Bài giảng Kỹ thuật Đại cương (PGS.TS. Lê Bá Sơn) - Chương 1 KHOA HỌC VẬT LIỆU pot

Các tính chất được nghiên cứu là cấu trúc,tính chất điện, từ, nhiệt, quang, cơ, hoặc tổ hợp của các tính chất đó với mụcđích là tạo ra các vật liệu để thỏa mãn các nhu cầu trong kỹ thuật

CHƯƠNG I KHOA HỌC VẬT LIỆU

Khoa học vật liệu là một khoa học liên ngành nghiên cứu về mối quan hệ

giữa thành phần, cấu trúc, các công nghệ chế tạo, xử lý và tính chất của các vật liệu Các ngành khoa học tham gia vào việc nghiên cứu chủ yếu là vật lý,

hóa học, toán học Thông thường đối tượng nghiên cứu là vật liệu ở thể rắn,sau đó mới đến thể lỏng, thể khí Các tính chất được nghiên cứu là cấu trúc,tính chất điện, từ, nhiệt, quang, cơ, hoặc tổ hợp của các tính chất đó với mụcđích là tạo ra các vật liệu để thỏa mãn các nhu cầu trong kỹ thuật

Nghiên cứu vật liệu tạo ra vô vàn ứng dụng trong đời sống chính vì thế

mà các ngành khoa học vật liệu, công nghệ vật liệu ngày càng trở nên phổ

biến và phát triển rộng rãi

Phân loại vật liệu

Vật liệu là đối tượng của ngành khoa học vật liệu gồm rất nhiều loại khácnhau về bản chất vật liệu, về cấu trúc vật liệu, về các tính chất, Thôngthường, nếu phân chia theo bản chất vật liệu thì chúng ta có các loại sau:

 Vật liệu kim loại

 Vật liệu cao phân tử ( Polime)

Ở dạng nguyên chất, do cường độ và độ cứng thấp, độ dẻo cao, kim loại

có phạm vi sử dụng rất hạn chế Chúng được sử dụng chủ yếu ở dạng hợp kim

với kim loại và á kim khác, thí dụ như cacbon Sắt và hợp kim của nó (thép và

gang) gọi là kim loại đen; những kim loại còn lại (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni,

Cu, Zn, v.v ) và hợp kim của chúng gọi là kim loại màu

Kim loại đen được sử dụng trong xây dựng nhiều hơn cả, giá kim loại đenthấp hơn kim loại màu Kim loại màu lại có nhiều tính chất có giá trị: cường

độ, độ dẻo, khả năng chống ăn mòn, tính trang trí cao Những điều đó đã mởrộng phạm vi sử dụng kim loại màu trong xây dựng, phổ biến là các chi tiếtkiến trúc và các kết cấu nhôm

Nguyên liệu để chế tạo kim loại đen là quặng sắt, mangan, crôm, mà cáckhoáng đại diện cho chúng là nhóm các oxit: macnetit (Fe3O4), quặng sắt đỏ(Fe2O3), piroluzit (MnO2), crômit (FeCr2O4) Để sản xuất kim loại màu người

ta sử dụng boxit chứa các hidroxit: hidracgilit (Al(OH)3, diasno (HAlO2); cácloại quặng sunfua và cacbonat đồng, niken, chì v.v với các khoáng đại diện

là chancopirit (CuFeS2), sfalêit (ZnS), xeruxit (PbCO3), magiezit ( MgCO3)v.v

1.1.2 Tính chất vật lý chủ yếu của kim loại

1.1.2.1 Tính dẫn điện

Kim loại là chất có chứa nhiều các electron tự do với độ linh động cao,

dễ dàng chuyển động theo hướng tác dụng của điện trường bên ngoài và độ chênh lệch nhiệt độ vì thế kim loại dẫn điện và dẫn nhiệt tốt so với các loại vật liệu khác Với các kim loại khác nhau thì độ dẫn điện của các kim loại

cũng khác nhau và như vậy điện trở suất của kim loại cũng khác nhau Điệntrở của kim loại phụ thuộc và hình dáng kích thước, bản chất và trạng tháicủa kim loại Với dây dẫn hình trụ chiều dài l và tiết diện s thì :

0 t R

Hệ số truyền nhiệt kim loai của kim loại khá lớn so với chất lỏng và chất khí.

kim loai = 5- 400 còn khi và lỏng khoảng 0,005 đến 0,8 (kcal/m.h.0C )[1]Hầu hết các kim loại có tính dẫn điện tốt cũng dẫn nhiệt tốt

