Vật liệu học - Chương 11: Vật liệu composite

VẬT LIỆU HỌCTS. Hà Văn Hồng *Tháng 02.2006Chương 11Vật liệu composite11.1.Khái niệm chung11.2.Tổ chức của vật liệu coposite11.3.Liên kệt trong vật liệu composite11.4.Tính chất của vật liệu composite11.5.Vật liệu làm cốt 11.6.Vật liệu làm nền11.7.Ứng dụng và gia công compositeTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tre = Sợi xelulo + Lignin11.1.Khái niệm chung Bêtong = Cát + Đá + Ximăng + Nước Gỗ dán : Bột gỗ + NhựaTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Bồn = Sôi thuỷ tinh + NhựaTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*HK cứng = Bột WC + Co Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.1.Khái niệm Vật liệu composite : vật liệu được chế tạo từ 2 hay nhiều vật liệu có bản chất khác nhau => Vật liệu kết hợpTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.1.Khái niệm chungVật liệu CompositeVật liệu Compositenền PolymeVật liệu Compositenền Kim lọaiVật liệu Compositenền CeramicVật liệu CompositeHH nhiều phaTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* Phân loạiTheo bản chất của Nền 11.1.Khái niệm chungTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Theo bản chất của Nền Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Theo cấu trúc của cốtHạt thôHạt mịnLiên tụcGián đọanLớpTấm 3 Lớp11.2.Tổ chức của vật liệu composite Tổ chức : đa pha, thông thường : 2 phaCốt (hạt, sợi) phân bố đều trên nền liên tụcTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*CốtNền11.2.Tổ chức của vật liệu composite Cốt : pha gián đoạn, đóng vai trò tạo nên độ bền & modun đàn hồi caoVật liệu : kim loại , vô cơ, hữu cơHình dạng : sợi, hạt, tấmTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.2.Tổ chức của vật liệu compositeCấu trúc hạt Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* Hạt thô : d > 0.1m Hạt mịn : d  0.1m11.2.Tổ chức của vật liệu composite Nền : pha liên tục, đóng vai trò chủ yếu sau: -Liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành khối -Tạo khả năng gia công composite thành các chi tiết theo thiết kế -Che phủ, bảo vệ cốtVật liệu : kim loại, vô cơ, hữu cơTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Cấu trúc sợi Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Sợi dài (ls 10 lth ) Sợi ngắn (ls 0.1m) Độ bền Cốt hạt mềm -góc của phương kéo & trục sợi c-độ bền của composite h-độ bền của hạt Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạt Cốt hạt cứng c-độ bền của composite n-độ bền của nền -ứng suất tiếp tuyến tại vùng ranh giới nền-cốt Vh-% thể tích của hạt trong composite Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạtModun đàn hồi Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt hạtComposite hạt min ( d  0.1m ) Nền : hứng chịu toàn bộ tải trọng lực Cốt : đóng vai trò kìm hãm biến dạng Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt sợiẢnh hưởng phân bố & định hướng cốt sợi Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Sơ đồ phân bố & định hướng cốt sợia- Theo phương dọc sợi : max b- Theo 2 phương dọc trục sợi : max c- Theo các hướng :  = const 11.4.1.Tính chất cơ học composite cốt sợiẢnh hưởng của chiều dài cốt sợi ls  10lth : cốt sợi liên tục ls 1800oCTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.7.Ứng dụng & Gia công composite 11.7.1.Gia công composite11.7.2.Composite nền nhựa11.7.3.Composite nền kim loại11.7.4.Composite nền gốm11.7.5.Composite cấu trúcTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.7.1.Gia công composite11.7.1.1.Làm bằng tayTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tạo lớp bề mặtPhủ keoTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ráp khuôn trongHút chân khôngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tháo khuôn Lấy sản phẩmTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Trải lớp bằng tayTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Sản phẩm làm bằng tay11.7.1.Gia công composite11.7.1.1.Làm bằng máyTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Quấn bằng máyTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Trải lớp bằng phun bắnTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Trải lớp & phun bắnTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Sản phẩm làm bằng máy11.7.2.Composite