CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU COMPOSITE
8.1. Đại cương
❑Composite là vật liệu được hình thành từ các chất khác nhau kết
hợp với nhau tạo thành một chất có tính năng mà riêng các chất
không có.
❑Composite được coi là vật liệu đa pha trong đó có 2pha cơ bản là:
pha nền và pha cốt.
•Pha cốt (pha phân tán): là pha không liên tục đóng vai trò tạo nên
độ bền và môđun đàn hồi cao cho composite.
•Pha nền:là pha liên tục bào kín các pha cốt trong toàn bộ thể tích
để tạo ra tính chất đặc trưng của vật liệu, che phủ và bảo vệ cốt để
tránh hư hỏng do tác động hóa học, cơ học và môi trường.
❑Tính chất của composite phụ thuộc vào: tính chất của các pha tạo
thành, hàm lượng tương đối mỗi pha, dạng hình học của pha phân
tán (dạng hạt và kích thước hạt của pha phân tán, phân bố và định
hướng của chúng)
❑Composite được chia thành ba nhóm lớn:composite hạt,
composite sợi và composite cấu trúc
1
CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU COMPOSITE
8.2. Composite hạt
8.2.1. Composite hạt thô
-Có kích thước hạt tương đối lớn (cỡ cm)
Ví dụ:
-Bê tông:
- Hợp kim cứng:
- 1 Cacbit (BK): WC +Co
- 2 Cacbit (BK): (WC + TiC) + Co
- 3 Cacbit (BK): (WC + TiC + TaC) + Co
- Hợp kim làm tiếp điểm, là sự kết hợp giữa kim loại khó nóng
chảy (W, Mo) với các kim loại dẫn nhiệt cao (Cu; Ag).
- composite hạt thô nền polymer, gồm các hạt với vai trò chất
độn và polymer để cải thiện độ bền, tính chống mài mòn, chịu
nhiệt và ổn định kích thước.
- composite dẻo,là vật liệu mới phát triển (nhẹ và siêu bền)
thích hợp làm ván trượt nước, vỏ xuồng cao tốc…
2
CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU COMPOSITE
8.2. Composite hạt
8.2.2. Composite hạt mịn
Là loại có tính năng đặc biệt (bền nóng và ổn định nóng). Nền
các composite này có thể là kim loại hoặc hợp kim, cốt có kích
thước nhỏ (<0,1µm).
Ví dụ:
❑Các loại SAP, SAAP…,…(với các tỷ lệ 5 ÷ 20%Al2O3trên
nền nhôm hoặc hợp kim nhôm, giữa nền - cốt có liên kết
ôxýt khá bền).
❑T-D Nickel, là loại composite nền niken, cốt là các phần tử
ôxýt tôri ThO2 ở dạng nhỏ mịn, nằm phân tán, ổn định nhiệt,
có độ bền và khả năng làm việc lâu dài ở nhiệt độ 1000 ÷
1100 độ C, không bị ăn mòn tinh giới như thép không gỉ nên
là vật liệu quý trong hàng không - vũ trụ hoặc tuabin, ống
dẫn, bình áp lực làm việc ở nhiệt độ cao trong môi trường ăn
mòn.
3
CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU COMPOSITE
8.3. Composite cốt sợi
Composite cốt sợi có độ bền và môđun đàn hồi riêng cao,
nên nền và cốt có khối lượng riêng nhỏ. Tính chất của composite
cốt sợi phụ thuộc vào bản chất của cốt và nền, độ bền liên kết tại
biên pha, sự phân bố và định hướng sợi cũng như kích thước và
hình dạng của nó.
8.3.1. Pha cốt sợi
Tính chất của composite phụ thuộc vào bản chất của vật
liệu và đường kính của sợi. Sợi càng nhỏ thì xác suất xuất hiện
khuyết tật trên bề mặt sợi sẽ thấp hơn sợi có kích thước lớn do đó
sợi nhỏ sẽ có độ bền cao hơn.
a. Ảnh hưởng của chiều dài sợi
Khi chịu lực thì tải trọng dồn vào sợi: Đối với sợi ngắn, biến
dạng của nền tập trung ở đầu mút sợi, không có sự truyền tải từ
nền vào mút sợi, tình hình này được cải thiện khi chiều dài sợi
tăng lên (hiệu quả nhất khi chiều dài sợi llớn hơn chiều dài tới
hạn lc):
4
CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU COMPOSITE
8.3.1. Pha cốt sợi
a. Ảnh hưởng của chiều dài sợi
d - đường kính sợi;
f - giới hạn bền kéo của sợi;
c - độ bền liên kết sợi – nền
Sự phân bố tải trọng với các giá trị l khác nhau so với lc:
Biểu đồ phân bố ứng suất
trên chiều dài sợi:
a. l = lc; b) l > lc; c) l < lc
Đối với sợi không liên tục, nền bị biến dạng xung quanh sợi và
không có sự chuyển tải trọng cho sợi, ý nghĩa tăng cường của sợi bị giảm
nhiều. Để tăng cường độ bền của composite, sợi phải liên tục.
5
cf.d
c
=l