1.1.2.3 Tính biến dạng

Kim loại có cấu trúc tinh thể Các Ion dương ở các nút mạng còn các điện

tử tự do chuyển động trong khoảng không gian giữa các nút mạng Do có cấutrú như vậy các Ion có thể xê dịch dưới tác dụng của ngoại lực : kim loại cótính dẻo cao, dễ bị biến dạng

Khi kim loại chịu tác

dụng của tải trọng sẽ có 3 giai

đoạn biến dạng: biến dạng đàn

hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ

Quan hệ giữa biến dạng (Δl)

và tải trọng (P) được giới

thiệu trên hình 1-1

Biến dạng đàn hồi có

quan hệ Δl và P là bậc nhất

(vùng I)

Biến dạng dẻo là biến

dạng xảy ra khi tải trọng vượt

quá tải trọng đàn hồi, quan hệ

Δl - P không còn là bậc nhất

(vùng II) Nguyên nhân gây ra

biến dạng dẻo là sự trượt mạng

Đặc trưng biến dạng của kim loại chịu kéo là là độ giãn dài tương đối và độthắt tương đối

Độ giãn dài tương đối ε là tỉ số phần trăm giữa độ giãn dài sau khi kéo Δl

và độ dài ban đầu lo của mẫu và được xác định theo công thức:

Để xác định khả năng chịu biến dạng dẻo của kim loại thép khi uốn người

ta tiến hành thử uốn bằng cách uốn thanh kim loại xung quanh một trục uốn cóđường kính nhất định, khi uốn đến một góc uốn theo qui định thì kiểm tra sựxuất hiện vết nứt

Độ cứng

Đo độ cứng là phương pháp đơn giản nhất được dùng phổ biến Cách xácđịnh như sau: ấn một vật liệu cứng ( hầu như biến dạng dẻo) bằng một lực xácđịnh Sau khi bỏ lực tác dụng mũi đâm để lai trên vật liệu một vết lõm.Vết lõmcàng to càng sâu thì giá trị độ cứng càng thấp

Vậy độ cứng đặc trưng cho khả năng chống lại biến dạng dẻo của vật

liệu thông qua tác dụng của mũi đâm

 Có liên quan đến giới hạn bền kéo và khả năng gia công cắt

Độ cứng của kim loại thường được được xác định theo phương phápBrinen

1.1.3 Các loại thép thông thường

1.1.3.1 Thép các bon

Thành phần hóa học của thép các bon gồm chủ yếu là Fe và C, ngoài ra

còn chứa một số nguyên tố khác tùy theo điều kiện luyện thép

C < 2%; Mn ≤ 0,8%; Si ≤ 0,5%; P, S ≤ 0,05%

Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti rất ít (0,1 - 0,2%)

Mn, Si là 2 nguyên tố có tác dụng nâng cao cơ tính của thép các bon P, S là

những nguyên tố làm giảm chất lượng thép, nâng cao tính giòn nguội trong thép, nhưng lại tạo tính dễ gọt cho thép

1.1.3.2 Thép hợp kim thấp

Thành phần hóa học: Thép hợp kim thấp là loại thép ngoài thành phần

Fe, C và tạp chất do chế tạo còn có các nguyên tố khác được cho vào với một

hàm lượng nhất định để thay đổi cấu trúc và tính chất của thép, đó là cácnguyên tố : Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Mo, Ti, Cu

Trong thép hợp kim thấp tổng hàm lượng các nguyên tố này ≤ 2,5% Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1659:1975), thép hợp kim được kýhiệu bằng hệ thống ký hiệu hóa học, số tỷ lệ phần vạn các bon và % cácnguyên tố trong hợp kim

Ví dụ: loại thép ký hiệu là 9Mn2 có 0,09% C và 2% Mn

Tính chất cơ lý: Thép hợp kim thấp có cơ tính cao hơn thép các bon, chịu

được nhiệt độ cao hơn và có những tính chất vật lý, hóa học đặc biệt nhưchống tác dụng ăn mòn của môi trường

Thép hợp kim thấp thường dùng để chế tạo các kết cấu thép (dàn cầu,tháp khoan dầu mỏ, đường ống dẫn khí, v.v ), cốt thép cho kết cấu bê tôngcốt thép

1.1.4 Gia công kim loại

(Biện pháp thay đổi cấu trúc và tính chất của thép)

