CÁC VẬT LIỆU KIM LOẠI

CHỈÅNG 8 :

CẠC VÁÛT LIÃÛU PHI KIM LOẢI

8.1.VÁÛT LIÃÛU KÃÚT HÅÜP (COMPOSIT) :
8.1.1.Khại niãûm v phán loải :
1-Khại niãûm : Váût liãûu com po zit l loải váût liãûu gäưm hai hay nhiãưu loải váût liãûu khạc nhau
kãút håüp lải, trong âọ cạc ỉu âiãøm ca mäùi loải âỉåüc kãút håüp våïi nhau hồûc tảo nãn mäüt cháút
lỉåüng måïi hon ton m nãúu âỉïng riãng l khäng mäüt loải váût liãûu thnh pháưn no cọ thãø
âạp ỉïng âỉåüc
2-Âàûc âiãøm v phán loải :
*Âàûc âiãøm :
+L váût liãûu nhiãưu pha : trong âọ cạc pha ràõn khạc nhau vãư bn cháút,
khäng ha tan láùn nhau v phán cạch våïi nhau bàòng ranh giåïi pha. Phäø biãún nháút l loả
i
com po zit hai pha : pha liãn tủc trong ton khäúi gi l nãưn, pha phán bäú gêan âoản, âỉåüc
nãưn bao bc gi l cäút.
+Trong váût liãûu composit t lãû, hçnh dạng, kêch thỉåïc, sỉû phán bäú ca nãưn
v cäút tn theo quy lût â thiãút kãú.
+Tênh cháút ca cạc pha thnh pháưn âỉåüc kãút håüp lải âãø tảo nãn tênh cháút
chung ca composit. Ta lỉûa chn cạc tênh cháút täút âãø phạt huy thãm.
*Phán loải :
-Phán loải theo bn cháút ca nãưn :
+Composit nãưn cháút do (composit polymerit)
+Composit nãưn kim loải (composit metallit)
+Composit nãưn gäúm (Composit cẹramic)
+Composit nãưn l häùn håüp ca hai hay nhiãưu pha.
-Phán loải theo hçnh hc ca cäút hồûc âàûc âiãøm cáúu trục :
Composit
↓
--------------------------------------------------------------------------------------

↓ ↓ ↓
Cäút hảt Cäút såüi Composit cáúu trục
↓ ↓ ↓
-------------- ------------------- ----------------------------
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
Hảt Hảt Liãn Giạn Låïp Táúm Täø ong
thä mën tủc âoản 3 låïp
3-Tênh cháút ca váût liãûu composit :
a-Cå tênh riãng :
Ta kho sạt mäüt thanh chëu kẹo dc, âụng tám.





119
P
l

Quan hãû giỉỵa lỉûc P v biãún dảng
∆
l âỉåüc biãøu diãùn nhỉ sau :
P =
EF
l
∆

l
Trong âọ : - E l mä âun ân häưi ca váût liãûu (mä âun Young)
la

miãưn ân
häưi. Ta xẹt hai loải váût l í lãû cạc âäü cỉïng s l :
- F l tiãút diãûn ngang
- lì chiãưu di thanh
-
l∆
l âäü dn di tuût âäúi
Âäü cỉïng kẹo (nẹn) EF/l âàûc trỉng cho tênh cháút cå hc ca thanh trong
iãûu khạc nhau, k hiãûu l 1 v 2, ty
1112
.
KEFl
=
(8-1
2
K
T lãû khäúi lỉåüng cu üc biãøu diãùn nhỉ sau :
221
EFl
)
ía hai thanh âỉå

1111
.
mFl
ρ
2222
Flm
ρ
=

(8-2)
Tỉì biãøu thỉïc (8-1) v (8-2) ta suy ra :

2
11112
22221
/KE
..
/
ml
KE ml
ρ
ρ
⎛⎞
=
⎜⎟
⎝⎠
(8-3)
Trong mäüt kãút cáúu våïi cạc chi tiãút cọ kêch thỉåïc cho trỉåïc, ta so sạnh âäü cỉïng ca
kãút cáúu khi l
1
= l
2
nãn tỉì (8-3) ta cọ :