nền nhựa1-Composite nền Polyeste-Sợi thủy tinh Composite nền Nylon-Sợi thủy tinhĐặc điểm: Nhẹ Độ bền riêng cao Tlv < 200oC Rẻ tiềnỨng dụng: -Bồn chứa nước, bồn chứa hoá chất, ống dẫn -Ôtô:vỏ (thân) xe,, container chứa hàng, thùng xe lạnh, xi téc .Vỏ tàu biển -Hàng không: mũi đầu, đuôi nắp động cơ máy bay - Tầu vũ trụ: vỏ buồng lái Thánũg 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Chế tạo ôtô, xe lửaTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ngành tàu biểnTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Chế tạo ống dẫnTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Bồn chứaTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Bọc lót trụ cầuTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*2-Composite nền Polyme-Sợi cacbonĐặc điểm: -Trọng lượng : 20-30% so với thép -Mođun đàn hồi riêng : rất cao - Bền nhiệt -Không bị ăn mòn Ứng dụng: -Hàng không vũ trụ: lớp phủ bảo vệ nhiệt -Dụng cụ thể thao: ván trượt, vợt tenit, xe đua, ca nô Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Chế tạo máy bayTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ngành thể thaoTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*3-Composite nền Polyme-sợi polymeĐặc điểm: -Độ bền riêng, độ dẻo, độ dai va đập cao -Mođun đàn hồi & hệ số giãn nở nhiệt của nền và cốt bằng nhauTính ổn định nhiệt cao - Cách điện & cách nhiệt tốt -Không bị ăn mòn Ứng dụng: -Chế tạo tàu thuyền -Áo giáp chống đạn, tấm chắn; mũ bảo hiểm Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.7.3.Composite nền kim loại1-Composite nền Al cốt hạt Al2O3-Chế tạo : AlNghiền: bột Oxy hóa: màng Al2O3 Tạo hình :ép Thiêu kết-Tính chất : Độ bền riêng : cao Bền hóa: không bị ăn mòn Tlv= 300-500oC-Ứng dụng : Piston, Cánh máy nén, cánh tuabinTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*2-Composite nền Cu cốt hạt thép-Chế tạo : CuNấu chảy Nạp hạt thép:huyền phù Tạo hình :đúc -Tính chất : Nền Cu : mềm + Hạt thép : cứng Chống mài mòn-Ứng dụng : Bạc đỡ ổ trục Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.7.4.Composite nền gốm1-Composite Cacbon –Cacbon Nền : Cacbon + Cốt : Sợi cacbonComposite Cacbit –Cacbon Nền : SiC + Cốt : Sợi cacbonComposite Cacbit –Cacbit Nền : SiC + Cốt : Sợi SiC Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*2-Tính chất : +Rất nhẹ : 1.35 – 2 g/cm3 +  ; HRC ở Tlv = 2000oC : rất cao +Hệ số giãn nở nhiệt : rất nhỏ +Không bị ăn mòn3-Ứng dụng: -SX động cơ máy bay,tên lửa, tàu vũ trụ -Vỏ cách nhiệt của tàu không gian -Động cơ khí trong nhà máy năng lượng -Dùng trong y họcTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Sản xuất máy bayTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Chế tạo tàu vũ trụTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Chế tạo chi tiết máyTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ngành YTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.7.5.Composite cấu trúc1.Composite cấu trúc dạng lớp (tấm)Tổ chức : Nhiều lớp từ 2 loại vật liệu -Loại 1: vật liệu đồng nhất, đóng vai trò liên kết -Loại 2: bằng composite cốt sợi, đóng vai trò chịu lựcSắp xếp: theo lớp & đổi hướng Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.7.5.Composite cấu trúc1.Composite cấu trúc dạng lớp (tấm)Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*11.7.5.Composite cấu trúc1.Composite cấu trúc dạng lớp (tấm)Tính chất :  = max theo phương  với mặt tấm  = min theo phương  với mặt tấmỨng dụng: -SX gỗ dán -SX cót ép Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*2.Composite tấm 3 lớp (Panel sandwich)Tổ chức : 3 lớp2 lớp mặt: chịu lực cơ học HK Al, hkTi, thép, Composit cấu trúc dạng lớpLớp giữa (lõi) : 2 chức năng - Tạo khoảng cách 2 lớp  biến dạng theo phương mặt tấm -Tạo độ cứng vững & tránh cong vênh Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*2.Composite tấm 3 lớp (Panel sandwich)Vật liệu làm lõi : nhẹ, xốp Polyme, cao su, gỗ nhẹ, giấy cactonTính chất : -nén : cao; HB-cao Cách âm, cách nhiệt : tốtỨng dụng: -Xây dựng:làm trần, sàn, tường -SX máy bay: vỏ, thân, cánh, đuôi Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Lõi cấu trúc tổ ong Vách ngăn liên kết vuông góc với mặt tấmVật liệu làm vách cùng loại vật liệu như 2 lớp mặt 2.Composite tấm 3 lớp (Panel sandwich)