1.1.4.1.Gia công nhiệt Gia công nhiệt gồm các phương pháp ủ, thường hoá,

tôi và ram

Ủ và thường hoá là nhằm giảm độ cứng của thép (làm mềm), tăng độ dẻo

để dập, cán, kéo nguội, làm đồng đều trên tiết diện thép chuẩn bị cho công tácgia công nhiệt cuối cùng

Ủ là nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ đó một thời

gian, rồi làm nguội Thép sau khi ủ có độ bền và độ cứng giảm, độ dẻo và độdai cao

Thường hoá là phương pháp nung nóng thép lên đến nhiệt độ cao hơn

nhiệt độ ủ, giữ nhiệt rồi sau đó làm nguội trong không khí, nhờ đó thép có độbền, độ cứng cao hơn đôi chút so với trạng thái ủ

Tôi thép là nung nóng thép lên quá nhiệt độ tới hạn rồi giữ nhiệt một thời

gian, sau đó làm nguội đột ngột, kết quả là thép khó biến dạng dẻo và có độcứng cao

Ram là quá trình cần thiết và bắt buộc sau khi tôi Thép sau khi tôi có

tính giòn, dễ gãy, có độ cứng cao, vì vậy ram thép nhằm mục đích tạo ra chothép có các tính chất cơ học (độ cứng, độ bền, độ dẻo) thích hợp với điều kiện

sử dụng cần thiết

Ngoài ra ram thép ở nhiệt độ cao còn để làm mềm thép giúp cho việc giacông cắt gọt được dễ dàng, tạo được độ nhẵn bóng cao khi cắt gọt

1.1.4.2 Gia công cơ học

Gia công cơ học thép là nằm cải thiện cấu tạo và tính chất của thép đểkhắc phục những nhược điểm khi luyện và tạo hình dạng mới Có hai phươngpháp cơ học: gia công nguội và gia công nóng

Gia công nguội là gia công thép ở nhiệt độ thường nhằm tạo ra biến hình

dẻo để nâng cao tính cơ học (tăng cường độ, độ cứng, nhưng lại làm giảm độ

dẻo) Gia công nguội gồm có kéo, rèn dập, cán nguội, vuốt

Các sản phẩm thép như dây, sợi kim loại hầu hết được qua kéo nguội, dậpnguội

Một hình thức gia công khác là cán nguội Thép sau khi cán nguội, ở mặtngoài có những vết lồi lõm theo quy luật So với kéo, thép cán nguội có nhiều

ưu điểm hơn: Cường độ kéo, cường độ nén và lực dính bám giữa bê tông vàcốt thép được tăng cường

Đối với dây thép nhỏ (đường kính 5 ÷ 10 mm) người ta dùng phươngpháp vuốt Trong phương pháp này, dây thép được kéo qua một lỗ có đườngkính nhỏ hơn dây thép Mỗi lần vuốt giảm khoảng 10% tiết diện dây Số lầnvuốt phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng, nhưng để đảm bảo tính dẻo và dai, thìsau lần vuốt thứ 4, 5 phải ủ thép một lần Dây thép vuốt nguội có thể dùng làmcốt thép trong bê tông dự ứng lực, làm dây cáp v.v Gia công nguội là mộtbiện pháp tiết kiệm kim loại

Gia công (rèn, cán) nóng (biến dạng nóng) là hình thức làm kim loại biến dạng ở trạng thái nóng

Đối với thép các biến dạng ở nhiệt độ trên 650-700oC là biến dạng nóng,nhưng để đảm bảo đủ độ dẻo cần thiết, thường biến dạng được thực hiện ởnhiệt độ cao hơn nhiều

Cán là phương pháp gia công ép nóng qua máy Do cán liên tục nhiều

lần mặt cắt của thép dần dần được cải biến đúng với hình dạng và kích thướcyêu cầu Các loại thép hình dùng trong xây dựng được chế tạo bằng phươngpháp cán

Rèn là phương pháp gia nhiệt đến trạng thái dẻo cao, dùng búa đập thành cấu kiện có hình dạng nhất định Rèn có thể thực hiện bằng tay hoặc

bằng máy

Thép cán và rèn có cấu tạo tương đối tốt và tính năng cơ học cao

Vật liệu cao phân tử ( chất dẻo) là những chất do các hợp chất hữu cơ cao phân tử tạo thành Vật liệu cao phân tử đang đóng vai trò quan trọng

trong các ngành cơ khí chế tạo và xây dựng Các vật liệu cao phần tử đang dầndần thay thế các vật liệu truyền thống như kim loại, gỗ, đá