1111
.
/E m
2222
/KE m

K
ρ
ρ
=
(8-4)
Trong cạc lénh vỉûc cäng nghiãûp : hng khäng, v trủ, thãø thao, xáy dỉ g ...ta cáưn
so sạnh tênh nàng cå hc ca cạc kãút cáúu cọ cng khäúi lỉåüng : m
ûn
1
= m
2
, ta cọ :

11
/KE
1
222
/KE
ρ
ρ
=
(8-5)
Tỉì (8-5) ta tháúy ràòng mäüt váût liãûu âỉåüc coi l täút hån khê cọ giạ trë E/
ρ
cao hån,
thanh cao hån. Âải lỉåüng E/cọ nghéa l s cọ âäü cỉïng ca
ρ
âỉåüc gi l mä âun riãng ca
áût liãûu (v hay mä âun Young riãng).
Tỉång tỉû nhỉ váûy nãúu gi σ

b
l ỉïng sút phạ hu ca váût liãûu thç âải lỉåüng
b
σ
/
ρ

âỉåüc gi l ỉïng sút riãng (hay âäü bãưn riãng).
b-Cå tênh riãng ca váût liãûu :
Ta khäng thãø sỉí dủng trỉûc tiãúp cạc såüi cäút vç âỉåìng kênh ca chụng quạ nh (10
âãún 20
µ
m) vç váûy cáưn phi träün såüi våïi nhỉûa polyme (nãưn) âãø âỉåüc váût liãûu composit cäút
såüi. Nã cọ chỉïc nàng liãn kãút, bo vãû v truưn lỉûc cho såüi. Váún âãư quan trng l phi tçm
âỉåüc ca váût liãûu vỉìa cọ mä âun cao, khäúi lỉåüng riãng nh v giạ thnh håüp l.


ưn
ïc





120
CÅ TÊNH RIÃNG CU SÄÚ VÁÛT LIÃÛU TH G

V Mä âun E
(GPa)
ỉïng st

phạ hu
ÍA MÄÜT ÄNG DỦN
áût liãûu
b
σ
(MPa)
Khä üng
riãng
)
ρ

Mä un
riãng E
úi lỉå
3
m(/kg
â
/
ρ

(MNm/kg)
Âä ưn
riãng
ü bã
b
σ

(kNm/kg)
Thẹp 210 340-2100 7800 26,9 43-270
Håüp kim

nhäm
70 140-620 2700 25,9 52-230
Gäù 30 - 390 33,3 -
T 70 700-2100 2500 28 280-840 hu tinh
Von fram 250 1100-4100 57-210 19300 18,1
Beryli 300 700 1830 164 380
Såüi thu
tinh E

Såüi thu
tinh S
72,4

85,5
3500

4600
2540

2480
28,5

34,5
1380

1850
S
âu
åüi C ỉïng 240 3500 1850 130 1800
åüi C mä

n cao
390

2100

1900

205

1100

S
sút cao
Såüi kevlar 130 2800 1500 87 1870
Såüi bo 385 2800 2630 146 1100

8.1.2.Cäút :
*Trong ton khäúi composit thç cäút phán bäú khäng liãn tủc v ráút âa dảng, phủ
thüc vo loải compo sit cáưn chãú tảo.
häưi låïn, khäúi lỉåüng riãng nh.
ïc loải váût liãûu cäút : Kim loải ( thẹp khäng rè, W, B, Mo...), cháút vä cå (cạc
ûnh âãún
omposit thäúng nháút.
*Tảo kh nàng âãø tiãún hnh cạ
c phỉång phạp gia cängváût liãûu compo sit thnh cạc
hi tiãút thiãút kãú.
do tạc dủng ca mäi trỉåìng.

