Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 11 - PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hà

Vật liệu composite đại diện cho một bước tiến quan trọng trong khoa học vật liệu, mang lại các tính chất vượt trội thông qua sự kết hợp của nhiều pha vật liệu khác nhau. Sự phát triển của các loại vật liệu này đóng vai trò thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại, từ hàng không vũ trụ đến xây dựng và y tế, nhờ khả năng tối ưu hóa các đặc tính cơ học, nhiệt và hóa học. Bài viết này trình bày tổng quan về các khái niệm cơ bản, đặc điểm nổi bật, phân loại chính và các thành phần cốt lõi của vật liệu composite, nhằm cung cấp nền tảng vững chắc cho việc nghiên cứu và ứng dụng chúng.

Sinh viên, kỹ sư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học vật liệu, kỹ thuật cơ khí, và các ngành liên quan cần tìm hiểu về vật liệu composite.

Nghiên cứu về vật liệu composite đóng vai trò quan trọng trong việc đổi mới các giải pháp kỹ thuật, mang lại những tính năng mà vật liệu đơn lẻ khó có thể đạt được. Tài liệu này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện, bắt đầu bằng việc định nghĩa vật liệu composite là sự kết hợp của nhiều pha vật liệu không hòa tan lẫn nhau, được phân tách bằng ranh giới rõ ràng. Đặc điểm nổi bật của chúng là khả năng thiết kế tỷ lệ, hình dáng, kích thước và phân bố của pha nền (matrix material) và pha cốt (reinforcement) một cách chủ động, nhằm tối ưu hóa các tính chất tổng thể. Các vật liệu này được phân loại dựa trên bản chất của pha nền (như chất dẻo, kim loại, gốm, hoặc hỗn hợp) và hình học của pha cốt (như cốt hạt, cốt sợi liên tục hoặc gián đoạn, hay các dạng cấu trúc phức tạp như tấm sandwich). Phần cốt trong vật liệu composite, có thể là kim loại, vô cơ hoặc hữu cơ, được sắp xếp không liên tục và có vai trò chịu lực chính. Hình dạng, kích thước và hàm lượng của cốt có ảnh hưởng quyết định đến tính chất cuối cùng của sản phẩm. Mặt khác, pha nền đóng vai trò liên kết các phần tử cốt, tạo hình cho composite, và bảo vệ cốt khỏi các tác động cơ học hoặc hóa học từ môi trường. Các vật liệu nền phổ biến bao gồm polymer, ceramic và kim loại, mỗi loại đều góp phần đáng kể vào đặc tính tổng thể của composite. Sự hiểu biết sâu sắc về vai trò của từng thành phần và cách chúng tương tác là yếu tố then chốt để phát triển các loại structural composite và panel sandwich tiên tiến, đáp ứng yêu cầu khắt khe của các ứng dụng công nghiệp, từ ngành hàng không vũ trụ đến xây dựng, mang lại giá trị ứng dụng cao và hàm ý lớn cho sự tiến bộ kỹ thuật.