1.2.2 Nhựa tổng hợp (polime):

Các polime đóng vai trò chất kết dính trong vật liệu chất dẻo, chúngđược phân loại theo phương pháp chế tạo :

- Nhựa trùng hợp tạo thành do phản ứng trùng hợp các đơn phân liên

kết thành các polime mà không tách ra các sản phẩm phụ Phần lớn nhựa

trùng hợp có đặc tính mềm khi chịu nóng và rắn chắc trở lại khi gặp lạnh, tantrong dung môi hữu cơ Đây là tính chất của nhựa nhiệt dẻo hóa

-Nhựa trùng ngưng tạo thành do các phản ứng trùng ngưng, trong đó

một số hợp chất đơn giản tạo thành phân tử phức tạp và tách ra các sản phẩm phụ (như nước, amôniắc, v.v ) Hầu hết các sản phầm trùng ngưng có

những đặc tính quí báu như: khi nung nóng vẫn có trạng thái rắn chứ khôngchảy lỏng, không tan trong các dung môi còn gọi là nhựa nhiệt hoá rắn Loạinhựa này có cường độ, độ cứng và khả năng chịu nhiệt tốt hơn nhựa nhiệt dẻo

1.2.2.1 Một số nhựa trùng hợp :

- Chế tạo: pôlyêtylen bằng cách trùng hợp êtylen CH2 = CH2 sản xuất từthan đá hay khí đốt

- Tính chất: là nhựa trong suốt, ổn định hóa học, cách điện, có cường độ

cao, dễ hàn và dễ gia công; có nhược điểm dễ lão hoá, kém chịu nhiệt, dễ cháy

và độ cứng nhỏ

- Sử dụng: thường dùng làm màng mỏng chống thấm cho công trình,

sản xuất giấy gói, vải gỗ dán, bọc dây điện v.v

- Chế tạo: Polyvinylclorua (PVC) bằng cách trùng hợp clorua vinyl

(CH2 = CHCl)

- Tính chất : nhựa có cường độ cao, chống thấm tốt, khó bắt lửa, ổn định

hóa học với kiềm và axit, khả năng trộn với chất độn lớn, dễ tạo hình và dễhàn dán; nhựa có nhược điểm kém chịu nhiệt và và khả năng dính bám vàomột số vật liệu thấp

- Sử dụng : nhựa PVC thường được dùng làm tấm sàn, tấm chống thấm,

tấm trang trí, đường ống và phụ tùng dùng cho nơi chịu tác dụng ăn mòn

a/Phênon foócmanđêhyt

- Chế tạo: sản xuất bằng cách trùng ngưng phênon (C6H5OH) vàfoocmanđêhyt (CH2O) (còn gọi là anđêhyt foocmic), sản phẩm phụ tách ra lànước (H2O), khi phản ứng xảy ra trong môi trường axit và thừa phênon nhậnđược nhựa nhiệt dẻo mà phân tử có cấu trúc mạch thẳng, còn khi phản ứngxảy ra trong môi trường kiềm và có chất xúc tác là amôniắc (NH3) hayhyđrôxyt natri (NaOH) sẽ được loại nhựa nhiệt hoạt mà phân tử có cấu trúcmạng không gian

- Tính chất: có khả năng trộn chất độn lớn, tính bền cơ học cao, chịu

nước, cách điện

- Sử dụng: dùng nhiều trong công nghiệp gỗ dán urê foocmanđêhyt

(còn gọi là nhựa cacbamit)

- Chế tạo: bằng cách đem trùng ngưng urê (CO(NH2)2) còn gọi làcácbamit và foócmanđêhyt (CH2O)

- Tính chất: so với phênon foócmanđêhyt thì nhựa urê foocmanđêhyt tốt

hơn vì không có màu, bền với tác dụng của ánh sáng, không có mùi và rẻ hơnsong nó lại kém hơn về mặt chịu nhiệt, chịu nước và chịu axit

Công thức epoxy mạch thẳng như sau:

CH2 - CH - CH2 - Rn - CH2 - CH - CH2

O O

trong đó Rn là yếu tố tái tạo môi trường liên kết

Đặc tính của epoxy như sau : a = 1,28; nhiệt độ ổn định 80 - 100oC;giới hạn đàn hồi 10 - 30MPa; giới hạn bền : Rk = 40 - 100 MPa, Rn = 70 -160MPa, Ru = 60 - 130 MPa

Có khả năng liên tốt với thép, bê tông , gỗ , ổn định với hóa học vànước Kém ổn định với tác dụng của ánh sáng mặt trời

Các loại epoxy thường dùng ED5, ED6, ED20, ED40 (Nga) và keo Ecủa Thụy sĩ, Mỹ.

