Khái niệm
Vật liệu composite là sự kết hợp của hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau, tạo ra một sản phẩm mới với tính chất vượt trội hơn so với từng vật liệu riêng lẻ Cấu trúc của vật liệu composite bao gồm một hoặc nhiều pha gián đoạn phân bố đều trong một pha nền liên tục Khi có nhiều pha gián đoạn, chúng ta gọi đó là composite hỗn tạp, trong đó pha gián đoạn thường sở hữu tính chất ưu việt hơn pha liên tục.
Pha liên tục gọi là nền (matrice) Pha gián đoạn gọi là cốt hay vật liệu giacường (reenforce)
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
1.1 Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào những đặc tính sau đây:
Cơ tính của các vật liệu thành phần ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của vật liệu composite Khi các vật liệu thành phần có cơ tính tốt, vật liệu composite sẽ đạt được cơ tính vượt trội, tốt hơn so với từng vật liệu riêng lẻ.
Luật phân bố hình học của vật liệu cốt ảnh hưởng lớn đến độ bền của vật liệu composite Khi vật liệu cốt phân bố không đồng đều, composite sẽ bị phá huỷ chủ yếu tại các khu vực có mật độ cốt dày đặc Đối với composite cốt sợi, hướng sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu Tính dị hướng này có thể được điều chỉnh theo yêu cầu, giúp chế tạo vật liệu và phương án công nghệ phù hợp hơn với nhu cầu sử dụng.
Sự tương hỗ giữa các vật liệu thành phần là rất quan trọng; vật liệu cốt và nền cần phải liên kết chặt chẽ để tăng cường và bổ sung các tính chất cho nhau.
Ví dụ: liên kết giữa cốt thép và xi măng trong bê tông.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Phân loại
2.1 Phân loại theo hình dạng:
Gồm: Composite sợi, composite vảy, composite hạt, composite điền đầy, Composite phiến.
2.2 Phân loại theo bản chất và vật liệu thành phần:
- Composite nền hữu cơ: nền là nhựa hữu cơ, cốt thường là sợi hữu cơ hoặc sợi khoáng hoặc sợi kim loại.
- Composite nền kim loại: nền là các kim loại như titan, nhôm, đồng, cốt thường là sợi kim loại hoặc sợi khoáng như B, C, SiC
- Composite nền gốm: nền là các loại vật liệu gốm, cốt có thể là sợi hoặc hạt kim loại hoặc cũng có thể là hạt gốm.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
2 Vật liệu và thành phần của composite
3.1 Vật liệu nền: a) Nhựa phênolformaldehyt b) Nhựa êpoxy c) Nhựa polyeste d) Các loại nhựa khác
3.2 Vật liệu gia cường: a) Cốt dạng sợi:
Hình 2 trình bày một số cấu trúc đơn giản nhất của composite 1D, 3D và 2D:
Hình 2 Một số cấu trúc phổ biến của composite cốt sợi
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Bảng 1 cho thấy các hằng số đàn hồi của composite tương ứng với sơ đồ cốt trên hình 2 (nền epoxy cốt sợi thuỷ tinh):
Bảng 1 Mô đun đàn hồi của composite polyme epoxy-thủy tinh với cấu trúc khác nhau.
Việc thay đổi cấu trúc cốt trong composite epoxy-thủy tinh ảnh hưởng đáng kể đến môđun đàn hồi và hệ số poát xông, nhưng ít tác động đến môđun trượt Điều này cho phép chúng ta thay thế các vật liệu 3D bằng các vật liệu 1D và 2D đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn khi kết cấu làm việc trong các trường hợp chịu ứng suất-biến dạng trượt.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
3.3 Vùng trung gian trong composite:
Vùng trung gian giữa cốt và nền đóng vai trò quyết định đến các tính chất cơ học của composite, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của vật liệu Yếu tố đầu tiên tác động đến thành phần và thể tích của vùng chuyển tiếp là tính thấm ướt, yêu cầu pha nền lỏng phải dễ dàng thấm ướt pha gia cường trước khi đóng rắn Tuy nhiên, do sự khác biệt về hóa lý của các vật liệu, liên kết giữa nền và cốt không phải lúc nào cũng lý tưởng Do đó, việc bổ sung chất thấm ướt là cần thiết để cải thiện khả năng thấm ướt giữa cốt và nền.