*Våïi loải compo sit kãút cáúu : cäút l cạc kim loải bãưn åí nhiãût âäü thỉåìng v nhiãût âäü
cao, cọ mä âun ân

*Ca
bon, thy tinh, gäúm).
*Hçnh dảng, kêch thỉåïc, hm lỉåüng v sỉû phán bäú ca cäút nh hỉåíng ráút ma
tênh cháút composit.
8.1.3.Nãưn :
Nãưn cọ vai tr sau âáy :
*Liãn kãút ton bäü cạc pháưn tỉí cäút thnh mäüt khäúi c

c
*Che ph, bo vãû cäút trạnh cạc hỉ hng
Váût liãûu nãưn : polyme, kim loải, gäúm v häùn håüp.


121
122
ỳ õóửu trong nóửn.
n, trỏửn nhaỡ..
huọn keùo, khuọn dỏỷp...Ngoaỡi ra coỡn coù caùc hồỹp kim giaớ :
õaù,
aỡ xi mng pooc lng sổớ duỷng rọỹng raợi trong xỏy dổỷng nhaỡ cổớa, caùc cọng trỗnh...
-Composit haỷt mởn : caùc phỏửn tổớ cọỳt coù kờch tổồùc rỏỳt nhoớ < 0,1
8.1.4.Caùc loaỷi vỏỷt lióỷu composit thọng duỷng:
1-Composit haỷt : Cỏỳu taỷo gọửm caùc phỏửn tổớ cọỳt daỷng haỷt õúng truỷc phỏn bọ
Caùc phỏửn tổớ cọỳt laỡ caùc pha cổùng vaỡ bóửn hồn nóửn : ọ xyt, nitrit, caùc bit...
-Composit haỷt thọ nóửn polyme : haỷt cọỳt laỡ thaỷch anh, thuớy tinh, stóalit, ọ xyt
nhọm...ổồỹc sổớ duỷng phọứ bióỳn trong sinh hoaỷt : cổớa, tổồỡng ng
-Composit haỷt thọ nóửn kim loaỷi : haỷt cọỳt laỡ caùc phỏửn tổớ cổùng : WC, TiC, TaC nóửn
laỡ Co duỡng laỡm duỷng cuỷ cừt goỹt, k
W-Cu, W-Ag, Mo-Cu, Mo-Ag...sổớ duỷng trong kyợ thuỏỷt õióỷn.
-Composit haỷt thọ nóửn gọỳm : õióứn hỗnh laỡ bó tọng. Cọỳt laỡ tỏỷp hồỹp caù

c haỷt rừn :
soới... lión kóỳt bồới nóửn laỡ xi mng.
Bó tọng at phan (nóửn laỡ xi mng atphan) duỡng raới õổồỡng, laỡm cỏửu, cọỳng...Bó tọng
vồùi nóửn l

à
m, cổùng vaỡ ọứn
ởnh nhióỷt cao, phỏn bọỳ trón nóửn kim loaỷi hay hồỹp kim, õổồỹc sổớ duỷng trong lộnh vổỷc nhióỷt
ọỹ cao.


õ
õ


Hỗnh 8.1- Sồ õọử phỏn bọỳ cọỳt sồỹi:
a) Mọỹt chióửu song song;b) Ngỏựu nhión, rọỳi trong mọỹt mỷt
c) Dóỷt hai chióửu vuọng goùc trong mọỹt mỷt;
d) an, quỏỳn 3 chióửu vuọng goùc

2-Composit såüi : Âáy l loải váût liãûu kãút cáúu quan trng nháút, hiãûn âang nghiãn cỉïu v sỉí
dủng phäø biãún. Cáúu tảo ca nọ gäưm cäút dảng såüi phán bäú trong nãưn theo quy lût â thiãút
g dủng :mui xe håi, cỉía, thng xe lảnh, sitec,
h tu
ime, nãưn l polime. Cäng dủng : váût liãûu
ạy bay...
(luûn kim bäüt). Sau khi thiãu kãút
.2.2.Âà
áût liãûu. Pha tinh thãø thỉåìng dng l : ä xt, nitrit, borit, cạc
íy tinh (vä âënh hçnh) l cháút liãn kãút cạc hảt lải våïi nhau, chiãúm t lãû tỉì 1-
0% thãø
äún). Pha khê thỉåìng gàûp l cạc läù xäúp håí.
.
thäng dủng :
ï r
kãú. Gäưm cạc loải sau âáy :