Tuy vậy vì giá thành của epoxy đắt nên thường được pha thêm các chấtđộn để chế tạo epoxy nhiều thành phần để có giá thành thấp hơn

1.2.3 Các tính chất của chất dẻo :

1.2.3.1 Cường độ:

Cường độ của chất dẻo khá đa dạng phụ thuộc vào loại chất dẻo Vậtliệu làm tường bao cần có độ dai cao Với các vật liệu làm kết cấu chịu lực cầnđáp ứng khả năng sản xuất cấu kiện chịu lực: chất dẻo dùng chất độn bột haysợi có cường độ nén 120 - 160MPa và cường độ uốn 40 - 60MPa, chất dẻodùng chất độn dạng tấm có cường độ cao, thí dụ như tấm CBAM (chất độndạng sợi thuỷ tinh) có cường độ kéo 480 - 950MPa và cường độ nén 420 MPa.Sợi cácbon có cường độ chịu kéo đến 2000MPa

Cường độ chịu nén của chất dẻo không độn thí nghiệm trên mẫu 2x2x2

cm tuổi 6, 12 giờ và 3 ngày Các loại vữa và bê tông pôlime xi măng thínghiệm như vữa và bê tông thường

- Bền mầu nên không phải sơn nhiều lần

- Dễ hàn, dán nên rất thuận tiện khi thi công

- Một số loại chất dẻo trong suốt (pôlystirôn, v.v ) dùng làm kính hữu

cơ có các đặc trưng cơ học quý, v.v

1.2.4 Vật liệu xây dựng chất dẻo

1.2.4.1 Các vật liệu bao che :

Vật liệu làm kết cấu bao che như tường, trần, vách ngăn là những vậtliệu chiu lực không lớn, mỏng, giá thành không cao như : ván gỗ ép, tấm láttrần, vải dán tường v.v

1.2.4.2 Chất dẻo làm nền, lợp

Các chất dẻo này thường có gốc là Linolêin, PVC, Nitroxenluloo,Linôlêin cao su ở dạng tấm hoặc cuộn, vải Gleptan, vải Renlin v.v

Kích thước chuẩn theo ISO (tiêu chuẩn quốc tế) là 10 x 10; 15 x 15; 20

x 20cm ;  = 1,25 6mm Các cuộn có b = 1,5 3,0m ; L = 8 20m ;  = 1,5 3,0mm

-Các chất dẻo trên thường có màu sắc đẹp, đa dạng, bền nước, dung môihữu cơ và khó cháy, chịu mài mòn tốt

Chất dẻo lợp thường chống nước tuyệt đối, có cấu tạo dạng tấm thẳnghoặc lượn sóng dài 8 - 16m; dày 0,5 - 2mm Các vật liệu chống thấm cho mặtđường, nền nhà, mặt cầu thường ở dạng vải có chiều dày nhỏ Tùy theo côngtrình có thể cho nước thấm qua hoặc cách nước tuyệt đối

1.2.4.3 Chất dẻo chịu lực

Các chất dẻo chịu lực thông thường đều có gốc epoxy, chất độn là sợithuỷ tinh và cao cấp hơn là sợi cácbon

1.2.4.3.1 Chất dẻo thủy tinh

Chất dẻo thuỷ tinh gồm có polime và chất độn là sản phẩm thuỷ tinh.Theo dạng chất độn thuỷ tinh, chất dẻo thuỷ tinh được phân làm 3nhóm Nhóm sợi thuỷ tinh (sợi thẳng liên tục xếp thành từng lớp theo chiềudày vật liệu) Nhóm sợi thuỷ tinh được cắt ngắn và dàn thành tấm thảm hoặctrải ra bằng cách phun Nhóm sợi thuỷ tinh ở dạng vải gai (tectôlit)

Sợi thuỷ tinh dị hướng - CBAM - là một dạng chất dẻo sợi thuỷ tinhthuộc nhóm A được sản xuất bằng cách đặt và kéo căng các sợi thủy tinh songsong với nhau đồng thời phun chất kết dính lên để tạo thành tấm sợi thuỷ tinh.CBAM có thể gồm một số lớp, tấm đặt vuông góc với nhau

