Luận văn hia sẻ file phân tán với linux domain controller

phát triển đỏ và ngày càng, có vị trí xứng đáng trong nhiều lĩnh vục công nghiệp của nên kinh lễ quốc đân và quốc phòng như hàng không - vũ trụ, điện nguyên tứ, đồng tàu, chế tạo máy, xâ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẢO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HẢ NỌI

NGUYÊN ĐỨC DUY

DE TAL: CHE TAO VAT LIEU NANOCOMPOZIT NEN CU COT

HAT PHAN TAN ALO; BANG PHUONG PHAP

CO -TI6A KET TOP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: KỸ THUẬT VẶT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA HỌC:

TS NGUYEN DANG THUY

TIẢ NỘI - 2010

LỜI CAMĐOAN

Tôi xin cam đoan đây lả công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi Các

số liệu, kết quả nghiền cửu trong, luận văn nảy lả trung thực và chưa từng được ai công bổ trong bắt kỷ công trình nghiên cửu nào trước đây

'Tác giả luận văn:

Nguyễn Đức Duy

1.1.1 Khải niệm về vật liệu compozit

1.1.2 Phân loại vật liệu compozit

1.2 Vật liệu compozit nén kim loại

1.2.3.3 Liên kết hỗn họp

1.3 Vật liệu compozit cốt hạt

1.3.1 Compozit hat thé

1.3.1.1 Đặc điểm của vật liệu compozit hat thd

1.3.1.2 Một số composit hại thô thông dung

1.3.2 Compozit hạt mịn (phân lân)

1.3.3.1 Đặc điểm của vật liệu compozit héa bén phan tan

1.3.2.2 Một số compozit hóa bên phần tán

1.3.3 Lỷ thuyết hóa bên phân tán

Trang

1.3.3.1 Đường lệch bị uốn cong giữa các hạt phân tán

1.3.3.2 Đường lệch cắt hạt phân tán

1.3.4 Một số phương, pháp chế tạo vật liệu eompozit cốt hạt

1.3.4.1 Phương pháp biển đạng tạo hinh vật liệu bét va compozit hạt

1.4.2.3 Sự hóa bến bằng dung địch rắn (hợp kim hóa)

1.4.3.4 Sự hóa bổn bằng các hạt gốm phân tán (campozit)

1.E Vật liệu compozit Cu-ALO;

1.6 Tỉnh hình nghiên cứu và ứng dung vật liệu compozit nền kim loại

trong và ngaài nước

1.7 Kết luận chương 1

CHUONG 2 CONG NGHE CHE TAO VAT LIEU NANOCOMPOZIT

Cu-ALOs BANG PHUONG PHAP CO- HOA KET HOP 2.1 Cơ sỡ lý thuyết quả trình nghiỀn cơ - hóa

2.1.1 Sự phát triển của phương pháp nghiễn trận cơ học

2.1.2 Cơ chế của quá trinh nghiên trộn cơ học

2 L.3.1 Sự va chạm Irong quá trình nghiền

2.1.2.2 Su hàn nguội

1.3.3 Các giai đoạn của quả trình nghiển lrộn co hoe

2.1.2.4 Các thông số cơ bản của quả trình nghiền

2.2 Lý thuyết quá trình Ép - Thiêu kết

16

3.2.1 Ep tạo hình kim loại bột - Ép sơ bô

2.2.2 Quả trình thiêu kết

2.2.2.1 Cơ sở hỏa lý của quả trình thiên kết

2.2.2.2 Phân loại các đạng thiêu kết

2.2.2.3 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản đến quá trình

thiêu kết

2.3 Qui trình công nghệ chế tạo vật Hệu nanocompozlt Cu-ALO, bang

phương pháp cơ - hóa kết hợp

3.3 L Cơ sở lựa chọn phương pháp công nghệ

2.3.2 Đề xuÃI qui Irinh cong nghệ chế tạo vật liệu Cu-Al-O;

2.4 Kết luận chương 2

CHƯƠNG 3 KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VAT LIEU

NANOCOMPOZIT Cu-ALO;

3.1 Công đoạn nghiền trộn cơ học

3.1.1 Mục đích của quá trình nghiễn bí

3.1.2 Phương pháp thực nghiệm

3.1.3.1 Thiết bi

3.1.3.3 Tỉnh toán phối liệu

3.1.3.3 Chế độ nghiên

3.1.3.4 Các giai đoạn trong quả trình nghiên

3.2 Công đoạn ép tạo hình sơ bộ

3.3.4 Kết quả quá trình hoàn nguyên - thiêu kết

3.4 KẾt luận chương 3

CHƯƠNG 4 XÁC ĐỊNH MỌT SÓ TÍNH CHÁT VÀ TỎI ƯU QUÁ TRÌNH

CÔNG NGITỆ CHÉ TẠO VẬT LIỆU NANOCOMPOZIT Cu-Al;O;

4.1 Xác định độ xếp của vật liệu

4.1.1 Phương pháp xác định độ xốp

4.1.2 Kết quả đo độ xốp của vật liệu Cn-Al,O;

4.2 Xác định độ cứng của vật liệu Cu-Al;O;

4.3 Tổ chút tế vi của vật liệu Cu-AkO;

4.4 Xây đựng hằm mục tiêu tối ưư công nghệ chế tạo vật liệu Cu-Al;O,

4.4.1 Giới thiệu phương pháp

4.4.2 Mỏ hình nghiên cửu

4.4.2.1 Các bước thực hiện bài toán qui hoạch thực nghiệm

4.4.2.2 Xây dựng mô tả toán học tối tru hỏa hàm mục tiêu

4.5 Kết luận chương 4

KET LUAN VA KIẾN NGHỊ

TAI LIEU THAM KHAO

DANH MỊ]

16 _ Tỉnh chất của vật liệu Cu-4,5%(thẻ tich)T¡B: chế tạo bằng phương

pháp phổi hợp nghiễn trộn cơ học với phản ủng tụ sinh nhiệt và

17 Tính chất một số vật liệu compozit Cu-TiB: sau khi thiểu kết xung

18 So sánh các tính chất của vật liêu Cu-4,3%(thế tich)TiB¬ vả một số

3.1 Thành phần (theo khối lượng) của hễn hợp vật liệu bột ban đâu 69 4.1 Sự phụ thuệc của độ xốp vào các thông số công nghệ: nhiệt độ thiêu

kết (T), thời gian thiêu kết () và áp lực ép ŒP) 89

42 Sự phụ thuộc của độ cứng vào các thòng số công nghệ: nhiệt độ

thiêu kết (T), thời gian thiêu kết (2) và áp lực ép (P) 90

4.4 Ma trận kế hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm 97

DANII MUC CAC HINE VE, BO THI

15 Qui trình công nghệ chế tạo sản phẩm bột va compozit bằng

16 _ Một số phương pháp sân xuất vật liệu cempozit cốt hạt khác 26

.7_ Ảnh hưởng của các nguyên tổ tạp chất đến độ dẫn điện của Cu 30

18 _ Ce tinh va tinh din điện của Cu nguyên chải [L5] 31

19 Ảnh huởng của nhiệt độ nung đến độ cứng của MZC và Cu-Ni-Ti 34

110 Ảnh TEM cau trúc tế vi hợp kim Ct-Ni-Ti sau 1 giờ nung ở (3)

1005°K va (b) 1227°K làm nguội bằng không khi đến nhiệt độ

111 Dé otmg ofa hén hop Cu-5%(thé tich) TC [20] 36

1.12 Ảnh TEM hỗn hợp Cu-5%(thể tieh)TiC ép chãy [20] 36

113 Một số chỉ tiết chế tao tir vat ligu té hop hop kim Al (A356)-SiC

21 Sự va chạm của bị nghiễn - hỗn hợp bột - bi nghiển trang cá trình

2.2 Méi quan hé giita dd bén liên kết và síc căng biến dạng [15] 48

23 Các giai đoạn quá trình nghiễn trộn cơ học vật liệu đẻo - đếo 50

24 Các giai đoạn quá trình nghiền trộn cơ học vật liệu dẻo - đòn 30 2.5 Một số thiết bị thông dụng đùng để nghiền trộn cơ học 52

2.6 Sơ đỗ nguyên lý nghiên bị trong máy nghiên cánh khuấy 33

28 BÉ mãi tiếp xúc cúa hỗn hợp vật liệu bột trước (a) và sau thiêu kết

29 Sơ đồ qui trình công nghệ chế tạo vật liệu Cu-Al;O; 64

3.4 Ảnh SEM hình đạng mẫu hỗn họp bệt ban dau Cu-CuO-Al (a) va

sau khi nghiên với tắc độ nghiễn 620 vg/ph trong thỏi gian 16h (b) T2

3.6 Giản đỗ nhiều xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột ban đầu 75

37 Giản đỗ nhiễu xa X~ay mẫu hỗn hợp vậi liệu bội san 4h nghiên 76

3.8 Giản để nhiễu xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột sau 6h nghiễn 71

3.9 Giản đỗ nhiều xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột sau 12h nghiễn 78

3.10 Giản để nhiễu xạrơnghen của mẫu hễn hợp vật liệu bột 9 3.11 Mẫu bị nứt tách lớp khi ép sơ bộ với áp lực ép 400 MPa 80

