do sự sắp xếp khác nhau của các phân tử gọi là siêu
phân tử. Sự trật tự hóa trong tổ chức được xác định bằng tính uốn của các
đại phân tử mạch thẳng hoặc mạch nhánh sẽ làm thay đổi hình dáng xếp
xen kẽ theo từng phần.
Polyme vô định hình là loại có một pha, tạo nên từ các phân tử của
mạch, xếp thành từng bó. Mồi bó gồm nhiều dãy đại phân tử phân bố nối
tiếp nhau. Các bó có khả năng dịch chuyển tương đối với nhau giữa các
phân tử nằm cạnh nhau. Polyme vô định hình cũng có thể tạo nên từ các
mạch cuốn thành từng cuộn tròn gọi là "quả cầu".
19


Tổ Chức cầu của polyme có cơ
tính không cao. Khi tăng nhiệt độ các
quả cẩu duỗi ra thành dạng thẳng, làm
tăng cơ tính của polyme. Polyme tim
thể được tạo thành nếu các đại phân tử
của chúng đủ cong và có thể điều
chỉnh được. ở những điều kiện tương

ứng, chuyển biến pha xảy ra trong các
bó và tạo thành mạng tinh thể không
gian như trên hình 14

"0,741 mm" "•'0 49
Hình 14. Polyme tinh

Trong trường hợp khi sự tạo thành các tinh thể khối tử các phân tử
cấu trúc nhỏ hơn gặp khó khăn, thì các hình cẩu được tạo thành. Polyme
có cấu trúc hình cầu phổ biến hơn. Kích thước của chúng tử vài chục
micromet đến vài milimet. Thí dụ các loại chất dẻo polyetylen,
polypropylen, polyamid là những chất dẻo tinh thể.
Liên kết giữa các mạch
trong polyme thực hiện bằng
lục Van der VVaals. Thông
thường, polyme là vật liệu vô
định hình nhu ỏ hình 15a, tuy
nhiên khi các mạch sắp xếp
theo một trật tự xác định sẽ
được polyme tinh thể như ỏ
hình 14.

' .

• V.

.-•
:

a

.

b
Hình 15
a- polyme vô định hình
b-polyme bán tinh thể

Sự kết tinh được thực hiện trong một khoảng nhiệt độ nhất định gọi là
nhiệt đõ tinh thể hóa. ở điều kiện thông thường sự kết tinh không xảy ra.
Trong thực tế trong polyme đã được tinh thể hóa thường có hai pha: pha
tinh thể và pha võ định hình. Tỷ số thể tích giữa các vùng tinh thể và thể
tích của cả khối polyme gọi là "mức độ tinh thể hóa". Mức độ tinh thể hóa
càng cao, độ cứng và độ bền càng cao. Thí dụ polyetylen mạch thẳng mức
độ tinh thể hóa 75-80%, trong loại mạch nhánh là 60%. Trong thực tế
không có được polyme hoàn toàn trật tự (tinh thể), giữa các vùng trật tự
bao giò cũng tồn tại những vùng không trật tự (vô định hình). Nếu polyme
có cấu trúc hoàn toàn vô định hình như hình 15a thi gọi là polyme 1 pha.
Nếu có cấu trúc gồm vừa vô định hình vửa tinh thể như ỏ hình 15b thi gọi là
polyme bán tinh thể hay polyme 2 pha. Vùng sắp xếp trật tự trong polyme
cũng cấu tạo từ các ó cơ sỏ như ở hình 14.
e. Phân loại theo mức dô phân cực
Được chia ra polyme phân cúc (hay polyme cực tính) và polyme
không phân cực (hay polyme trung Ì nh).
20


ở các phân tử polyme không phân cực, đám mây điện tử có tác dụng
cố định các nguyên tử, được phân bố giữa các phân tử ở mức độ giống
nhau. Ổ những phân tử đó, trung tâm kéo của các hạt tích điện khác dấu

trùng với nhau.
Đối với các phân tử polyme phân cực, đám mây điện tử chung dịch
chuyển về phía các nguyên tử có tích điện âm hơn. Do đó trung tâm kéo
của các hạt tích điện khác dấu nhau không trùng nhau.
Sự phân cực của polyme được đánh giá bằng mômen lưỡng cực, ký
hiệu là m, bằng tích của điện tích nguyên tố q (điện tích của một điện tử)
trên khoảng cách Ì giữa các tâm kéo của các hạt mang điện âm và dương.
Như vậy m = ql.
Điện tích của một điện tử q = 4,8.10' đơn vị tĩnh điện, khoảng cách Ì
khoảng "lũ" em (Ả). Giá trị mômen lưỡng cực m khoảng 10" đơn vị tĩnh
điện nhân với em (đvtđ.cm). Các giá trị này còn được đo bằng đơn vị Đê
bai (D) (1đvtd.cm=1D).
10