Chất phụ gia là những vật liệu liệu nhằm cải thiện một số tính chất của composite như:
- Tính dẫn điện, dẫn nhiệt: thường dùng bột, sợi hoặc vảy kim loại như
Fe, CU, Al,… hoặc bi tráng kim loại.
- Bôi trơn khi dỡ khuôn.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Các loại nhựa như epoxy, phenolformaldehyde và polyester có khả năng thấm ướt tốt với vật liệu gia cường hữu cơ, giúp quá trình trộn nhựa với cốt trở nên dễ dàng Tuy nhiên, đối với cốt vô cơ như sợi gốm, tính thấm ướt kém đòi hỏi phải thực hiện công đoạn bọc hoặc thấm trước khi trộn Đối với dạng vải, có nhiều phương pháp để chế tạo bán thành phẩm.
Để tạo ra sản phẩm, bạn có thể nhúng tấm vải vào thùng nhựa, xếp thành từng lớp và ép lại, hoặc trải từng lớp vải vào khuôn rồi phun hoặc quét nhựa lên trên Tiếp tục lặp lại quy trình này cho đến khi đạt được chiều dày mong muốn.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Vật liệu composite nền kim loại, đặc biệt là kim loại màu, được ưa chuộng trong kỹ thuật nhờ vào những ưu điểm vượt trội như trọng lượng nhẹ, độ bền cao ở nhiệt độ cao và khả năng chịu mài mòn tốt hơn so với kim loại đen Hơn nữa, công nghệ chế tạo composite kim loại cũng đơn giản hơn, mang lại hiệu quả cao cho nhiều ứng dụng Một số loại composite nền kim loại phổ biến bao gồm…
- Composite nền nhôm cốt hạt.
- Composite nền nhôm cốt sợi.
- Composite nền đồng hạt thép.
Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite, CMC) được nghiên cứu để khắc phục nhược điểm của gốm nguyên khối, như tính dòn và khả năng ứng dụng hạn chế Chúng thường được sử dụng trong các chi tiết làm việc trong môi trường khắc nghiệt, bao gồm động cơ tên lửa, động cơ phản lực, động cơ khí trong nhà máy năng lượng, vỏ cách nhiệt của tàu không gian, lớp lót đầu tiên của buồng phản ứng nấu chảy, phanh máy bay và lò nhiệt luyện Những môi trường này có nhiệt độ rất cao và khó làm nguội bằng chất lỏng thông thường Thêm vào đó, việc thay thế siêu hợp kim bằng gốm composite giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu suất.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm được khá nhiều khối lượng, điều vô cùng quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ.
Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là dạng không liên tục như hạt, sợi ngắn hoặc lát vụn, hoặc dạng liên tục như sợi Đối với cốt gián đoạn, độ bền và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một mức nhất định nhưng vẫn đủ để sử dụng Một ví dụ điển hình là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC đóng vai trò pha gia cường và Si3N4 là vật liệu nền, thường được ứng dụng trong lĩnh vực dụng cụ cắt.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Composite nền kim loại
Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite, CMC) được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi để khắc phục nhược điểm của gốm nguyên khối, như tính dòn và khả năng ứng dụng hạn chế CMC thường được sử dụng trong các chi tiết làm việc trong môi trường khắc nghiệt, bao gồm động cơ tên lửa, động cơ phản lực, động cơ khí trong nhà máy năng lượng, vỏ cách nhiệt của tàu không gian, lớp lót buồng phản ứng nấu chảy, phanh máy bay và lò nhiệt luyện Những ứng dụng này yêu cầu vật liệu chịu nhiệt độ cao mà khó làm nguội bằng chất lỏng thông thường Thêm vào đó, việc thay thế siêu hợp kim bằng vật liệu gốm composite còn giúp tiết kiệm chi phí.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm được khá nhiều khối lượng, điều vô cùng quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ.
Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là dạng không liên tục như hạt, sợi ngắn hoặc lát vụn, hoặc cũng có thể là cốt liên tục dạng sợi Đối với cốt gián đoạn, độ bền và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nhất định, nhưng vẫn đủ để sử dụng Một ví dụ điển hình là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC đóng vai trò pha gia cường, còn Si3N4 là vật liệu nền, thường được ứng dụng trong lĩnh vực dụng cụ cắt.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Composite nền gốm
Việc sử dụng cốt sợi kim loại trong chế tạo composite giúp giảm tính giòn của gốm Hiện nay, xu hướng phát triển vật liệu composite nền gốm với cốt sợi kim loại, oxit kim loại, sợi gốm và sợi cacbon đang diễn ra mạnh mẽ.
Gốm sứ có thể được coi là vật liệu composite, theo định nghĩa ở CHƯƠNG 1 Điều này có nghĩa là trong vật liệu composite, các thành phần phải tương tác với nhau Sự kết hợp giữa các thành phần A và B tạo ra vật liệu C, có tính chất vượt trội hơn so với từng vật liệu A, B riêng lẻ hoặc sự kết hợp của chúng.
Vật liệu composite gốm bao gồm ba thành phần chính: pha rắn phân tán (Vs), pha nền (Vm) và pha khí phân tán (Vg) tạo thành các lỗ xốp Composite gốm được phân loại thành nhiều hệ khác nhau.
Hệ hai pha bao gồm “pha tinh thể ceramic” và “pha khí” với lỗ xốp Các yếu tố như số lượng lỗ xốp, độ xốp, hình dạng lỗ xốp, kích thước hạt tinh thể và mức độ kết khối trong vùng tiếp xúc giữa các hạt đều có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của vật liệu.
Hệ gốm truyền thống bao gồm ba pha chính: pha tinh thể ceramic, pha thủy tinh và pha khí (lỗ xốp) Tính chất cơ học của vật liệu gốm chịu ảnh hưởng đáng kể từ hình dạng của các hạt tinh thể.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Giới thiệu
Gốm sứ có thể được xem như một vật liệu composite, theo định nghĩa đã nêu trong CHƯƠNG 1 Đặc điểm nổi bật của vật liệu composite là sự tương hỗ giữa các thành phần cấu thành Khi kết hợp hai vật liệu A và B, chúng tạo ra vật liệu C với những tính chất vượt trội hơn so với từng vật liệu A, B riêng lẻ hoặc sự kết hợp của chúng.
Composite gốm là loại vật liệu bao gồm ba pha: pha rắn phân tán (Vs), pha nền (Vm) và pha khí phân tán (Vg) Các hệ composite gốm được phân loại dựa trên sự kết hợp và tỉ lệ của các pha này.
Hệ hai pha bao gồm “pha tinh thể ceramic” và “pha khí” (lỗ xốp) có ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ học của vật liệu Số lượng lỗ xốp, độ xốp, hình dạng và kích thước lỗ xốp, cùng với mức độ kết khối trong vùng tiếp xúc giữa các hạt là những yếu tố quan trọng cần xem xét.
Hệ vật liệu gốm truyền thống bao gồm ba pha chính: pha tinh thể ceramic, pha thủy tinh và pha khí (lỗ xốp) Tính chất cơ học của loại gốm này chịu ảnh hưởng đáng kể từ hình dạng của các hạt tinh thể.
Trong nghiên cứu công nghệ thực phẩm, các hạt được phân bố ngẫu nhiên trong pha nền, tạo thành các liên kết chặt chẽ với nhau Qua kính hiển vi quang học, có thể quan sát rõ ràng tổ hợp hạt liên kết, với đường kính lên đến 300μm hoặc lớn hơn đối với vật liệu sành dạng đá Ngoài ra, một số hạt có thể được định hướng theo một hướng nhất định, dẫn đến tính chất bất đẳng hướng của vật liệu.
Hệ composite bao gồm hai pha tinh thể ceramic, yêu cầu tính chất của chúng không được khác biệt quá lớn Sự tương đồng trong tính chất của cả hai pha tinh thể ceramic sẽ quyết định đặc điểm và hiệu suất của composite.