3.16 _ Giản đã nhiễu xạ X-ray mẫu Cn-Al;O; sau khi thiểu kết 84

42 — Anh bién vi quang hoc mau Cu-l0%(khdi lượng)Al-O; sau khi

thiêu kết ở 700°C trong 3h, X200 (a), X500 (b) 91

43 Kinhhiến vi điện tử quét phát xạ trường HITACHI 3-4800 92

44 Ảnh 8§EM mẫu Cu-10%(khối luợng)Al;O; sau khi thiêu kết ở

PHAN MG DAU

Cùng với sư phát triển của khoa học công nghệ nói chung khoa học công nghệ

vật liệu cũng có sự phát triển mạnh mẽ Bởi lẽ, vật liệu bao giờ cững là mnột yếu tổ

thiết yêu quyết định sự phát triển của nền công nghiệp đổi với mọi quốc gia Nên

công nghiệp càng phái triển thì yêu cẩu vẻ chất lượng vật liệu ngảy cảng cao, trình

độ công nghệ sản xuất vật liệu phải càng hiện đại Vì vậy, khoa học công nghệ cần

phải có sự đổi mới, tiếp thu, sảng tạo các phương pháp công nghệ mới tiền tiến,

hiện đại và công nghệ cao một cách kịp thời, nhằm góp phần tích cực, cỏ hiệu quả

vào công cuộc “cổng nghiện hoá - hiện đại hoá” đất nước, đồng thời tiền tới hội nhập từng bước vào cộng đồng các nude trong khu vực và trên thẻ giới Sự đổi mới

công nghệ, trong đỏ có sự cấp thiết phát triển Công nghệ vật liệu, là một đời hồi

khách quan trước yêu cầu phát triển của nền kinh tế - xã hội Việt Nam

Trước thực tế đó, trong lĩnh vực công nghệ vật liệu, bên cạnh các công nghệ

truyền thông cản phải phát triển các công nghệ mới nhằm chế tạo các vật liệu có

những tính chất đặc biệt, có khả năng đêm bảo linh ến định cho các thiết bị roy

móc hiện đai làm việc trong điều kiện khắc nghiệt Nhu mat quy luật tất

loại vật liệu mới đã ra đời,

í liện tổ hợp (cornpozi) ra đời cũng trong xu hướng phát triển đỏ và ngày càng, có vị trí xứng đáng trong nhiều lĩnh vục công nghiệp của nên kinh lễ quốc đân và quốc phòng như hàng không - vũ trụ, điện nguyên tứ, đồng tàu, chế tạo máy, xây dụng,

'Vật liệu compozit đã kết hợp được nhiều tính chất ưu việt của các loại vậi liệu khác nhau hoặc tao ra những tính chất hoàn toản mới có khá năng thóa mãn moi

nbn cau, rat da dạng và phong phú của nến công nghiệp phát triển hiện nay cũng

nhu trong tương lai vúi các tính năng đặc biệt như: vật liệu độ bản cao, vật liệu chịu mài mòn, vật liệu làm việc trong điển kiện áp suất và nhiệt độ cao và một số tỉnh

nắng khác mà vật liệu truyền thẳng không có được Vì vậy, vật liệu corpozit ngày

cảng thu hút được sự quan tâm của các nhả nghiên cứu, nhá sản xuất và được ủng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong nền kinh tế quốc dân hiện nay

Ở nước ta, việc nghiên cứu vật liệu tổ hợp nói chung, đặc biệt là vật liệu tổ

hợp nến kim loại nói riêng còn rất hạn chế và mới chỉ bắt đâu trong vài năm gần đây, Việc nghiên cửu vật liệu tổ hợp nên kim loại, đuạc phát triển theo hai hướng

chính, đẻ là nghiên cứu các phương pháp chế tạa vât liệu vả nghiên cứu các

phương pháp công nghệ tạo hình các chỉ tiết, sản phẩm tr vật liệu tổ hợp nên kim

loại Có thể nói, đây là lĩnh vực nghiên cửu vật liệu mới tiểm năng, đảy triển vọng

Với những tiểm năng to lớn của vật liệu tổ hợp nên kim loại Tác giả đà lựa

chọn dé (ai “Chế tạo vật liệu nanocomposit nên Cu cot hat phan tin Al;(); hằng phương pháp cơ - hóa kế! hạp” đê nghiên cửa Đây là để tài mang tính ứng dụng

cao trong thực tế hiện nay và khá mới mẻ trong lĩnh vực nghiền cửu vật liệu mới Việc nghiên cứu để tải nảy, mở ra triển vọng lỏn trong nghiên cửu các loại vật liệu compozil trên cơ sở nên Cu nói chưng và vật liệu compazit Cu-Al:O; nói riêng, có khả nắng ứng dụng thực tế trong các lĩnh vục như vật liện điện cực, vật liệu chịu mai mon, vat liệu đụng cụ cắt

Bản luận văn được trình bày thành 4 chương Chương 1, trình bày tổng quan

về vật liệu compozit nén kim loai Sau kh trinh bảy những vẫn đề về cơ sở lý thuyết và công nghệ ché tạo vật liệu Cu-Al;O; trong chương 2, chương 3 sẽ đẻ cặp

đến kỹ thuậi thực nghiệm chế tạo vật liện Cn-Al-

học Bach khoa LIà Nội Chương 4, xác định một số tỉnh chất và tối ưu hóa quá trình

công nghệ chế tạo vật liệu Cu-AlO;, và cuối cùng là kết luận của luận văn và một

lược liên hành tại Trường Đại

số kiến nghị cho hưởng di tiếp theo của công trình nghiên cúu

Tác giả xìn lỏ lòng biết on sâu sắc đến T8 Nguyễn Đăng Thủy, người đã lận tình huớng đấn, gợi ÿ và cho những lời khuyên hết sức bổ ích trong việc nghiên cứu

và hoàn thành luận văn này,

Tac gia xin Iran trọng cảm ơn PG5 TS Tran Van Diing, người da déng gop

những ÿ kiến xác thực góp phẩn hoàn chỉnh luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ou Trường Cao đẳng Cơ khi - Luyện kim, Thai

Nguyên, Viện Đảo tạo Sau đại học, Khoa Khoa học và Công nghệ vậi liệu, Bộ môn

Co hoc vat liện và Cán kim loại, phòng thí nghiệm Công nghệ vật liệu Kim loại,

Trường Dai hoc Bách khoa Ha Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành

ban luận văn này

Xin chan thành ghí nhớ những chân tình, sự giúp đỡ của các thành viên (rong

nhóm nghiên cứn Kỹ thuật vật liệu câu trúc nano nền kim loại, Khoa Khoa học và

Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Bách khoe Hả Mội

-10-CHƯƠNG 1

TONG QUAN VE VAT LIEU COMPOZIT NEN KIM LOẠT

1.1.1 Khái niệm về vật ligu compozit

Vật Hiệu composif là loại vật liệu đị chất (không đồng chất), nó được tạo nên

bởi hai hoặo nhiển thành phân liên kết bên chặt với nhau trong đó có it nhất một thành phân trội hơn về mặt thể tích (khối lượng) là một kim loại, hợp kim hoặc phi

kim loại

Vật liệu compori là vật liệu nhiều pha, các pha tạ niên thường rắt khác nhau

về bán chất, không hòa lan lẫn nhau và phân cách nhau bằng ranh giới pha, kết hợp Jai bằng sự can thiệp kỹ thuật của cou người theo nhùng sơ đỏ thiết kế trước, nhằm

tận dụng và phát triển những tỉnh chất tốt của từng pha trong vật liệu compozit cin

chế tạo Pha liên tục trong toàn khối vật liệu được gọi là pha nên, pha phân bỗ giản

đoạn được nên bao bọc gợi là pha cốt

Sự kết hợp các tính chất trong, vật liệu nhiều pha là hiện tượng phổ biến Vi

dụ, giải hạn hến cao và độ dẻo thích hợp của thép cùng tỉch peclit là kết quả cửa sự

kết hợp 46 déo, 48 dai lớn của các tắm ferit với tính cửng vững của các tấm

xemenlit khi chúng sẩp xếp xen kế nhau; gỗ, tre cứng vững vả bền dai chỉnh là nhờ kết hợp được tỉnh bổn đai của sợi xenluylo phân bố theo hưởng xác định với độ cứng vững cao của chất gỗ (ignin) bao bọc xung quanh Qui luật kết hợp thể hiện trong các ví dụ này lả cơ sở khoa học của công nghệ vat ligu compozit