-Composit såüi thy tinh : hiãûn tải l loải váût liãûu thäng dủng nháút, cäút l såüi thy
tinh, nãưn l polieste, âäi khi dng bakãlit. Cän
mi mạy bay, v bo vãû bưng lại tu v trủ.
-Composit såüi cạc bon : Cäút l såüi cạc bon, hay såüi cạc bon thy tinh. Nãưn l
ãpäxi-phã non, polieste hay cạc bon. Cäng dủng : thán mạy bay qn sỉû, pháưn lại cạn
bay, thng xe håi, cäng nghiãûp tu thy, váû
t liãûu cạch nhiãût ca âäüng cå, âéa ma sạt...
-Composit såüi hỉỵu cå : Cäút l cạc såüi pol
cạch nhiãût, cạch âiãûn, cạc kãút cáúu ä tä, m
8.2.VÁÛT LIÃÛU CẸRAMIC (GÄÚM) :
8.2.1.Khại niãûm : l váût liãûu vä cå âỉåüc chãú tảo bàòng cạch dng ngun liãûu åí dảng hảt
(bäüt) ẹp thnh hçnh v thiãu kãút âãø tảo thnh sn pháøm
váût liãûu cẹramic â cọ ngay cạc cå l họa tênh cán thiãút.
8 ûc âiãøm: Trong váût liãûu cẹramic bao giåì cng täưn tải ba pha :
-Pha tinh thãø (pha hảt) åí dảng håpü cháút họa hc hay dung dëch ràõn, l pha ch úu
quút âënh cạ
c tênh cháút ca v
bit hay kim loải ngun cháút.
-Pha thu
4 têch.
-Pha khê : do âỉåüc chãú tảo bàòng luûn kim bäüt nãn trong sn pháøm bao giåì cng
cọ läù xäúp nháút âënh, trong âọ chỉïa cạc khê v tảo thnh pha khê. Pha ny nh hỉåíng ráút låïn
âãún mäüt säú tênh cháút ca váût liãûu. (âäü bãưn kẹo, u
Nãúu l cạc läù xäúp kên s lm gim mảnh âäü bãưn
8.2.3.Cạc loải váût liãûu cẹramic
1-Cẹramic xäúp lm táúm lc :
Thäng du
ûng nháút l loải ce a mic xäúp våïi hảt hçnh cáưu, cọ âäü xäúp 30-40% cọ kh
nàng lc cạc tảp cháút cåỵ hảt âãún 10
µ

m. Nãúu dng loải hảt khäng phi hçnh cáưu âäü xäúp âảt
âỉåüc 60-70% lc âỉåüc tảp cháút cåỵ 1-2
µ
m.
Cäng dủng : -Cạc lc trãn cå såí bräng : lc nhiãn liãûu lng, dáưu, khäng khê, nỉåïc.
hê chạy.
it sunphurêc, nitrit, clohydrit.
ì cạnh ca mạy bay. Do váûy lm tàng
,5%.
-Cạc lc bàòng thẹp khäng rè : lc khê l cao, khäng khê, a xit, kiãưm.
-Cạc lc bàòng titan : lc a xit acẹtit, nỉåïc cỉåìng toan, cạc k
-Cạc lc bàòng tantan : lc a x
2-Cẹramic xäúp cäng dủng âàûc biãût :
L cẹramic trãn cå såí bäüt thẹp khäng rè Cr12Ni9 v cạc håüp kim trãn cå såí Ni,
Co, W, Mo dng âãø chäúng âọng bàng trãn âi va
thãm cäng sút âäüng cå tỉì 0,5-1
3-Cẹramic xäúp chäúng ma sạt :
Cạc äø trỉåüt chãú tảo tỉì cẹramic xäúp r tiãưn hån cạc loải babit. Âàûc âiãøm ca cẹ
ramic xäúp chäúng ma sạt l do cọ cạc läù xäúp (20-35% thãø têch) chỉïa dáưu bäi trån, äøn âënh