18

8

Thi dụ: C-H: m = 0.2D
C-F: m = 1,83D

C-N:m = 0,4D

C-O: m = 0,9D

C-CI: m = 2.05D

Điều kiện đầu tiên để phân cực polyme là sự có mặt của các mối liên
kết phân cực ở trong polyme (các phân nhóm C-CI; C-F; -OH). Điều kiện
thứ hai là sự bất đối xứng trong tổ chức. Sự phân bố đối xứng của các

nhóm chức năng tạo cho polyme không phân cực vì mômen lưỡng cực của
các mối liên kết nguyên tử bù cho nhau.
Thí dụ: - Polyme không phân cực (các phân tử đối xứng).
" H H"
I I
-c-c!
I 1 n
H H
polyetylen
1

H H
1 1
-c-cH1 CH;
ũ
Ì
1

polypropylen

ĩ ĩ '
Ị1 ỊI
-c-c1 1
1 Ị
F F
teflon-4

- Polyme phân cực: Trong polyvinyl clorua (PVC)
phân tử không đối xứng, momen lưỡng cực C-H (0,2D) và
C-CI (2.05D) không bù cho nhau được. Độ phân cực có

ảnh hưởng đến tinh chất của polyme.

• H H
I 1
Ó
PVC

Thí dụ: Các polyme không phân cực (chủ yếu trên cơ sở các
hydrocacbon) là chất điện môi chất lượng cao. Tính chất của các polyme
không phân cực ở nhiệt độ thấp ít bị xấu đi, chịu lạnh tốt.
Tính phân cực, trong khi làm tăng lực kéo giữa các phân tử, làm
cho polyme cứng, chịu nhiệt kém, khó hòa tan vào các dung môi.
Polyme phân cực dùng làm chất điện môi chỉ trong một phạm vi tần số
hạn chế (tần số thấp).
Z1


Ngoài ra, polyme phản cực có đặc trưng là chịu lạnh kém (thí dụ:
polyvinylclorua chỉ chịu lạnh từ -10° đến -20°C).
f. Phân loại theo khả năng chịu nhiệt
Polyme được chia ra hai loại: polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn
Polyme nhiệt dẻo: Polyme khi nung nóng thi mểm ra, thậm chí
chảy lỏng, khi để nguội thì cứng lại. Quá trình này thuận nghịch, tức là
vật liệu không thay đổi bản chất hóa học. Tổ chức đại phân tử loại
này là mạch thẳng và mạch nhánh. Đại diện loại này là polyetylen,
polystyren, polyamid...
Polyme nhiệt rắn: Polyme ở giai đoạn đầu là mạch thẳng và khi
nung nóng thì mềm ra. Sau đó, do phản ứng hóa học mà đông cứng lại
(tạo thành tổ chức không gian) và trở thành vật liệu cứng. Trạng thái đông
ứng của polyme gọi là "cứng ổn định". Thí dụ: nhựa fenol-formaldehyd,._

2. Các tính chất cơ bản của polyme
a. Cơ tính của polyme
Cơ tính của polyme (tính đàn hổi, tính bền) phụ thuộc vào cấu tạo,
nhiệt độ và các trạng thái vật lý của nó. Khi thay đổi nhiệt độ, polyme có
thể tồn tại ở 3 trạng thái vật lý khác nhau: trạng thái thủy tinh hóa, trạng
thái đàn hồi cao và trạng thái chảy nhớt (hay chảy dẻo).
Trạng thái thủy tinh hóa: Trạng thái rắn, vô định hình (các nguyên
tử có trong mạch phân tử ỏ trạng thái dao động quanh vị trí cân bằng,
không xảy ra hiện tượng chuyển động của các mắt xích và dịch chuyển
của các đại phân tử).
Trạng thái đàn hồi cao: Chỉ cóở trong polyme cao phân tử, đặc
trưng bằng khả năng thay đổi thuận nghịch hình dáng của các vặt liệu chịu
tải không lớn (các mắt xích dao động và các đại phân tử có khả năng uốn).
Trạng thái chảy nhớt: Gần với trạng thái chảy lỏng nhưngở đây có
độ sệt (độ nhớt) rất cao (toàn bộ các đại phân tử đều có thể dịch chuyển).
Khi thay đổi nhiệt độ, các polyme mạch thẳng và mạch nhánh có thể
chuyển từ trạng thái vật lý này sang trạng thái vật lý khác. Polyme có cấu
trúc không gian chỉ tổn tại ở trạng thái thủy tinh hóa. Polyme không gian
lưới thưa cho phép ở trạng thái thủy tinh hóa hoặc đàn hồi cao.
Nhiệt độ chuyển tử trạng thái thủy tinh hóa sang trạng thái đàn hổi
cao và ngược lại gọi là nhiệt độ thủy tinh hóa, ký hiệu tu, chuyển tử trạng
thái đàn hổi cao sang trạng thái chảy nhớt và ngược lại gọi là nhiệt độ chảy
(hay chảy nhớt), ký hiệu là ten22