Bằng con đường kết hợp nhân tạo các pha có bản chất khác nhau theo một

kiến trúc định trước, đảm bảo tạo nên một tổ hợp nhất định các tỉnh chất, con người

đã sản xuất ra khả nhiều chủng loại vật liệu compozit đáp ung nhu câu đa dạng của

công nghệ hiện đại

Trong val tiệu eompozil tỷ lệ, tình đảng, kich thước cũng như sự phân bổ của

niên vả cốt tuân theo các qui định thiết kẻ trước

-11-'TTính chất của các pha thành phân được kết hợp để tạo nên tính chất chung của

vật liệu compozit Tuy nhiên, tỉnh chất của compozit tạo za không bao hảm tắt cả

các tính chất của pha thảnh phần khi chủng đửng riêng rẻ má chỉ lựa chọn trong do

những tỉnh chất tốt vả phát huy thêm Xét vẻ các chỉ tiểu độ bắn riêng, mỏ đưn đàn

hổi riêng, độ bền nóng, độ bển mới cũng như nhiễu tính chất khác, vật liệu

compozit cao hơn đảng kể so với các hợp am kết cầu đã biết

1.1.2 Phân loại vật liệu compozit

Phân loại vật liệu compozit thường dựa vào các điểm đặc trưng của chúng:

# Theo bản chất của nên, vật liệu compozit được phân thành:

- Compozit nén chat déo;

- Compozit nén kam Loai;

- Compozit nén gdm (ceramic);

- Compozit nén 1a hén hợp nhiễu pha

4 Theo hinh dang của cốt hoặc theo đặc điểm câu trúc, có thể phân loại

compovil thanh ba nhém (hình L L)

~ Vật liên composit cốt hal;

~ Vật liệu compozit cốt sợi;

- Vật liện compozit cần trúc

Thê | | Min | |Liên tue| |Gián đoạn| | Tả Tâm || Tắm ba lớp ||_ Tổ ong

Có hướng || Ngẫu nhiên

1.2 VAT LIEU COMPOZIT NEN KIM LOẠI

Vật lận compozit nên kàm loại có nên thường là các loại kim loại và hợp kim

cỏ độ đẻo đai cao, tỷ trọng riêng nhỏ, độ bền cao va mé dun dan hỗi lớn Khí đưa thêm các phần tử cốt vào pha nên sẽ tạo ra một loại vật liệu mới có các tính chất tru

việt hon hẳn các pha thành phần hợp thành nên nó Cáo đặc tính đặc trưng của vật

liệu compozit nên kim loại lá độ dẻo đai, độ bến cao, chịu mài mòn và khả năng làm

việc Ân định ở nhiệt đồ cao

1.2.1 Thành phân cầu tạo

Compozit được cấu tạo từ hai cấu tử chính, đó lá nền và cốt Mỗi cẩu tử có mệt vai trỏ và tỉnh chất đặc trưng, chủng Hền kết với nhau để tạo ra một vật liệu có

tính chất tổng hợp, kết hợp các tính chất tru việt của các câu tử thành phân

dung các hợp chất trên cơ sở sắt vì nỏ có độ bẻn riêng nhỏ vá đễ bị oxi hóa

Compozit trên eơ sở nền nhôm và hợp kim của nhôm có ưu điểm lả tỷ trong nhỏ, chống ăn mòn tốt, công nghệ chế †ạo đơn giản được ứng dụng để chế tạo piston

Compa nên Titan va hop kim Titan: do co ty Irọng nhỏ, độ bên riêng, médun đản hồi lớn (80 : 100 GPa), chéng ăn mỏn, chịu mài mòn tết nên được sử dụng nhiễu trong động cơ phản lục, tuabin, cánh mảy nén

Compozit nên Đông và hợp kim cũa đẳng được sử đụng để chế tạo thiết bị trao đôi nhiệt và thiết bị nhiệt đo khả năng dẫn nhiệt tốt Nhưng chủ yếu compozit này

vấn được dùng trong vật liệu kỹ thuật điện như chối than, tiếp điểm điện do có khả

nắng dẫn điện tối Bên cạnh đỏ, compozit trên eơ sở nên đẳng còn được sử dụng,

làm vật liệu chế tạo bạc tụ bôi trơn, bạc trượt

-13-1.2.1.1 Lật Hệu cốt

Tủy theo kích thước, hủnh dáng, vả cách sắp xứp của cối vào nên mà cốt được

chia lam ba loại: Cốt sợi, cốt hạt, cốt câu trúc Vật liệu cốt thường là các hợp chất

vô cơ có độ bên, độ cứng, nhiệt độ nóng chảy cao và médun đàn hồi lớn

"Trong thực tế, thường sử dụng compozit nén kim loại cốt hạt Cốt hạt thường

1ä các phân tử có kích thước nhỏ, mnôẩtn đàn hồi cao, nhiệt độ nóng chảy lớn, tỷ

trọng nhỏ và Ít tương tác với nến Khi các phần tử cốt này được đua vào trong nên,

chủng sẽ cân trở chuyển đâng của lệch và gây ra hiệu ứng hóa bản vật liệu Các loại cốt hạt thưởng gặp là Al-Os, TïC, SiC

Cốt hạt A1-O có nhiệt độ nóng chây cao (trên 2000”C), tỷ trọng nhỏ, độ cứng

cao

Cét hat SIC cỏ độ cửng cao, chịu nhiệt tốt, chống ãn mòn vả chịu mi mòn tốt,

Cốt TC có độ củng, độ bên cao nên thường được sử dung dé ché tao dụng cụ cắt và cáo chỉ tiết trong hàng không - vũ trụ

1.2.2 Các dạng liên kết nên - cất

Liên kết nên - cốt là khả năng kết hợp các cấu tử với nhan Đây lä mồi yếu tổ quan trọng quyết định tỉnh chất của vật liệu, đặc biệt lả tỉnh chất cơ học của vật liệu

như độ bên, giới hạn đản hỏi và tình đẻo Liên kết nén - cot tét thì khả năng hỏa bên

của pha cốt mới được phát huy

Tùy thuộc vào bản chất của pha nền vá pha cốt mà có thể hình thành các loại

liên kết khác nhau giữa chúng Thường có ba kiểu liên kết nên - cắt, đỏ là: liên kết

cơ học, liên kết có tạo pha Irung gian và liên kết hỗn hợp

1.2.1 Liên kết cơ lọc

Liên kết cơ học nên - cốt được hình thành khi có tác dụng của ngoại lực, nên

và cốt liên kết lại với nhau thông qua sự mắp mô trên bễ mặt của chúng Đây là kiểu liên kết đặc trưng của hai pha rắn Nguyên nhân tạo ra liên kết này lả do lực ma sát

giữa nên và cót Do đó khi tăng lực ma sát giữa nên và cốt thì độ bên của vật liệu

cũng lăng lên

-14-Độ bên liên kết cơ học phụ thuộc vào độ nhám bẻ mặt và mật độ vết nứt của

vật liệu, tức là phụ thuộc vào mức độ biểu đạn, Khí mức độ biến đạng nhỏ thì mật

độ vết nứt ít phụ thuộc vào độ nhám bể mặt giữa nên và cốt Khi mức độ biển dang

lớn thi mật độ vết nứt ở cốt có bể mặt bỏng không tăng nữa, tức là không xuất hiện

thêm vét nứt Nguyên nhân là do liên kết cơ học giữa nền và cốt bị phá vỡ, không

có khả năng truyền lực tác dụng từ nên vào cất nữa Trong khi đó ở cốt cỏ bể mặt nhấp nhã hợp lý vẫn xuất hiện vết nút trên bê mặt nên và cốt, tức là liên kết nên và

cất chua bị phá vỡ, tải trọng vẫn tiếp tục được truyền từ nên vào cốt cho đến khi độ

biển dạng lớn

1.2.2.2 Liên kết cú tạa pha trưng gian

Liên kết có tạo pha trung gian là loại liên kết có sự hình thành vùng trung gian

ö ranh giới giữa hai câu tử Liên kết này chỉ xảy ra với các cáu tử có khả năng,

khuếch tản hoặc phản ứng hóa học với nhau

Phan lớn các hệ vật liệu compozit nén kim loại là hệ ở trạng thái không cản bằng về nhiệt động học Do đó luôn tổn tại gradient nồng độ giữa nên và cốt

Gradient nẵng độ chính là đông lựe trong quá trình khuêch tán vả phản tíng hỏa học xây ra khi có các điều kiên nhiệt động học phủ hợp

Lop bé mat liép

slic duoc lao béi phan img héa học và khuếch lán thường có tinh chal co, lý, hóa khác biệt với tỉnh chất của cầu lử thành phân Nếu khả năng tạo vùng trung gian được kiểm soát thủ sẽ tạo ra liên kết mạnh giữa nên vả cốt Tuy nhiên, nêu vùng trung gìan quá dây sẽ ảnh trưởng xấu đắn tính chất của vật liệu

