Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.

Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao hệ (HfZrTaNbTi)C bằng phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.

MẪU BÌA LUẬN VĂN CĨ IN CHỮ NHŨ VÀNG (Khổ 210 x 297 mm) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TÁC GIẢ: NGUYỄN NGỌC LINH VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Ngọc Linh VẬT LÝ CHẤT RẮN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CACBIT ENTROPY CAO HỆ (HfZrTaNbTi)C BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU KẾT DÒNG XUNG PLASMA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Vật lý chất rắn 2022 Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Ngọc Linh TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU CACBIT ENTROPY CAO HỆ (HfZrTaNbTi)C BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU KẾT DÒNG XUNG PLASMA Chuyên ngành : Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Lương Văn Đương Hà Nội - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu luận văn cơng trình nghiên cứu tơi dựa tài liệu, số liệu tơi tự tìm hiểu nghiên cứu Chính vậy, kết nghiên cứu đảm bảo trung thực khách quan Đồng thời, kết chưa xuất nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực sai tơi hồn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Linh ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến TS Lương Văn Đương dành cho định hướng khoa học hiệu quả, động viên giúp đỡ tận tình suốt trình thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi sở đào tạo Học viện Khoa học Công nghệ Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, quan mà cơng tác q trình thực luận văn Luận văn thực với hỗ trợ kinh phí Nhiệm vụ hợp tác quốc tế Viện Khoa học vật liệu (IMS) với Viện Khoa học Công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST), Mã số QTKR01.02/19-20 Công việc thực nghiệm thực Phòng vật liệu kim loại tiên tiến, Viện Khoa học vật liệu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Trần Bảo Trung, TS Hyoseop Kim, đồng nghiệp Viện Khoa học vật liệu Viện Công nghệ công nghiệp Hàn Quốc (KITECH) giúp đỡ tơi q trình thực luận văn cao học Sau cùng, muốn gửi tới tất người thân gia đình bạn bè lời cảm ơn chân thành Chính tin yêu mong đợi gia đình bạn bè tạo động lực cho thực thành công luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Linh ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt/ Tiếng Anh Tiếng Việt Ball Powder ratio Computer Numerical Control Density functional theory Tỉ lệ bi bột Điều khiển máy tính Lý thuyết hàm mật độ Energy dispersive X-ray spectroscopy Quang phổ tia X phân tán lượng Face center cubic Field Emission Scanning Lập phương tâm mặt Kính hiển vi điện tử quét trường HEA HEBM HEB HEC HEF HEH HEN HEO HES HESi HEP HIP HP RCS SEM Electron Microscope High entropy alloy High energy ball milling High entropy Boride High entropy carbide High entropy florite High entropy hidride High entropy nitride High entropy oxide High entropy sulfite High entropy silicite High entropy photphoride Hot Isostatic Pressing Hot Pressing Rate-controlled sintering Scanning Electron Microscope phát xạ Hợp kim entropy cao Nghiền bi lượng cao Borit entropy cao Cacbit entropy cao Florit entropy cao Hidrit entropy cao Nitrit entropy cao Oxit entropy cao Sulfit entropy cao Silic entropy cao Phốt phát entropy cao Ép nóng đẳng tĩnh Ép nóng Thiêu kết kiểm sốt tốc độ Kính hiển vi điện tử quét SPS TSS XRD Spark plasma sintering Two steps sintering X-ray Diffraction Thiêu kết dòng xung plasma Thiêu kết hai bước Nhiễu xạ tia X ký hiệu BPR CNC DFT