Đối với polyme nhiệt dẻo (thường là các polyme có cấu tạo mạch
thẳng và mạch nhánh) khiở nhiệt độ vượt quá nhiệt độ thủy tinh hóa độ bền
giảm đột ngột. Còn đối với các polyme nhiệt rắn khi nung nóng đến nhiệt độ
cao không thông qua trạng thái chảy nhớt (nóng chảy) mà tiến đến trạng thái
phá hủy, nghĩa là khi nung nóng các polyme nhiệt rắn chuyển từ trạng thái

thủy tinh hóa sang trạng thái đàn hồi cao (không có quá trìng tinh thể hóa).
Vùng này được mỏ rộng hơn so với vùng đàn hồi cao của polyme nhiệt dẻo.
Khi đạt đến nhiệt độ phân hủy ký hiệu /p/,polyme bị phá hủy hoàn toàn.
ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thủy tinh hóa (ftf), khả năng biến dạng
đàn hồi của polyme không cao và được gọi là đàn hổi bắt buộc. Tính đàn
hồi bắt buộc có thể xuất hiện từ nhiệt độ / đến t . Nhiệt độ kgọi là nhiệt độ
biến đòn. ở nhiệt độ thấp hơn t , polyme có tổ chức sít chặt với các mối
liên kết giữa các phân tử bến, do đó mất hết ưu điểm về tính uốn của mạch
nên bị phá hủy đòn.
ff

d

d

b. Sự lão hóa hay sự hóa già của polyme
Sự lão hóa của vật liệu polyme là sự tự thay đổi không thuận nghịch
các đặc tính kỹ thuật quan trọng do sự biến đổi các quá trình vật lý và hóa
học phức tạp trong vật liệu sau một thời gian sử dụng và bảo quản polyme.
Nguyên nhân của quá trình lão hóa polyme là ánh sáng, nhiệt, oxy,
ôzôn và các yếu tố phi cơ khí khác. Sự lão hóa tăng nhanh khi biến dạng
nhiều lần. Độ ẩm ảnh hưỏng ít đến sự lão hóa của polyme.
Các loại điện môi cách điện bằng chất dẻo và cao su khi làm việc
ngoài trời, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, nhiệt độ, oxy và nhất là
ozôn ở quanh các dây dẫn cao áp rất dễ bị lão hóa.
Khi bị lão hóa, sự đánh thủng điện môi dễ dàng xảy ra ở điện áp
thấp hơn so với điện áp định mức ban đầu. Hiện tượng đánh thủng điện áp
này được gọi là đánh thủng điện hóa.
Để tăng tính chống lão hóa do ôzôn người ta cho vào polyme các
chất thay thế phân cực (polyclopren, clo-sulfuapolyetylen, polyme chứa F).

Các hợp chất silic hữu cơ cũng có tính ổn định chống lão hóa do ôzôn.
Để làm chậm quá trình lão hóa, người ta cho vào polyme các chất
làm ổn định hay còn gọi là chất chống lão hóa.
VII. CÂU TẠO CỦA VẬT LIỆU GỐM
Vật liệu gốm là vật liệu vô cơ, được tạo ra bằng cách dùng nguyên
liệu à dạng hạt, ép' thành hình, sau đó nung ở một nhiệt độ nhất định gọi là
thiêu kết. Sản phẩm nhận được sau khi thiêu kết thường không phải gia
còng gi thêm và có những tinh chất cơ lý hóa cần thiết.
23