1.1.2.3 Liên kết hỗn hợp

La liên kết tông hợp, bao gm cả liên kết cơ họo và liên kết hóa bạc Nghĩa là, nên và cốt liên kết với nhau via thông qua độ nhấp nhô bể mặt, vừa đo tạo vùng

trung gian giifa chúng

1.3 VAT LIEU COMPOZIT COT HAT

‘Vat Liệu compozit cét hat là loại vật liệu mà tổ chức của chúng tổn tại trên nên

cơ sở cả gắn pha thứ hai không có định hướng tru tiên rõ rệt Tỉnh chất của vật liệu

nảy lá đẳng hướng Thâng thường là các hạt có độ cứng và đô bền cao phân bố trên

-18-nên mềm hơn Cũng cả thể cật hạt là các pha mềm, có độ bên cắt nhó như graphit,

mica ., dé là các compozit chống ma sat Cac chat điểm cứng (chất điểm phân tan, pha thứ hai) hoàn toản không hoà tan vào nên và không phản ủng với nên Những

chat điểm mịn phân tán bên vững có thẻ là các ôxit, cacbit, nitrit, borid, silicat Cac

pha hạt (chất điểm) rằn có các đặc điểm sau:

- Dệ hạt nhỏ (tuỳ yêu cân);

- Khoảng cách giữa các chất điểm nhỏ (tuỳ yêu cầu),

- Không heà tan vào nên,

- Độ cứng cao

Mục đich của việc phân tán các hại cửng này là tăng độ bên của nên, cản trởi chuyển động của lệch

1.3.1 Compozit hat thé

1.3.1.1 Đặc điểm của vật liệu compozit hat thé

Khải niệm “thô” được ding để chỉ tương tác giữa nên - cốt không xảy ra ở mức độ nguyên tử hoặc phân tử Cơ chế hóa bên trong compozit này là sự cản trở biển dạng của nên ở vùng lân cân hạt cốt do sự chèn ép theo quan điểm co học môi

trường liên tục Đặc điểm của loại vật liệu compozit này là các hạt gia cổ có kích

thước lớn hơn lum với thành phân phân tán lớn hơn 2594

1.3.1.2 Một số compozit het thê thông dụng

Compơ-it hạt thô nền po(une: Mục đích đưa các hạt cốt với vai trà là chất độn vảo polyme đề cải thiện độ bên kéo, nén, chẳng mài món, độ đai, khả năng én định

kich thước và chịu nhiệt Các hạt độn thường là thạch anh, thủy tỉnh, Al,O,, đất sét nghiền nhỏ với kích thước khác nhau tủy yêu cần Vai trò của cốt Irong trường hợp này là tác nhân lăng bên, lạo eømpoz4it có các tính chất mới Mặt khác, 1à chất đôn thuần túy nhằm tiết kiệm polyme

Compozit hat thô nân kim loại: Các composit có thành phân là những phân tử

củng như WC, T¡C, .lã một dang compozit hạt thổ nền kim loại được sử dung phổ biển làm đựng cụ cắt gọt trong gia công cơ khí Ngoài ra, các giả hợp kim chế tạo

bằng phương pháp Luyện kim bột như W-Cu; W-Ag, Mo-Cu, Mo-Ag cứng là

-16-các compozit hạt thô được sử dụng trong kỹ thuật điện làm tiếp điểm, vừa có điện

trô tiếp xúc nhỏ vừa có tôi thọ cao

- Compozit hat thé nền gồm: Bêtông là compozit hạt thô nên gốm đuợc sử dụng rộng rềi nhát Trong compozit - bẻtông, cốt chính lả tập hẹp các hạt rắn (đá hoặc sỏi) được liên kết lại bởi nên là xi măng

1.3.2 Compozit hat min (phân tán)

Compozit hat min - còn gọi là compozit hỏa bên phân tán, thường là oác vật

liệu bên nóng và én định nhiệt Do vậy, chúng thường được ding để thay thẻ các

vật liệu truyền thẳng nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng hoặc kéo đải tuổi thọ thiết

bị, công trình trong các điều kiện sứ đụng tương đương,

1.8.2.1 Đặc điểm của vột liệu compoxit hóa bên phan tan

Nên các comnpozit này thường là các kim loại hoặc hợp kim Đặc điểm của loại

compozit này là câu trúc tế ví gồm có pha triển chủ yếu mà bên trong nó được bỏ trí phân tán bởi cáo hạt cốt sạch một cách đồng đều Các phần tử cốt có kich thước nhỏ

(001 + 0,1m) và bàn lượng của hạt phân tán thay đổi trong Khoảng I + 159,

thường là các vật liệu bên, cửng vả có tính ân định nhiệt cao, ví đụ như các Sxit,

nitrit, borit hoặc các pha liền kim loại

Tương tác cốt - nên trong loại cormpozil này xảy ra ở mức độ vi mô ứng với kich thuớc nguyên tử hoặc phân tử Dưởi tảo dnng, của lực, trong mẫu compozit,

nên sẽ hứng chịu hẳu như toàn bộ tải trọng, cáo phân tử cốt nhỏ mịn phân tán đóng vai trò hãm lệch, lảm tầng bền và cứng của vật liệu Vi vậy, độ bên phụ thuộc cả

vảo tổ chức lệch hình thành trong quá trinh biến đạng đẻo khí chế tạo chí tiết từ vật

liện compoziL tiện ứng hỏa bến phân lán đạt được trong compozit hạt mịn không lăn lắm nhưng rất ôn định ở nhiệt độ cao Sở đi như vậy vi cáo phẩn tử cốt được chọn từ thng vật liệu có khả năng én định tổ chức, tinh chất và không hòa tan vào: nên khi nhiệt độ tăng cao Ngoài ra, các hạt cốt còn có tác dụng hỏa bền gián tiếp,

khi tạo nên tổ chức với sự không đồng trục rất lớn của các hạt (dạng thở) Tỏ chức nay tao thánh khi kết họp biến đạng đóo với ủ, lúc này các hạt cốt phần tản sẽ cản

trở một phẩn hoặc hoàn toản quá trinh kết tỉnh lại

-17-1.3.2.2 Métsé compozit búa hẳn phân tan

Compozit hat min héa bén phan tin dang 1a déi trong được chủ ý nghiền cửu

và có nhiều triển vọng ứng dụng trong các lĩnh vac cong nghệ cao Những kết quả

đạt được đã cho phép triển khai ứng đụng ở qui mô cổng nghiệp một số compozit

joai nay, vi dy SAP (Sintered Aluminium Powder) vA TD - Niken (Thoria -

Dispersed Niken)

SAP duoc chế tao và xuất xưởng ở dạng bản thành phẩm tẩm, ống, dây

SÁP được sử đụng để chế tạo chỉ tiết cần độ bền riêng lớn, làm việc ở vùng nhiệt độ

300 : 500°C và chúu tác động của môi trường ăn mòn (đỉnh pition, cánh may nén, cánh quạt giỏ vá tuabin trong công nghiệp hóa chất vả hóa dâu, binh ngưng tụ, lỗi

quấn biển thể trong kỳ thuật điện) Tổ chức của SAP gồm nền AI với các phần tử

ALO, phan bổ đồng déu Tăng hàm lượng Al;O; sẽ kéo theo sự tăng độ bẻn, độ

cúng, độ bên nóng của SAP và sự giảm độ déo dai của nó Dộ bển cao ella SAP

được giải thích bởi độ phân tán lớn của pha Al,O; và khoảng, cách nhỏ giữa cáo

phần tử của pha nảy Tính không hòa tan trong AI và không kết tụ các phân tử

Al:O; phân lán đầm bảo sự ổn định của lễ chức vã đồ bên lớn ở vùng nhiệt độ đến

400%

TP - Niken có nền là Ni và cốt là các phần tử ôxit thoni ThÒ, Hàm lượng cốt ThO: chiếm khoảng 2%, có tác dụng hóa bên và tạo chơ compozit khả năng làm việc lâu đài ở nhiệt độ 1000 + 1100°C

Val ligu compozil TD - Niken do có đô ổn định nứng œao, không nhạy cảm với

ăn mèn biên giới pha nên được sử dụng rông rãi trong công nghệ hàng không, vũ

im, ché tạo tuabin, ông dẫn và các bình áp lục làm việc ở nhiệt độ cao, đưới lác

dụng của môi trường ăn mon

Như ta đã biết, nguyên tắc chung của hóa bên chính là sự cán trở chuyển động

của lệch Trong hóa bên phân tán người ta đưa vào vật liêu nên những pha phân tán

không hòa tan (có thể là nguyên tổ đơn chất, cỏ thể là hợp chất hóa học của các

nguyên) Việc này thường được thực hiện bằng phương pháp biển đạng tạo hình, trong đó các thành phần cau thành đều 6 dang bột được phỏi trộn lẫn với nhau rồi