EDS FCC FE-SEM i DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Tính chất nhiệt cacbit entropy cao Tính chất oxy hóa cacbit entropy cao (ΔW A thay đổi khối lượng diện tích bề mặt) Một số nghiên cứu vật liệu HEC năm trở lại đây…… Tính chất ứng dụng loại hợp kim cứng WC………… Các thơng số bột ngun liệu đầu vào…………………………… Thành phần hóa học hỗn hợp bột………………………………… Thông số chế tạo hỗn hợp bột phương pháp nghiền lượng cao………………………………………………………… Điều kiện kết khối phương pháp SPS mẫu chế tạo từ hỗn hợp bột (Hf-Ta-Ti-Zr-Nb)C sau nghiền trộn 60 phút…… Một số nghiên cứu tính vật liệu cacbit entropy cao (HfZrTiTaNb)C………………………………………………… 13 16 25 28 30 30 32 42 55 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 1.17 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Lịch sử phát triển vật liệu kỹ thuật………………………… Số lượng xuất năm gốm chính có hàm lượng entropy cao……………………………………………………………… Mối quan hệ entropy hỗn hợp số lượng nguyên tố Thuật ngữ gốm phức hợp thành phần gốm đa cation Các dạng cấu trúc tinh thể vật liệu gốm entropy cao Cấu trúc tinh thể muối NaCl (HfTaZrTiNb)C……………… Ô sở cấu trúc tinh thể muối NaCl dạng FCC…………… Minh họa cấu trúc mạng tinh thể Fluorite Minh họa cấu trúc mạng tinh thể Perovskite Minh họa cấu trúc tinh thể dạng Pyrochlore Mô tả cấu trúc tinh thể Spinel Sự chênh lệch nhiệt độ thiêu kết phương pháp ép nóng (a) phương pháp SPS (b)…………………………………………… Sơ đồ hệ thống thí nghiệm thiêu kết dịng xung plasma (SPS)… Dịng điện xung qua hạt bột……………………………… Đồ thị minh họa cho trình thiêu kết TSS-C TSS-CW Ảnh SEM mẫu (HfZrTaNbTi)C thiêu kết SPS bước (a) thiêu kết SPS hai bước (b,c,d)………………………………… Mũi phay hợp kim cứng………………………………………… Sơ đồ chế tạo mẫu khối HEC (HfTaTiZrNb)C………………… (a) Ảnh thiết bị nghiền bi lượng cao, (b) bi tang nghiền hợp kim cứng…………………………………………………… Các khuôn graphite mật độ cao………………………………… Giản đồ thiêu kết hỗn hợp bột HEC phương pháp SPS…… a) Hệ thiêu kết dòng xung Plasma; b) Bên buồng lò SPS… Thiết bị nhiễu xạ tia X PANalytical Kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800 Mơ hình vết nứt góc vết đâm độ cứng Ảnh nhiễu xạ tia X mẫu bột hỗn hợp (Hf-Ta-Ti-Zr-Nb)C sau nghiền trộn (a) phút, (b) 15 phút, (c) 60 phút………………… Ảnh FE-SEM kết EDS hỗn hợp bột (Hf-Ta-Ti-ZrNb)C sau nghiền (a,d) phút, (b,e) 15 phút (c,e) 60 phút…… Hỗn hợp bột nghiền > 60 phút dễ gây phản ứng cháy 7 10 10 11 11 12 12 12 13 22 22 23 26 27 28 31 31 32 33 34 35 35 37 38 39 41 v Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 thao tác……………………………………………………… Ảnh mẫu khối HEC (Hf-Ta-Ti-Zr-Nb)C thiêu kết SPS nhiệt độ khác nhau: (a) 1600 oC, (b) 1700 oC (c) 1800 oC Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu khối HEC (Hf-Ta-Ti-ZrNb)C kết khối phương pháp SPS nhiệt độ (a) 1600 o C, (b) 1700 oC (c) 1800 oC………………………………… Ảnh SEM bề mặt mẫu HEC (HfTiTaZrNb)C kết khối nhiệt độ (a) 1600 oC, (b) 1700 oC (c) 1800 oC………… Biểu đồ phân bố kích thước hạt mẫu (HfTiTaZrNb)C kết khối nhiệt độ (a) 1600 oC, (b) 1700 oC (c) 1800 oC Ảnh FE-SEM mặt cắt kết phổ EDS mẫu khối HEC (Hf-Ta-Ti-Zr-Nb)C kết khối nhiệt độ (a) 1600 oC, (b) 1700 oC (c) 1800 oC………………………………………… Khối lượng riêng tỉ trọng tương đối mẫu khối (Hf-TaTi-Zr-Nb)C nhiệt độ thiêu kết SPS 1600 oC, 1700 oC 1800 oC………………………………………………………… Kết độ cứng Vickers mẫu khối HEC (Hf-Ta-Ti-ZrNb)C kết khối nhiệt độ 1600 oC, 1700 oC 1800 oC Độ dai phá hủy (KIC) mẫu khối HEC (Hf-Ta-Ti-Zr-Nb)C kết khối nhiệt độ (A) 1600 oC, (B) 1700 oC (C) 1800 oC………………………………………………………… Giản đồ thiêu kết hai bước kết khối vật liệu HEC (HfZrTiTaNb)C………………………………………………… XRD