CBAM có kích thước rộng đến 50cm và dày 1 - 30mm Tính chất cơhọc của nó phụ thuộc vào dạng polime, chiều dày sợi thuỷ tinh, tỷ lệ polime vàchất độn, sự phân bố của sợi và phương pháp phân bố các lớp kết cấu Tínhchất cơ lý của CBAM như sau : khối lượng thể tích từ 1,9 - 2,0g/cm3; cường

độ chịu kéo 450MPa, chịu nén 400MPa, chịu uốn 700MPa; độ dai va đập 500kG.cm/cm2; độ cứng (theo phương pháp Brinen) 55

Chất dẻo thuỷ tinh nhóm A được sử dụng cho bộ phận chịu lực của trần

3 lớp, các kết cấu bao che, cũng như làm cốt cho bê tông Các tấm chất dẻothủy tinh trên cơ sở sợi thuỷ tinh thấm epoxy có thể thể thay thế cho các cốtthép cường độ cao của bê tông

Chất dẻo thủy tinh trên cơ sở sợi thuỷ tinh ngắn (nhóm B) được sản xuấtbằng cách phun hoặc ép tấm thuỷ tinh

Theo phương pháp phun, sợi thuỷ tinh cắt ngắn với chiều dài 25 50mm được trộn với polime, phun lên mặt khuôn thành lớp mỏng Khi dùngpolime đông rắn nguội thì sản phẩm được tạo hình ở nhiệt độ bình thường, cònkhi dùng polime rắn nóng thì phải tạo hình ở nhiệt độ đóng rắn của polime.

-Việc sản xuất chất dẻo thuỷ tinh bằng cách ép lớp thuỷ tinh tiến hànhnhư sau: Nguyên liệu (khối thuỷ tinh hình cầu) được đổ vào lò nấu Khi chảylỏng được lấy ra theo khuôn kéo, rồi nhờ luồng khí nóng phun tung tóe thànhnhững sợi mảnh Trong khi các sợi còn lơ lửng tự do thì được tẩm ngay trongmàn sương mù polime, sau đó được lắng dần trên băng truyền chuyển độngliên tục, tạo thành một tấm dày 0,5 - 2mm

Chất dẻo thuỷ tinh nhóm B dùng để chế tạo các bộ phận bao che vàtường ngăn cho ánh sáng đi qua, các cửa trên tường để lấy ánh sáng và giữnhiệt, cửa mái lấy ánh sáng, cũng như để cấu tạo lớp ngoài panen cho cáccông trình dễ bị xâm thực hóa học

Tectôlít (nhóm C) được sản xuất từ vải thuỷ tinh với các kiểu dệt khácnhau Đem vải thuỷ tinh đã được tẩm polime sấy khô, cắt thành tấm rồi xếpthành từng chồng Mỗi chồng được đặt vào 2 tấm kim loại rồi cho vào máy épnóng

Tectôlít có mác khác nhau tùy thuộc vào chiều dày của sợi, kiểu vải,hàm lượng và loại chất kết dính Kích thước thường gặp của nó : (1400 -2400) x (650 - 1000) x (0,5 - 8)mm

Các chỉ tiêu cơ lý của tectôlít : khối lượng thể tích 1,8g/ cm3; độ hútnước 1,5 - 3%; độ dai va đập 600 kG.cm/cm2

Tectôlít độ bền nhiệt cao, độ hút nước không đáng kể (một số có độ bềnnước tuyệt đối), độ bền hóa học cao Nó có thể trong suốt (cho 85% ánh sáng

đi qua), nửa trong suốt (cho 60% ánh sáng đi qua) và không trong suốt; cómàu hoặc không có màu Chất dẻo thuỷ tinh có thể dùng chế tạo lớp ngoài vàcác chi tiết của panen tường 3 lớp và các công trình đòi hỏi kỹ thuật và độ bềncao

1.2.4.3.2 Chất dẻo sợi các bon :

Chất dẻo sợi các bon được nghiên cứu từ năm 1989 và đã thành côngvào những năm 1995 - 1996