ép - thiêu kết Vỉ các pha phân tán không hòa tan hoặc chỉ hòa tan rất ít trong kim

loại nên nên các vật liệu hóa bên phân tán có thẻ lâm việc ở nhiệt độ rất cao Cơ chế

tăng đô bền, độ cứng ở đây cũng dựa trên sự cản trở chuyển động của lệch bởi các

«19%

hạt phân tán Tủy theo kích thước và khoảng cách giữa các hạt với nhau, chủng gây

ra ean trở nhất định đến chuyển động của lệch

Cần phản biết một cách rõ rằng giữa hỏa bên phân tân với biến cứng phân tán

(hay còn được gọi là sự hóa giả) Sau đây ta xem xét cu thé hai khai niém nay

Khi hóa giả, các hạt phân tán sẽ được tiết ra từ dung dịch rắn vã phụ thuộc vào

nhiệt độ, nó ở trạng thái cân bằng ổn định hay giả ổn định Khi nhiệt độ táng lên,

pha giả ồn định sẽ chuyên qua trạng thái cân bằng hơn và cuối cùng hòa tan vào nền

tạo thành đụng địch rắn

Đi với các hợp kim hóa bổn phân tn, pha phan tan không tuong tác với nên Tỉnh lương hợp hoàn loản của pha phân tần cùng với nên đại được trong trường hợp khi ở kùm loại nên có ôxit khó nóng chây hoặc hợp kìm thứ hai Không hòa tán Một vài vật liệu biến cửng phâu tân quan thuộc như SÁP, trong dé Aly

; phân tản tiêu sển AI; TD - Niken trong đó ôxit thortun ThO› phân tán trên nên X¡ Trường hợp

khi hai pha của hợp kim hóa bền phân tán không hòa tan lẫn nhau, sự phản hổ pha phân tán trong nên ngay cả khi nhiệt độ tăng lên cao cũng sẽ không thay đổi, điều này có thê được giải thich như sau: các pha phân tán không khuch tán vào pha nên,

do đó không có sự vận chuyển chất để dẫn đẩn tích tụ pha phân tán, ngược lại các

hạt liết ra trong hop kim hóa giả khi nhiệt độ tăng cao chúng có thể lớn lên, tích tụ lại khi nàng cao nhiệt độ bằng quá rình khuếch tán

Tỉnh ôn định nhiệt động học của các hại phân tán không giống nhau, nhờ đỏ cho phép sử dụng chúng để hóa bển các vật liệu Độ bên của hợp kim hóa giả đạt

được nhỏ hon 0,5Tạ Trong khi đó, hop kim hóa bến phân tán, do việc thải bên

không đáng kể ở nhiệt đô cao nên cho phép vật liệu làm việc ở nhiệt độ cao hơn

Giả trị độ bên đạt được phụ thuộc vào hảm luong thể tích của cối hạt, mức độ

phân bổ đồng đếu, độ phân tản và khoảng cách giữa các hạt cốt Sự biển đổi của tam quan trong trong việc quyết định ảnh hướng của pha phân Lăn là quống đường,

tu do trung bình của nền Mịạ, giữa các hạt trong chất phản tán vả Khoảng cách của

sự phần ly giữa các hạt Dụ Những sự thay đổi này được liên bệ chặt chế với đường

kinh hạt đ và phần thể tích V, bởi:

~20

dưới ảnh hưởng của trường nội lực 6 là:

Giới hạn dưới của khoảng cách giữa các hạt được dự đoán khi sử dụng ứng

suất chây của nên sạch như ng suất cần thiết để phát triển vành đai địch chuyển

bao quanh các hại, hoặc G,y 1060 Với giới hạn trên, lý thuyết ứng suất kén đứi của nên có thể đăng la G„/30 Sử dụng các giá trị trên và khoảng cảch nguyên tử 3Á cho độ lớn của vectơ Baưger, khoảng cách giữa các hạt thay đổi trong khoảng 0,01

+ 0,03 um Bé qua sw tang ứng suất và tỉnh chống đão, đó là mong muốn giữ được

nhiễn các tỉnh chất của vật liệu nên đến mức có thể Công thức (1.3) sử đụng cho

các loại hạt khác nhau, nó có thé tim thay từ một đường cong trong đó bản kinh hạt

phải nhỏ bơn 0,1 tím để giữ khoảng cảch quăng đường tự do trong khoảng mong

muốn 0.01 + 0,3 um và để giữ hâm Tượng hợp Tý nhỏ hơn 15% Dấy tiên biển của

Khi ting suét ting ut 0 dént „ sự địch chuyển của đường lệch mạng

hình các cung tăng lên bao quanh các hạt phân tản chơ đến khi nó có thể vượt qua

các hạt mã không can ting ửng suất Bói vi đường lệch mạng không thé dat gia tri

bán kính bằng không, một đường bao của vùng lệch mạng có tác dụng giảm khoáng

cách giữa các hạt, D,, bằng cách ấy cân có ứng suất lớn hơn để di chuyển một sự

lệch mạng thứ hai qua cáo hạt phân tản Nó có táo dụng lam tăng hiệu quả hóa bên trong vật liệu hóa bên phân tán

Các hạt phân tán trong vật liên té hop hóa bến phân tán là các ôxit, cacbit,

boriL Irong nên kim loại Vật liệu tổ hợp (compoz4) hóa bên phân tán có độ cứng cao và độ chỗng đão Irong khoảng thay đổi nhiệt độ lớn

13.3.1 Đường lệch bị uốn cong giữa các bạt phân tán

Xhi khoảng cách giữa các hạt của pha thứ hai | kha Lon so với bán kinh R của

đường lệch (1 >> R) thì lệch sẽ bị uốn cong giữa cáo hạt (hình 1.4) Ứng suất cần

đây lệch giữa hai hạt cách nhau 1 lả:

Gb

Khi ứng suất tác đụng + > s„ đường lệch uốn và một phân bao lây hạt, để lại

xung quanh nó vòng lệch, rồi tiến tục trượt theo phương ban đâu Mỗi hạt mới đi

qua cáo hat lai tạo quanh chúng một vòng lệch Cứ như vậy chiều dải và nằng lượng,

tổng cộng của lệch tăng lên Sổ vòng lệch qua mỗi hạt tăng tạo ra trường ứng suất

dan hồi, cần trở lệch vượt qua hạt phân tán

phương chuyển động léch mang

Hình 14 Trinh tự chuyển động của lệch mạng

1.3.3.2 Dường lệch cắt hạt phân tán

Khi khoảng cách Ì << R ứng suất tự tăng lên, sẽ đến lúc lệch đi qua hạt phần tán để dàng hơn cả bằng cách cắt đứt chúng Nguyên nhân hãm lệch ở đây là

~ Do sự khác nhau về cầu trúc mạng giữa nẻn kim loại chính (pha cơ bản) và

hạt tiết ra (pha thứ hai), khi trượt trong mặt trượt làm xuất hiện bề mặt phân tán,

lệch gây ra xô lệch trong mặt trượt lảm xuất hiện bề mặt phân chia có năng lượng cao trong hạt phân tán;

~ Sau khi bị lệch cắt trên mặt ngoài của hạt phân tán xuất hiện bậc nhỏ, vì thể

bề mặt phân chúa giữa nên pha cơ bản vả hạt tăng lên

Léch sẽ uốn cong và đi qua hạt phân tán sau khi để lại vòng lệch quanh chúng, hoặc lệch cắt ngang phân tán phụ thuộc vào nhiêu yếu tổ Thông thường những hạt nhỏ, gần nhau, lệch có thể cắt ngang Hạt càng bên và môđun đản hồi cảng lớn cảng,

khó cắt ngang Những hạt phân tán lớn và cách xa nhau thường uốn cong lệch và

cho đi qua sau khi tạo thành vòng lệch xung quanh hạt

-ø „

1.3.4 Một số phương pháp chế tạo vật liệu compozit cot hat

1.3.4.1 Phuong phdp bién dang tạa hình vật liệu bột và campotit hạt

Phương pháp biến đạng tạo hình kim loại bột và compozit hạt lả tương đổi đơn

giản, do đó nó được sử dụng rộng rãi, hơn 60% sản phẩm compozt được sản xuất bằng phương pháp biển dạng tạo hình vật liệu bột và compozit

Ưu điểm của phương pháp biển dạng tạo hình vật liệu bột và compoait: diéu khiển chính xá được thành phản, kích thước của sản phẩm, tiết kiệm được nguyên

vật liệu Tuy nhiên, phương pháp này cũng cỏ những nhược điểm: sử đụng thiết bị

phúc tạp, khỏ chế lạo chỉ tiết có hình đạng phức tạp, phải sản xuấi với số lượng lớn mới đại hiệu quả kinh lễ