mẫu HEC (HfZrTiTaNb)C (a) chế tạo quy trình thiêu kết hai bước; (b) chế tạo quy trình thiêu kết bước 1800 oC 10 phút………………………………………… Ảnh SEM mẫu HEC (HfZrTiTaNb)C (a) chế tạo quy trình thiêu kết hai bước; (b) chế tạo quy trình thiêu kết bước 1800 oC 10 phút……………………………… Biểu đồ phân bố kích thước hạt mẫu (HfTiTaZrNb)C kết khối phương pháp (a) bước (b) hai bước… Khối lượng riêng tỉ tương đối mẫu (HfZrTiTaNb)C thiêu kết SPS bước thiêu kết SPS hai bước………………… So sánh độ cứng Vicker mẫu HEC (HfZrTiTaNb)C chế tạo nghiên cứu khác hệ HEC (Hf-Zr-Ti-Ta-Nb)C…… So sánh độ dai phá hủy KIC mẫu HEC (HfZrTiTaNb)C chế tạo với loại gốm cacbit thành phần……………………… 42 44 44 45 46 47 48 49 50 51 51 52 52 53 54 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CACBIT ENTROPY CAO… 1.1 Khái niệm vật liệu Cacbit entropy cao (HEC) 1.1.1 Lịch sử phát triển vật liệu gốm entropy cao……………… 1.1.2 Cơ sở lý thuyết vật liệu entropy cao……………… 1.2 Cấu trúc tính chất vật liệu cacbit entropy cao…………………… 1.2.1 Cấu trúc mạng tinh thể………………………………………… 1.2.2 Tính chất vật liệu cacbit entropy cao……………………… a) Tính chất học nhiệt học………………………… b) Tính chất chống oxi hóa……………………………………… c) Tính tương thích sinh học…………………………………… d) Tính hấp thụ sóng điện từ…………………………………… 1.3 Các phương pháp chế tạo vật liệu gốm entropy cao…………………… 1.3.1 Phương pháp tổng hợp thể khí…… …………………………… 1.3.2 Phương pháp tổng hợp thể lỏng………………………………… 1.3.3 Phương pháp tổng hợp thể rắn……… ……………………… a) Nghiền bi lượng cao…………………………………… b) Các phương pháp thiêu kết…………………………………… 1.4 Tình hình nghiên cứu nước…………………………… 1.5 Một số ứng dụng hệ cacbit entropy cao…………………………… 1.5.1 Vật liệu chế tạo dụng cụ cắt…… ……………………………… 1.5.2 Vật liệu làm khuôn………….…… ……………………… 1.5.3 Dụng cụ đo lường phận chống mài mòn……………… Chương THỰC NGHIỆM 2.1 Phương pháp chế tạo vật liệu cacbit entropy cao 2.1.1 Lựa chọn thành phần hỗn hợp bột……………………………… 2.1.2 Chế tạo mẫu khối cacbit entropy cao…………………………… a) Phương pháp chuẩn bị hỗn hợp bột (HfTaTiZrNb)C………… b) Kết khối hỗn hợp phương pháp thiêu kết dòng xung Trang i ii iii iv v 6 10 10 13 13 15 17 17 17 17 18 19 19 19 27 27 28 28 29 30 30 30 30 31 32 plasma…………………………………………………………… 2.2 Thiết bị chế tạo mẫu phương pháp đánh giá tính chất đặc trưng…… 2.2.1 Thiết bị chế tạo mẫu……………………………………………… 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu tính chất đặc trưng mẫu HEC……… a) Phương pháp nghiên cứu cấu trúc b) Khối lượng riêng mẫu HEC……… c) Cơ tính mẫu HEC………………………………………… Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng thời gian nghiền đến cấu trúc hỗn hợp bột cacbit entropy cao… ……………………………………………………………… 3.2 Kết khối hỗn hợp bột cacbit entropy cao phương pháp SPS bước………………………………………………………………………… 3.3 Kết khối hỗn hợp bột cacbit entropy cao phương pháp SPS hai bước………………………………………………………………………… KẾT LUẬN DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ…………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 33 34 34 36 36 39 38 41 50 57 58 59 ... tượng nghiên cứu luận văn Vật liệu cacbit entropy cao (HfZrTaNbTi)C Mục tiêu nghiên cứu luận văn Nghiên cứu chế tạo vật liệu cacbit entropy cao (HfZrTaNbTi)C phương pháp thiêu kết dòng xung plasma.. . entropy cao Nghiền bi lượng cao Borit entropy cao Cacbit entropy cao Florit entropy cao Hidrit entropy cao Nitrit entropy cao Oxit entropy cao Sulfit entropy cao Silic entropy cao Phốt phát entropy. .. Tổng quan vật liệu cacbit entropy cao Giới thiệu vật liệu cacbit entropy cao, lịch sử, cấu trúc, tính chất, phương pháp chế tạo, tình hình nghiên cứu vật liệu nước số ứng dụng vật liệu HEC Chương