Vật liệu chất dẻo sợi các bon được chế tạo trên cơ sở keo epoxy và sợicác bon - vật liệu dạng tấm có cường độ cao và có mô đun đàn hồi tươngđương với bê tông, được dùng để dán lên bê tông thay thế phần cốt thép đã bị

rỉ và thay thế vật liệu thép trong một số kết cấu đặc biệt

Chất dẻo cácbon có ký hiệu: SS12, S1012, S1212 (Thụy sĩ) chiều rộngtấm : 5, 6, 8, 10, 12 cm; dày 1,2 - 1,4 mm; hoặc M614, M1214 có chiều rộng

Tấm sợi các bon là vật liệu mới còn rất có triển vọng khi dùng để sửachữa các công trình bê tông đặc biệt trong các môi trường đặc biệt ở Châu âunăm 1998-1999 đã bắt đầu chế tạo các cầu có nhịp 10-12 m hoàn toàn bằngtấm sợi cacbon

1.3 VẬT LIỆU GỐM

1.3.1.Khái niệm chung

Gốm là loại vật liệu gồm các O xit kim loại được nghiền với độ mịn cao được ép trong các khuôn và được nung nóng ở nhiệt độ cao

Trong quá trình nung vật liệu được biến đổi lý hoá nên sản phẩm cóthành phần và tính chất khác với nguyên liệu ban đầu

Sản phẩm gốm rất đa dạng về chủng loại và tính chất

Theo công dụng gốm có thể chia ra các loại: dụng cụ ăn uống, vật liệuxây dựng, vật liệu cho trang thiết bị điện…

Theo mức độ rỗng của sản phẩm có thể chia ra 2 loại: loại đặc là gốm

có độ hút nước theo khối lượng bé hơn 5 % , loại rỗng là gốm có độ hút nướctheo khối lượng lớn hơn 5 %

Gốm cũng có chia theo loại tráng men và không tráng men

1.3.2 Tính chất của vật liệu gốm thông thường :

Tính chất gốm phụ thuộc nhiều vào quy trình công nghệ chế tạo gốm.đối với gốm dân dụng gốm có các tính chất :

- Độ cứng cao, chịu được mài mòn nhưng dòn dễ vỡ

- Cách điện và cách nhiệt Sở dĩ như vậy vì không có nhiều điện tử tự

do Phonon chịu trách nhiệm chủ yếu trong dẫn nhiệt Phonon vận chuyểnnăng lượng nhiệt không hiệu quả như điện tử tự do, chúng dễ bị tán xạ bởi cáckhuyết tật

- Gốm dân dụng là loại vật liệu có tính chất đồng nhất và đẳng hướng

Các vật liệu gốm dùng trong dân dụng và trong xây dựng là các hóa chất chủ yếu ở

dạng ôxít, được sử dụng trong công nghiệp gốm sứ Chúng có thể phân loại một cách tương đối thành các phân nhóm sau:

 Các chất trợ chảy: Là các hóa chất khi thêm vào trong men/thủy tinh thì có tác dụng chủ yếu là giảm nhiệt độ nóng chảy của men/thủy tinh

 Các chất tạo thủy tinh: Là các chất khi tham gia vào thành phần của men có tác dụng chủ yếu là tạo ra thủy tinh

 Các chất tạo màu: Là các hóa chất khi thêm vào trong men/thủy tinh có tác dụng chủ yếu là tạo ra các màu sắc hay các gam màu nhất định cho men/thủy tinh

 Các chất tạo độ mờ: Là các hóa chất khi thêm vào trong men/thủy tinh có tác dụng chủ yếu là tạo ra các độ mờ nhất định cho các màu men/thủy tinh

 Các chất mất đi khi cháy: Là các chất khi bị nung ở nhiệt độ cao sẽ bị phân hủy và thoát ra ở dạng khí Tuy nhiên, chúng có thể tham gia vào một số phản ứng hóa học phức tạp mà cơ cấu hoạt động còn chưa được tìm hiểu kỹ

 Các chất khác: Là phân nhóm chứa các chất có mặt trong men ở tỷ lệ phần trăm rất nhỏ (dạng dấu vết) Tuy nhiên, sự phân loại này không hoàn toàn chính xác, do vai trò của một hóa chất nhất định còn phụ thuộc vào môi trường lò nung (ôxi hóa, khử hay trung tính), vào sự có mặt của các hóa chất khác cũng như nhiệt độ nung v.v.