Một trong hai dạng "pha tinh thể ceramic" là whisker, có đặc điểm là những râu đơn tinh thể với độ bền cao, đường kính khoảng 1μm và chiều dài từ 3-4mm Whisker Al2O3 có đường kính 5-11μm, khối lượng riêng 4 g/cm3, độ bền kéo đạt 15 GPa và chịu nhiệt độ lên đến 1200ºC, trong khi whisker SiC có khối lượng riêng 3,2 g/cm3, độ bền kéo 21 GPa và bền ở nhiệt độ 1600°C Việc sử dụng whisker giúp tăng cường đáng kể độ bền của vật liệu.
Hệ gốm cermet là sự kết hợp giữa pha tinh thể ceramic và pha kim loại, với tính chất của composite phụ thuộc vào tỷ lệ giữa hai cấu tử này Khi pha kim loại chiếm ưu thế, composite sẽ thể hiện tính kim loại với đặc điểm dẻo và độ bền va đập cao Ngược lại, nếu pha tinh thể ceramic chiếm phần lớn, composite sẽ mang những đặc tính của gốm.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm composite dòn, tuy nhiên các tính chất ở nhiệt độ cao lại được bảo đảm.
- Gạch nung: ceramic (gạch ceramic,….)
- Sứ, sành dạng đá: ceramic – thủy tinh (gốm thủy tinh,….)
Gạch Ceramic là loại gạch ốp lát phổ biến trên thị trường hiện nay, nổi bật với độ dày và độ cứng cao, đồng thời dễ dàng trong quá trình thi công.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Gạch Ceramic là loại gạch không đồng chất, bao gồm hai phần chính: phần xương gạch và lớp men mỏng phủ bề mặt Lớp men này được in các họa tiết, hoa văn và màu sắc đa dạng, tạo nên sự phong phú cho sản phẩm.
Cấu trúc chất liệu chính sản xuất phần xương gạch gồm 70% đất sét và 30 phần trăm là tràng thạch, penphat.
Trên quy trình sản suất gạch Ceramic trải qua 4 bước:
Phần làm xương của gạch bao gồm nguyên liệu được nghiền mịn, tạo hình và ép sấy khô Quá trình ép cần sử dụng máy ép có áp lực cao và công nghệ nung hiện đại để đảm bảo chất lượng viên gạch sau khi sản xuất.
– Phần tráng men: Gạch được tráng một lớp men mỏng trên bề mặt.
– In lụa: Bề mặt được in nhiều họa tiết hoa văn màu sắc trang trí khác nhau.
Gạch được nung trong lò với nhiệt độ từ 1100 đến 1180 độ C, trong thời gian tối đa 45 phút, sau khi hoàn tất các bước chuẩn bị trước đó.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
2.2 Đặc điểm của gạch Ceramic:
Gạch men đa dạng mẫu mã đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ cho mọi không gian kiến trúc Ưu điểm nổi bật của gạch Ceramic giúp người tiêu dùng dễ dàng lựa chọn mẫu gạch phù hợp với không gian gia đình, bởi mỗi không gian đều có những yêu cầu riêng trong việc chọn lựa gạch ốp lát.
Tiểu luận Công nghệ thực phẩm
Gạch ốp lát Ceramic có màu sắc đa dạng và kích thước phong phú, cùng với nhiều họa tiết hoa văn tinh tế và chân thực Điều này không chỉ tạo nên sự thu hút cho không gian mà còn giúp mở rộng cảm giác chiều rộng, mang lại vẻ đẹp hài hòa cho mọi công trình.
Nước men gạch Ceramic được tạo ra từ công nghệ tráng men, mang lại bề mặt bóng nhờ lớp chì Mặc dù lớp chì giúp gạch ốp lát Ceramic sáng bóng, nhưng khi tiếp xúc với cơ thể, nó có thể gây hại cho sức khỏe Hơn nữa, sau thời gian sử dụng, bề mặt bóng kiếng thường bị mờ, xước và xuống cấp.
2.3 Gạch Ceramic có mấy loại?
Gạch men đa dạng về chủng loại màu sắc kích thước, họa tiết hoa văn. Vậy người ta phân loại gạch dựa vào đâu?
2.4 Phân loại theo công nghệ sản xuất: gạch men bóng và gạch men mờ