Qui trỉnh công nghệ của phuơng pháp biển đang tạo hình vật liêu bột và

compozit được thẻ hiện như trên hình 1.5

[Tạp bột từ các nguyen ey

ban đầu Kiểm tra

Kiểm tra chất lượng

Gia công hiệu chuẩn

Sản phẩm nn

Hình 1.5 Qui trình công nghệ chế tạo sửn phẩm bột vÀ compozit

bằng phương pháp biển dạng tạo hình

~ Độ hòa tan của O› trong dung dịch rắn tương đối cao;

- Tốc độ khuếch tán của các nguyên tử nguyên tổ hợp kim phải nhỏ hơn tốc đô

khuếch tán của O› trong dung dịch rắn;

~ Hàm lượng của các nguyên tố hợp kim hòa tan không được vượt quá giá trị giới hạn nhất định nêu không một sự quá đô từ ôxi hóa bên trong trở thánh ôxi hóa bên ngoài sẽ xây ra

1.3.4.3 Một số phương pháp khác

Ngoài hai phương pháp trên, còn cỏ rất nhiều phương pháp chế tạo vật liêu

compoz4t cốt hạt khác như phương pháp hản đắp, phương pháp phun phú, phương pháp lắng đọng, phương pháp đúc khuấy Các phương pháp nảy được ứng dụng trong các điều kiện nhất định vẻ công nghệ và thiết bi

Hình 1.6 Một số phương pháp sản xuất vật liệu eompozit cốt hạt khác

1.4 TÔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN TRÊN CƠ SỐ Cu - VẬT

LIEU COMPOZIT NEN DONG

1.4.1 Vật liệu kỹ thuật điện và những yêu cầu đối với vật liệu kỹ thuật điện

Vật liêu sử dụng trong kỹ thuật điện để chế tạo dây dẫn điện, cáp điện, tiếp điểm điện, điện cực hàn chủ yêu là các kim loại sạch và hợp kim của chúng, nhất

-88 .

là từ đồng (Cu) và các hợp kim cúa đỏng Thời gian gắn đây, trước yêu câu ngày cảng cao về chất lượng, độ tin cậy, các vật liệu truyền thống đuợc dùng trong kỹ

thuật điện tỏ ra không đáp ứng được các yêu cầu của thực tế để ra Nhu cầu cần đến

các loại vật liệu mới bên nhiệt, có điện dẫn cao như các vật liệu nano, vật liệu tổ

hợp (compoziÐ) cảng phát triển

Phân tích quả trình làm việc của điện cực hàn, tiếp điểm điện và vật liện hiện

đang sử đụng cho thây:

Tidp điễm điện làm việc trong điều kiên hết sức khắc nghiệt: tải trọng lớn,

chịu đồng điện lớn, nhiệt độ cao Ngoài ra, liếp điểm điện còn tiếp xúc với môi trường không khí do đó đễ bị ăn mòn và tạo ra một lớp sản phẩm ăn mẻn bao phủ trên bể mặt của tiếp điểm, làm xảu di tỉnh đẫn điện đo điện trở tiếp xúc tăng lên

Ngoài sự ăn mòn trong không khi, tiếp điểm điện còn chịu sự sói mòn do tia hia

điện xuất hiện giữa các bể mặt tiếp xúc khi đóng ngắt mạch điện Hiện tượng ăn mòn sẽ xảy ra mạnh hơn với các tiếp điểm điện chế tạo bằng hai kim loại khác

nhau, do tạo ra một cặp pin gây ra sự ăn mòn điện hỏa Khi điện trở tăng lên, tiếp

điêm bị nàng nóng làm nóng chảy cục bộ vật liên trên một vừng tiền điểm (nhất là

với các điện cục hàn thỉ điển này xây ra rất mãnh liệO Do đó các yêu cản đổi vật

liệu chế tạo tiếp điểm là

- Tỉnh dẫn điện, dẫn nhiệt tôi,

- Độ bên cơ học cao,

- Độ bên mòn (hóa học và cơ học) cao;

- Có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ hóa hơi cao;

- Có đô bản nén cao để có thể chịn được áp suất nén lớn;

- Có đô bên đối với hỗ quang điện (đối với tiếp điểm đóng ngắt)

Cho đến nay, chưa có một lý thuyết rõ ràng nào về hành vi của các vật liệu tiếp điểm đóng ngắt Ví đụ như ta chưa biết ảnh hướng của câu Irúc phản tán đến đặc tính hỏ quang điên vả cùng như lượng cháy hao của vật liệu trong quá tình chuyển mạch Các vật liệu trong môi trưởng ăn mỏn có thể tạo thành một lớp phủ vả ảnh

của lớp phủ biểu hiện qua việc thay đổi các thông số cơ học và điện còn chưa được

- 26

-nghiên cứu đây đú Chính vi vậy, ta cần -nghiên cứu mật cách khoa học đổi với vật

liệu tiếp điểm điện

Điện cực hàn, ở các nước công nghiệp phát triển cùng như ở Việt Nam các

loại máy hản điện tiếp xúc được sử dụng rộng ri trong nhiều lĩnh vực công nghiệp:

hang không - vũ trụ, điện nguyên tử, đóng tàu, chế tạo ô tô, xe máy, đầu máy và toa

xe lửa, thiết bị và máy móc nông nghiệp, sản xuất bàn ghế, đồ dan dung

Công nghệ hàn tiếp xúc là công nghệ hàn khẳng cần sử dụng que hàn đề tạo

các mãi hàn Các môi hàn được tạo ra do sự nóng chây cục bộ của chính vật hản

Điện cực hàn có nhiệm vụ nén én các chỉ tiết cân hàn, đẫn điện qua mỗi hàn, thoát nhiệt khỏi mỗi hàn Ngoài ra, điện cực hản còn làm việc trong điều kiện môi

nhiệt ở 500 + 700°C, tham chỉ củn cao hon như trong hản hồ quang plasma Do đó

các yêu câu đối với vật liệu chế tạo điện cực hản là:

- Có độ dẫn điện tốt, cho phép dòng điện cường độ cao đi qua mà không bị tống;

- Có cơ tính cao ở khoảng nhiệt độ rộng, có khả năng chồng lại sự rnải mòn

và biến dạng điện cực ở điêu kiện làm việc nhiệt độ vả áp suất can,

- Không bị chảy và tạo thành các liên kết với vật liệu của sản phẩm cần hàn

1.4.2 Déng - Vật liệu kim loại có điện dẫn cao sử dụng rộng rãi nhất

1.4.21 Déng (Cu) va tink chdt cha Ca

Đông có những tỉnh chất đặc trưng tiêu biểu của kim loại, được sử dụng rộng rãi làm vật đẫn điện, vi

- Điện trở suất của Cư nhỏ (trong, tắt cả các kim loại chỉ có bạc cỏ điện trở suất

nhỏ hơn Cu một chút),

- Dệ bền cơ học tương đối cao,

- Trong khí quyên, đồng hầu như không bị ăn mỏn Sở đĩ như vậy bởi vì Cu là

am loại có thể điện cục dương và ngay ở nhiệt độ thường trong không khí âm đẳng

đồ bị ôxi hóa tạo ra mang Cu;O và trở thành lớp bảo về tốt Trong nước biển, đồng

bị ăn mòn không đảng kể,

- Tinh chất nổi bật trong các tính chất của Cu nguyên chất là khả năng gia

công áp lực ở trang thai nóng và cả trạng thái nguội Điều đỏ cho phúp Cu được sử

dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cỏng nghiệp Đông co thể được cân thành tam mỏng hoặc kéo thành sợi mảnh đến vải phần nghìn milimét,

- Han va gắn đông tương đối dễ dàng

Mặt khác, Cụ là vật liệu kim leại có điện dẫn cao đuợc sử đụng rộng rãi nhất

trong kỹ thuật điện Song chỉ cần có một lượng tạp chất rắt nhỏ cũng lam giảm đột

ngột tính dẫn điện và tỉnh công nghệ của Cu, ví dụ các tạp chất như Bị, Pb, § Ảnh hưởng không đáng kể đến độ dẫn điện của Cu nhưng làm giảm rõ rệt cơ tính, Fe làm giảm tỉnh đẫn điện và mãi mòn của Cu, + gây cần trở trong quả trình hàn của

Cu, Pfam giảm rõ rệt tỉnh dẫn điện và tỉnh dẫn nhiệt của Cu

Một số tỉnh chất cơ bản của Cu nguyên chất:

~ Khối lượng nguyên tử 63,54 g/mol

- Khối Iwong riéng (6 20°C) 8,94 g/cm’

- Giới hạn bên 40 + 50 kG/mm? (sau kéo)

~ Giới hạn bên nén ở trạng thải đúc : 20+ 24 kGimmr (sau ủ)

-28-Bảng 1.1: Cơ tính của họp kim Cụ - 59641

Tình 1.7 Ảnh hưởng của các nguyên 1â tạp chất đến đã dẫn điện của Cw

1iiện nay, Cu và các hợp kim của Cu được ứng dụng rất rồng rất trong: kỹ thuật

điền, nhất là việc dùng để chế tạo các tiếp điểm (công tắc, áp tô mát, điện cực hàn