123
trong sút quạ trçnh lm viãûc. Våïi ạp lỉûc khäng låïn v täúc âäü vng nh, dáưu chỉïa trong cạc
läù xäúp â âm bo cho mạy lm viãûc láu di m khäng cáưn cho thãm dáưu måỵ. Cäng dủng :
út xong âem ngám trong dáưu nọng våïi thåìi gian tỉì 40-90 giåì
-Sn : dng 90% bäüt âäưng träün våïi 10% bäü
t thiãúc, cho thãm 1-3%

ø trỉåüt khäng cáưn bäi trån trong mäi trỉåìng khäng khê,
ûi a xit.
4-Váût l

h ràng, cam, bạnh cọc, vng bi, mám
båm ca
n täú Cu, Ni, Cr, P. Thäng dủng nháút hiãûn nay l håüp kim Fe-Cu, Fe-Ni khäng cọ
cạc bon
nháút
l trãn
äng dủng : lm cạc chäøi âiãûn, tiãúp âiãøm, mng lc, chi tiãút chëu ma
sạt v c
tỉång âäúi täút. Cäng dủng : lm cạc chi tiãút cạch ám trong mạy bay, bạ
nh â mạy
ÁÛT LIÃÛU HỈỴU CÅ) :
hán tỉí ca nhiãưu håüp pháưn cå bn
út ph
h cháút m chụng thay âäøi khäng âạng kãø khi láúy âi hồûc thãm vo mäüt vi âån
ạch phán loải khạc nhau :
sỉí dủng ch úu trong cäng nghiãûp dãût v thỉûc pháøm. Gäưm cọ cạc loải sau :
-Håüp kim trãn cå såí sàõt (bảc sàõt xäúp) : ch úu dng bäüt sàõt, träün thãm 0,3-3%
graphit ngoi ra cọ thãø cho thãm : bäüt can xi (2,5-10%) hay lỉu hunh (0,8-1%), 4% ZnS
hay 3,5% CuS. Sau khi thiãu kã
ty theo u cáưu âäü ngáúm dáưu.
-Håüp kim trãn cå såí âäưng : thỉåìng dng håüp kim Cu-Sn, Cu-Sn-Pb-Zn. Phäø biãún
nháút l loải håüp kim Cu
graphit âãø gim ma sạt.
-Váût liãûu xäúp kim loải -cháút do :
Bàòng cạch táøm cạc cháút do : flo, teflon, fluoran lãn bãư màût cạc äø trỉåüt bàòng la täng,
thẹp khäng rè...Cäng dủng : lm ä
nỉåïc, xàng dáưu, mäüt säú loa
iãûu cẹramic âàûc :
Loải váût liãûu ny cọ máût âäü cao v âäü bãưn cao gáưn xáúp xè váût liãûu rn, âục. Ỉu âiãøm
näøi báût ca nọ l cọ thãø sn xút hng loảt cạc chi tiãút phỉïc tảp, cọ dung sai nh v khäng