1.3.3 Các loại gốm đặc biệt

Gốm là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể bao gồm các hợp chất giữa kimloại và á kim như: kim loại với oxi (các oxit), kim loại với nitơ (các nitrua),kim loại với cacbon (các cacbua), kim loại với silic (các silixua), kim loại vớilưu huỳnh (các sunfua) Liên kết chủ yếu trong vật liệu gốm là liên kết ion,tuy nhiên cũng có trường hợp liên kết cộng hoá trị đóng vai trò chính

1.3.3.1 Các tính chất đặc biệt

Vật liệu gốm có nhiều đặc tính quý giá về cơ, nhiệt, điện, từ, quang, do

đó đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp

Về đặc tính cơ, vật liệu gốm có độ rắn cao nên được dùng làm vật liệu

mài, vật liệu giá đỡ

Về đặc tính nhiệt, vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao, đặc biệt là

hệ số giãn nở nhiệt thấp nên được dùng làm các thiết bị đòi hỏi có độ bềnnhiệt, chịu được các xung nhiệt lớn (lót lò, bọc tàu vũ trụ )

Về đặc tính điện, độ dẫn điện của vật liệu gốm thay đổi trong một phạm

vi khá rộng từ dưới 10   1cm 1đến 10−12   1cm 1 Có loại vật liệu gốm trong

đó phần tử dẫn điện là electron như trong kim loại, cũng có loại vật liệu gốmtrong đó ion đóng vai trò là phần tử dẫn điện Do đó ta có thể tổng hợp nhiềuloại vật liệu gốm kỹ thuật điện khác nhau như gốm cách điện, gốm bán dẫnđiện, gốm siêu dẫn điện,

Đặc tính từ của vật liệu gốm rất đa dạng Ta có thể tổng hợp được gốm

nghịch từ, gốm thuận từ, gốm sắt từ, gốm phản sắt từ với độ từ cảm thay đổi từ

0 đến 10 và phụ thuộc rất đa dạng vào nhiệt độ cũng như từ trường ngoài

Về đặc tính quang, ta có thể tổng hợp được các loại vật liệu có các tính

chất quang học khác nhau như vật liệu phát quang dưới tác dụng của dòngđiện (chất điện phát quang), vật liệu phát quang dưới tác dụng của ánh sáng(chất lân quang) hoặc các loại gốm sử dụng trong thiết bị phát tia laze

1.3.3.2 Sự phụ thuộc tính chất vào trạng thái cấu trúc

Tính chất vật liệu gốm không phải chỉ phụ thuộc vào thành phần hoáhọc (độ nguyên chất, lượng và loại tạp chất có trong đó) mà phụ thuộc khánhiều vào trạng thái cấu trúc của nó:

- Đơn tinh thể có cấu trúc lớn

- Dạng bột có cấp hạt xác định (nanô, micrô, mili, )

- Dạng sợi có kích thước xác định (micrô, mili, )

- Khối đa tinh thể thiêu kết từ bột

- Dạng màng mỏng có độ dày rất bé cỡ nanô, micrô, mili

Ví dụ cùng thành phần hoá học là nhôm oxit nhưng sản phẩm dưới dạng khốiđơn tinh thể α -Al2O3 thì rất trơ về hoá học, có độ rắn cao được dùng làm đáquý (khi có lẫn một lượng tạp chất nào đó), làm kim đĩa hát, làm các ổ gối đỡ

Nếu sản phẩm dưới dạng vật liệu xốp γ - Al2O3 thì có dung tích hấp phụlớn được dùng làm chất mang xúc tác Nếu sản phẩm dưới dạng màng mỏng

có độ bền hoá học cao được dùng để phủ gốm Nếu sản phẩm dưới dạng sợiđược dùng làm cốt cách nhiệt cho gốm kim loại

Nếu sản phẩm dưới dạng bột α -Al2O3 hoặc bột α -Al2O3 rồi tiến hànhthiêu kết thành khối thì được dùng làm vật liệu cắt gọt, bột mài

Bảng 1 cho thấy tuỳ theo cấu trúc mà vật liệu gốm có những tính chấtkhác nhau, được dùng vào các lĩnh vực khác nhau

ăn mòn

Dụng cụ bền ăn mòn, pin điện trở

Tụ điện, áp điện, hoả điện hằng số điện môi  cỡ vài

10 2 đến 10 3

Thuỷ tinh tấm

Dụng cụ cắt gọt

Vật liệu

xốp

Chất hấp thụ, chất mang xúc tác

Chất mang xúc tác

Dạng vô định hình làm chất hấp phụ

Màng

nhiệt cho thuỷ tinh

Tụ điện, bộ phận hãm