3 Yêu câu độ đẫn điện và độ bên co học cao, với Cu ở nhiệt độ cao thì độ bến cơ

học không đạt yêu cầu Vì vậy, nâng cao độ bến cơ học của Cụ là cẩn thiết Gần

dây, việc hóa bên Cu thủ hút được rất nhiễu chú ý Có thể kể ra đây ba phương pháp,

hỏa bên Cu, đó là

- Cu nguyên chất được hóa bên bằng cach lam nhỏ hạt,

-20~

- Cu ngưyên chất được hỏa bên bằng dung địch rắn,

- Cu được hóa bên bằng các hạt gốm tạo nên vật liệu compozit nền Cu

1.4.2.2 Sự húa bên bằng cách làm nhỏ hợ£

Trong công bố của Lụ [15] đưa ra một kết quả của sự hóa bền Cu nguyên chat

với sự lớn lên của các song tỉnh kích thước cỡ nano bằng cách giảm biển giới các hạt qua một kỹ thuật xung lắng đọng điện tích từ một dung dịch điện phân CuSO,

Theo két qua nay, 46 bên kéo tăng lên khoảng 10 lân so với Cụ có kích thước hạt

thỏ thông thuởng, trong khí đó vẫn giữ nguyên được đô dẫn điện so với Cụ nguyên

chải, được thể hiện trên hình 1.8

biển dang thec 1)

Hình L8 Cơ tính và tính dẫn điện của Cả nguyên chất [157

Trong thí nghiệm này, Cu được lắng đọng bao gồm các hạt có hình dạng không đẳng déu (tuy nhiên phân lớn trong số đỏ kích thước lớn theo cả ba chiểu)

với sự định hưởng từ ý Kích thuớc hạt Cu và mật độ lớn của sự phát triển các song tỉnh được cho 14 cai thiện cơ tỉnh của vật liệu Tuy nhiên, khi ting đụng ở nhiệt

độ cao, chẳng hạn như nhiệt độ trên bê mặt của các điện cực hoặc các công lắc trong suật quá trình làm việc, hạt Cu sẽ lớn lên va trở lên mêm

1.4.23 Sw héa bén bing dung dich rin (hop kim hóa}

Cu hỏa bén bằng phương pháp hop kim hóa, ví dụ nlur Cu-Cr, Cu-Zr, Cu-Cr-

Fr, CueMg-Cr-7r, Ca-Ti-Ni, Cu-Nb [32]

-30-Lee [A2] đã nghiên cửu các tỉnh chất của hợp kim Cu-0,06%Mp-0,639%CT-

0,13%Zr (MZC) va Cu-4,94%Ni 49%Ti đuợc sản xuất theo qui trình như trên bảng

1.3 Độ bên cơ hợc cao đuợc giữ nguyễn nhưng tỉnh chất dẫn điện chỉ còn lần lượt

va Cu (can lai)

1 Đúc bán liên lục thành phôi thỏi oỏ đường kính 55,58 cm:

I Đúc bán liên tục thành phối thỏi có đường kính 20,32 cm;

2 Kéo nguội giảm 75% điện

tích tiết điện ngang;

3 Giữ nhiệt 6 748°K trong

vòng 0,5 giờ

1,30 om,

1 Nung ở nhiệt độ 11737 trong 1 gid, sau dé lam ngudi bang nước:

-31-Bảng 1.4: Tính chất của MEC và CuoNE-TT [32]

— Sugiam Hệ số đân điện,

Botcharova [8], độ bên cơ học của họp kun Cu-10%(nguyên tủ}Nb được chuẩn bị

bằng sự tổng hợp của hợp kim hỏa bột là 1,6 GPa nhưng độ dẫn điện chỉ đạt khoảng 10%LACR

Ổ một số sản phẩm khác, cơ tỉnh của hợp kim Cu đã được cải thiện và vẫn giữ

được độ dẫn điện cao Ví du như hợp kim Cu-Ag, nhưng giá thành cao đã hạn chế

đến khả nắng ứng dụng của các hợp kim dang nay

nhiệt độ thiêu kết £C] (1 gid)

Tình 1.9 Ảnh hướng của nhiệt độ nung đến độ cứng của MEC và Cu-NLTi [32]

an

A- CUNI-Ti

Ni-Ti (phôi đúc) làm nguội bang msc,

(phôi đủc) làm nguội bằng không khi;

o- MZC lam nguội bằng khỏng khi

Hink 1.10 duh TEM edu tic té vi hop kim Cu-Ni-Tt sau 1 gid nung & (a) 1005°K

vũ (b) 12272K làm nguội bằng không khi đến nhiệt độ phòng /32]

1.4.2.4 Sự háa bu bẰng các hạt gâm phân tán (camnoxil)

Gan đây, việc hỏa bổn Cu bằng các hạt phân tản đã thu hút được khá nhiều sự

chủ ý, Bằng việc đưa vào biên hạt nên Cu hạt thử hai, vật liệu cơrnpozät đã đạt được

độ bên cao hon, thậm chỉ cả ở nhiệt độ cao, độ dẫn điện giảm không đáng kể mà các phương pháp hóa bền đã nói ở trên không thể so sánh được bởi sự mâu thuẫn của độ

bên với tỉnh đẫn điện

Theo công bố của Wang [I9], Cu đã được hóa bên phần tán hởi các hại WC

phân tán được chế tao bing phương pháp hợp kim hỏa cơ học liếp theo đó tiến hành theo công nghệ luyên kim bột truyền thông Chủng bao gồm: khi lăng hàm lượng

WC thị tỷ trọng và độ dẫn điện giảm đồng thời với kết quả rất rõ nét, trong khi đó

độ củng tăng lên ở ngay từ giai đoạn đầu đến một giá trị cực đại, sau đỏ giảm xuống

bởi sự lớn lên của các hạt (cáo hạt kết tụ lại với nhau) Hỏa bên phân tản Cu bởi 1,6%(thê tich)WC đã chỉ ra sự phân bố đồng đều cáo hạt và có vật liệu tính chất

tổng họp tắt nhất Sự biến dạng đã giúp cho sự sắp xếp lại phân bố các hạt, từ đỏ

liệu VậI liệu bị biến dạng đã cho thấy nỏ

ảnh hướng rắt nhiều đến độ cứng của v

có tỷ Irọng cao hơn, độ bên cao hơn, độ cứng tê vì cao hon chỉ với sự giám một sự giảm không, đảng kế trong khả năng giãn dải Tô chức tế vỉ của nó có đạng thở đặc trưng trong quả trình biển đạng nóng vật liệu Sự nung nóng ở nhiệt độ cao là

nguyên nhân khả năng hỏi phục lại của vật liệu, nhưng không có sự kết tỉnh lại

-33-được quan sát thây [ạt WC có bễ mặt phân định rẽ ràng với nền Nên Cu -33-được hóa

bên phân tán giữ được phần lớn co tỉnh tổng hợp với sự giãn dài đuợc cải thiệu tốt

Vật liệu chứng tỏ có độ bền nhiệt tốt ở nhiệt độ cao, nhiệt độ biến mềm ở khoảng

1173°K Mét vai tỉnh chất của vật liệu compozit Cu-WC từ kết qua cla Wang được trình bảy trên bảng 1.5

Nên Cụ có lhế được hóa bằng các hạt T¡C phân tán Palma [20] da long hop

Cu-39(thể lich}TiC bằng phản ứng khi nghiễn Giả tri độ cứng đại được cho các

điện cục Cu lớn có thể dùng để tham khảo và cho hỗn hợp Cu-5%(hẻ tich)TiC ép

chấy lần lượt lả 32 vả 62 HạB Đường cong của độ cứng đối với nhiệt độ của 1 giờ

nung chỉ ra rằng hỗn hợp Cu-TiC giữ được độ cửng khi vượt quá nhiệt độ 923K

Tổ chức tế vi của hỗn hop Cu-TiC ép chảy được chỉ ra trên hình 1.11 Phân tích EDS cho thay các hạt mâu sắm được nhìn thấy trên ảnh phù hợp với T¡C thể phan

tán, kích thước hạt thay đổi trong khoảng 5 + 15 na Chủ ý rằng TiC không chỉ được lập trưng ở vùng lệch, mã nó cỏ vẻ mệt phẩn nào phân bổ đẳng đều trong loàn

bô nên Cu Các hat góm phân tán giới hạn sư chuyển động của các hạt và biên giới hạt và của lệch Trong trường hợp đặc biệt, các hạt phân tán với các pha dinh kết, chẳng hạn như T¡C lả nhân tổ chính hạn chế tỉnh đi động của biển giỏi hạt

Hình 1.11 Độ cứng của hỗn hơp Cu-594(thễ tích) TìC [20]

- Cu-5%(thể tichÿTiC, nghiên cánh khuảy;