cáưn gia cäng tiãúp sau âọ. Cäng dủng : chãúï tảo bạn
ïnh quảt, âai äúc âàûc biãût... Gäư
m cạc loải sau :
-Váût liãûu trãn cå såí sàõt : Dng bäüt sàõt thưn tụy hay håüp kim sàõt cạc bon, pha thãm
cạc ngu
.
-Váût liãûu trãn cå såí kim loải mu : Cẹramic trãn cå såí kim loảimu thäng dủng
cå såí Cu-Al. Trong cạc lénh vỉûc âàûc biãût cn sỉí dủng trãn cå såí Ti, Zr, Be, U..
*Váût liãûu trãn cå såí bäüt âäưng : dng bäüt âäưng hay la täng, bräng cọ pha thãm
stãarat Li, stãarat Zn . C
häúng mi mn.
*Váût liãûu trãn cå såí bäüt chç : loải ny cọ khäúi lỉåüng riãng låïn, chäúng àn mn cao,
cạch ám
in nh...
8.3.VÁÛT LIÃÛU POLYME (V
8.3.1.Khại niãûm vãư polyme :
1-Âënh nghéa : Polyme (cn gi l cao phán tỉí) l p
(x ạt tỉì tiãúng Hylảp cäø, poly : nhiãưu, me : pháưn).
-Theo âënh nghéa ca liãn hiãûp qúc tãú vãư họa cå bn v ỉïng dủng : polyme l mäüt
håüp cháút gäưm cạc phán tỉí âỉåüc hçnh thnh do sỉû làûp lải nhiãưu láưn ca mäüt loải hay nhiãưu
loải ngun tỉí hay mäüt nhọm ngun tỉí, liãn kãút våïi nhau våïi säú lỉåüng khạ låïn âãø tảo nãn
mäüt loải tên
vë cáúu tảo.
2-Phán loả
i polyme : cọ nhiãưu c
a-Theo ngưn gäúc hçnh thnh :

124
-Polyme thiãn nhiãn : cọ ngưn gäc thỉûc váût hay âäüng váût : xenlulä, enzim, cao
su, amiàng, graphit thiãn nhiãn ....

-Polyme täøng håüp (nhán tảo) : âỉåüc sn xút tỉì nhỉỵng loải monome bàòng cạch
g nhỉ cạc loải polyolephin, polyvinylclorit, polyamit, v cao su nhán
hnh pháưn :
cå bn ca chụng khäng cọ
ỵu cå phán tỉí (chè cọ mäüt pháưn hỉỵu cå) : Trong mảch cå bn ca chụng
úi våïi cạc gäú
c hỉỵu cå : metyl (-CH
3
), phenol (-
õn äúc (loải ny cọ poltylen PE, polyamid PA).
xy, phenon -formalâehyt).
-Polyme mảng lỉåïi : Cạc mảch cảnh nhau trong polyme ny âỉåüc näúi våïi nhau
àòng liãn kãút âäưng họa trë ((cạc loải cao su lỉu họa)

trng håüp, trng ngỉn
tảo. Âáy l loải quan trng nháút, âỉåüc sỉí dủng ráút räüng ri trong thỉûc tãú.
b-Theo t
-Polyme hỉỵu cå : l polyme cọ mảch cå bn l mäüt hydrocạcbon (cạc cháút do v
cao su)
-Polyme vä cå : l cạc polyme m trong mảch
hydrocạcbon. Thnh pháưn cå bn ca polyme vä cå l : ä xt silic, ä xyt nhäm, ä xyt can
xy v ä xt ma giã (thy tinh silicat, gäúm, mica, amiàng...)
-Polyme hỉ
chỉïa cạc ngun tỉí vä cå : Si, Ti, Al v nä
C
6
H
5
), etyl (-C
2

H
5
)
c-Theo cáúu trục (hçnh dạng âải phán tỉí) :
-Polyme mảch thàóng : Âải phán tỉí ca nọ l cạc chùi cạc màõt xêch näúi liãưn nhau
theo âỉåìng dêch dàõc hay hçnh xồ
-Polyme mảch nhạnh : l loải mảch thàóng nhỉng trong âải phán tỉí ca nọ cọ thãm
cạc nhạnh (polyizobutylen PIB)
-Polyme khäng gian : Cạc monome cọ ba nhọm hoảt âäüng tảo nãn polyme khäng
gian ba chiãưu, cọ tênh cå, l, nhiãût âàûc biãût. (nhỉûa ãpo

b


Hçnh 8.2- Cáúu trục khại quạt ca polyme mảch thàóng (a) , nhạnh (b),
mảng lỉåïi (c) v khäng gian (d). Cạc nụt trn l cạc me.

125