A- Cu-5%(thể tich), nghiền mài;

$- Các hạt Cu lớn

Hinh 1.12 Anh TEM hẫn hợp Cu-5%(thé tích)T¡C ép chảy [20]

(các bạt TC cỡ nano được nhìn thấy rõ trên hạt và trên vùng lệch)

-35-‘TiBe (Titan diboriđe) là một vật liệu tiếm năng thích hợp để sự gia cường hợp kim Cu bởi nhiệt độ chảy cao (3225°C), độ củng lớn (3400 kG/mm”) và tính đẫn

nhiệt cao (66 W/m.°K), Vật liêu compozit Cu-TIB; được sân xuất bằng nhiều

phương pháp như ép nóng và cán nguội hỗn hợp Cu và TIB›, hợp kim hóa cơ học và

ép, phản ứng khi nghiễn, sinh ra khi phun, phuong phap in-situ

Mật phương pháp đơn giản, đùng ép nóng và cán nguội hồn hợp của Cu và

TIB: với kích thước khoảng 10 + 20 kun, đuợc ứng dụng để sàu xuất vật liệu

compozảl Cu-TiB+, Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng độ dẫn điện giám ứng với sự lăng ham lượng TIB›, ngược lại đỏ bằn kéo và độ cửng tăng Với một hàm lượng TìB- cổ định, các hạt Ti; cảng nhỏ thí cơ tỉnh cảng cao Độ đẫn điện của vật liệu tổ hợp đạt được cao hơn 703⁄21AC§ Giới hạn chảy và độ cứng đạt được cao hơn 120MPa và 60+ 7011:R Tuy nhiên, độ bên nhiệt và độ giấn nở nhiệt, điểm biến mềm và một số

tỉnh chật khác thì không được công bổ

Yuasa [ ] nghiên cứu sự thay đổi cầu trúc tế vi của Cu-Ti, Cu-Ti-2B và Cu-

TIP suốt trong quá trinh hợp kim hóa Tác giá nhận thấy, hỗn hợp hột mịn hơn khi tăng thời gian nghiển Cầu tric dé bao gdm các hại cực nhỏ Irong phạm vi nanorẻt được sinh ra trong quá trình hợp kim hóa sau khi kéo dài quá trình nghiển Sự hoàn thiện của câu trúc trong hỗn hợp bột Cu-T¡C tăng nhanh lên khi sự thêm bột B và

T¡B: Sự hòa tan của T¡ trong nên Cu là khoảng, 2% khí thời gian nghiền kéo dài bắt

kế số lượng của T¡ trộn lẫn Ilợp chất liên lim loại TIB: được sinh ra trong hỗn hợp

bat Cu-Ti-D bing phan ting 6 thể rắn gia Ti va T3 suốt thời gian nghiên

‘Nhu trong công Irình của I3ong [ ], kết quả công bổ rằng hỗn hợp bội Cu, Tì, R trai qua sự biến dạng đêo mãnh liệt, sự hàn nguội và chỗ gãy là do sự va chạm nhau của bì nghiền trong suốt quả trình hợp kim hóa Quả trình nghiền bí kéo đài đưa đến

một sự biến dang bên trong rất lớn trong các hạt Cu cực nhỏ Tỉnh hòa tan của B và

Ti trong nên Cu được tăng lên rất cao suốt quả trình hợp kim hỏa, điều này dẫn đến

sự tăng thông số mạng của Cn Sự kết tủa của TiCu, suốt quá trinh nghiền bị giãn

nở mạng Cu, và do đó, sự biến dạng bên trong, được gây ra bởi sự hỏa tan của B và

Ti vào nên Cũ Phân tích nhiệt khác nhau chỉ ra rằng sự hình thành TIB; (được cho

-36-là kết quả của phân ứng giữa TiCu; và B) ngay trong đó Qua tinh nghién đây

mạnh sự phân ứng giữa Ti va B sinh ra TiB trong nén Cu Họ đã chứng mỉnh được ring vật liệu compozit in-situ Cu-TiB; cé thể được sản xuất bằng phương pháp nghiên Tuy nhiên, họ không đưa ra kết quả về tính chất của khối vật liệu compozit

Theo các tác giả Trần Văn Dũng và Nguyễn Dặng Thủy [3], vật liệu tổ hợp Cu-TiB; có thể được chế tạo bằng phương pháp nghiên trộn hành tinh kết hợp với

thiêu kết xung plasma (SPS) Trong quá trình nghiên trên hành tỉnh, các hạt Ti:

giảm kích thước từ 16 pan xuống 3 pum va dugc phan bé đồng đều trong nẻn Cu 'Vật liệu eompoait Cu-4,5%(thẻ tỉch}TìB- được thiểu kết trên hệ (hông xung plasma

ở nhiệt độ 650°C với thời gian 5 ph dưới áp lục 50 MPa vả trong mỗi trường chản

Không để trắnh bị ôxi hóa Kết quả cho thấy sau khi thiêu kết, độ củng của vật liệu

compozit Cu-4,5%(thé tích)T¡B› tăng đến 76 HạB, độ dẫn điện vẫn giữ được ở mức

độ cao 78%LACS, còn các chỉ tiêu khác về cơ tính đều vượt yêu câu đổi với vật liệu

kỹ thuật điện (tiếp điểm điện, điện cực hàn)

Cũng theo các tác giả Trần Văn Dũng vả Nguyễn Đặng Thủy [4], vật liệu

compovil nén Cu hỏa bên phân lân bằng Ti: đã được chế lạo thánh công bang

phương pháp phối hợn nghiển cơ học với phản ứng tự sinh nhiệt và thiên kết xung plasma Vật liêu này được ứng đụng để sản xuất thứ các điện cực hản Thca kết quả

từ bảo cáo, cầu trả của mẫu vật liệu bột sau phản ứng tự sinh nhiệt ở nhiệt độ cao

cho thấy hạt T¡B; đã hình thành và phân bổ đều trong nên Cu với kích thước nhỏ hon 250 nm Quá trình làm giảm nỗng độ 'TIB; trong sản phẩm sau phản ứng tự sinh

nhiệt ở nhiệt độ cao được thực hiện bằng phương pháp nghiên trộn cơ học, độ đẳng

đêu của vài liệu đạt đến trang (hai lới hạn lại tốc độ nghiên 300 vgjíph với thời gian

nghiên trộn 60 nh Mẫu khối đại lỷ trọng Irên Lương đôi 98% sau khí thiêu kết xung

plasma ở nhiệt độ 650°C trong thởi gian 5 ph Cơ lính và độ đẫn diện đều thỏa min che vật liệu điện cực Sự phân bố hạt T¡B; với kích thuớc nhé mịn trong nền Cu là nguyên nhản chính làn tăng cơ tính của vật liệu Các tính chất của hệ vật liệu nảy

cũng được so sảnh với một số hệ vật liệu compozit mới được phải triển gân đây trên

cơ sở nền Cụ

Kyhiệu Độdàndiện, Độcủng, Độcùngtễ Giớihạnbên Tỷ trọng tương

Các kỹ hiện mẫu thí nghiệm:

Mc wd Cu-TiB, chưa nghiền, M0- trộa CưT¡B; đã nghiền và áp luôn, Ai30- nghiền trộn Cụ TA, đã nghiền 30 ph; A460- nghiằn trộn Cu L T8; đã nghiên đŨ

ph; KSD- CựĂ,O, điện cục thương mại

-38-Bảng 1.8: So sánh các tình chất của vật liêu Cu-4,394(thả tích)T1B; và một số vật

liệu điện cực mới [3]

1.5 VAT LIEU COMPOZTT Cn-Al;O;

Trong những năm gắn đây, ở một số nước tiên tiến đã tiến hảnh nghiên cửu

thử nghiệm hệ vật liệu tiếp điểm oompozit Cu-AlzO; hỏa bền phân tản chế tạo bằng

phương pháp ôxi hỏa bên trong kết hợp biến dạng tạo hình vật liệu bột Ở Việt Nam

việc nghiên cửu đây đủ vẻ loại vật liệu mới này mới chỉ được bắt đầu Ưu điểm cơ bản của hệ vật liệu này là đùng A1;O; thay thế cho một số loại kim loại quỹ, đất tiên

nhĩ W, Re, Mo để ứng dụng trong kỹ thuật điện (tiếp điểm điên, điện cực hàn)

mà vẫn giữ được các tính chất cân thiết như độ đẫn điên và dẫn nhiệt tốt của Cu

nguyên chất, độ bên cơ học (nến, nén), độ bên mỏn cao đo các hạt Al-Oa nhô

mịn phân tản trong niên Cu Hơn nữa, khi ding Cu nguyén chat thay thé cho Ag thi

có thể giảm được đáng kẻ giá thành chế tạo, vẫn đáp ứng được yêu câu của vật liệu

tiếp điểm, điện cục hàn mà độ dẫn điện thì không giảm đi nhiều