tiểu luận vật liệu đại cương SPKT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM  MÔN HỌC: VẬT LIỆU ĐẠI CƯƠNG TỔNG HỢP NỘI DUNG CHƯƠNG ĐÃ HỌC DỊCH BÀI BÁO TIẾNG ANH SANG TIẾNG VIỆT LIÊN QUAN ĐẾN VẬT LIỆU GỐM GVHD: TS LÊ MINH TÀI SVTH: NGUYỄN VĂN HẬU MSSV: 15104017 TP.HCM ngày 20, tháng năm 2017 CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT TRONG KIM LOẠI I: Cấu trúc nguyên tử Khái niệm Gồm nhân chứa hạt proton , notron hạt chuyển động xung quanh hạt nhân Nguyên tố hóa học đặc trưng số proton nhân, gọi nguyên tử Z Khối lượng nguyên tử A nguyên tử tổng proton notron nhân Điện tử nguyên tử + Mô hình nguyên tử Nguyên lí thứ hai học lượng tử lượng điện tử lượng tử hóa ; nghĩa điện tử phép có giá trị lượng xác định Sơ đồ mô hình nguyên tử Bohr Trạng thái lượng điện tử nguyên tử hidro, trạng thái lượng lớp điện tử + Các số lượng tử Số lượng trạng thái điện tử số lớp phân lớp điện tử + Cấu hình điện tử Các phân lớp s,p,d,f chứa tối đa 2, 6, 10, 14 điện tử Bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học Các nguyên tố xếp theo số nguyên tử tăng dần , theo hàng ngang gọi chu kì Các nguyên tố xếp theo cột gọi nhóm, có cấu trúc điện tử hóa trị tương tự nhau, có tính chất vật lí hóa học tương tự II: Liên kết nguyên tử Năng lượng liên kết nguyên tử Tổng lực thành phần hút đẩy: FN=FA+FR Năng lượng tổng lượng hút lượng đẩy: EN=EA+ER Các liên kết nguyên tử + Liên kết ion Các nguyên tử dễ dàng cung cấp điện tử hóa trị cho nguyên tử kim Sơ đồ biễu diễn lieen kết ion NaCl + Liên kết đồng hóa trị Cấu hình điện tử bền thiết lập cách góp chung điện tử nguyên tử kế cận Hai nguyên tử liên kết đồng hóa trị, nguyên tử góp điện tử cho liên kết Sơ đồ liên kết đồng hóa trị nguyên tử methane + Liên kết kim loại Là liên kết nguyên tử kim loại hợp kim chúng, đặc trưng nguyên tố phân nhóm IA, IIA, liên kết tất nguyên tố kim loại Sơ đồ minh họa liên kết kim loại Các liên kết thứ cấp + Liên kết van der Waals Là loại liên kết yếu, tồn giữ nguyên tử phân tử bị che khuất có kiểu liên kết Liên kết thứ cấp chủ yếu xảy khí trơ, loại cấu trúc điện tử bền phân tử với cấu trúc phân tử có liên kết đồng hóa trị + Liên kết lưỡng cực thăng giáng điện tích + Liên kết lưỡng cựa phân tử + Liên kết lưỡng cực vĩnh cữu Phân tử Nhóm nguyên tử liên kết với liên kết mạnh CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CỦA KIM LOẠI I: Cấu trúc tinh thể Khái niệm Vật liệu tinh thể loại vật liệu có nguyên tử xếp đặn có tính lặp lại khoảng cách lớn, tuân theo trật tự xa, kết tinh nguyên tử xếp theo quy luật hình học xác định , chiếm vị trí đêu đặn lặp lại không gian, nguyên tử liên kết với nguyên tử lân cận gần Kiểu mạng lập phương tâm mặt Khối Đơn vị thể tích nhỏ mặt tinh thể, trì quy luật quy luật xếp nguyên tử nhỏ mạng tinh thể , trì quy luật xếp nguyên tử không gian II: Cấu trúc tinh thể kim loại Cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt Các nguyên tử chiếm tám đỉnh tâm sáu mặt xung quanh khối lập phương a= 4R √2 a: chiều dài cạnh khối lập phương R: bán kính nguyên tử Cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối Các nguyên tử chiếm tám vị trí đỉnh nguyên tử ở tâm khối lập phương a= 4R.√3 Cấu trúc tinh thể lập phương thể tâm Cấu trúc tinh thể lục giác xếp chặt Các mặt đỉnh đáy khối chứa sáu nguyên tử tạo thành hình lục giác bao quanh nguyên tử tâm mặt phẳng xen hai mặt chứa ba nguyên tử Cấu trúc tinh thể lục giác xếp chặt III: Cấu trúc tinh thể vật liệu gốm Số phối khí tỉ lệ bán kính ion Số phối trí dạng hình học tỉ số bán kính cation- anion Bán kính ion số cation anion, với số phối trí Cấu trúc tinh thể kiểu AX 10 Ứng suất biến dạng thực σT= F/Ai (ứng suất thực lực chia tiết diện tức thời) ɛT= ln(li/l0) biến dạng thực sơ đồ ứng suất- biến dạng kéo IV: Cơ tính vật liệu gốm Sơ đồ xác định quan hệ ứng suất biến dạng đường cong ứng suất- biến dạng Và độ bền gốm dòn oxide nhôm thủy tinh V: Cơ tính vật liệu polymer 21 Đặc tính ứng suất - biến dạng đường cong ứng suất- biến dạng polymer A dòn, B dẻo, C đàn hồi ảnh hưởng nhiệt độ đặc tính ứng suất – biến dạng Biến dạng vĩ mô VI: Độ cứng Độ cứng vật liệu kim loại Độ cứng với thang đo Rockwell, độ cứng Brinell, độ cứng vi mô Knoop Vickers Độ cứng vật liệu gốm Độ cứng Knoop Độ cứng độ bền xé rách polymer VII: Biến thiên tính chất 22 Biến thiên tính chất Các yếu tố thiết kế an toàn Ứng suất an toàn: σw= σy/N CHƯƠNG 7: SỰ PHÁ HỦY I: Phá hủy Khái niệm Sự phân chia vật thể thành hai hay nhiều phần tác dụng ứng suất tải trọng tĩnh nhiệt độ thấp so với nhiệt độ nóng chảy 23 Phá hủy dẻo Các giai đoạn phá hủy: a) khởi đầu tạo cổ thắt, b) hình thành hốc nhỏ c)Tích tụ hốc nhỏ tạo thành vết nứt, d) vết nứt phát triển, e) phá hủy cắt II: Nguyên lí học phá hủy Tập trung ứng suất Độ dai phá hủy Kc= Y.σ.√() Kc độ dai phá hủy, Y đại lượng không thứ nguyên Ứng dụng học phá hủy kết cấu ứng suất thiết kế: σ K1c/[Y.√(.a)] ac= (1/π)(K1c/σ.Y)² III: Phá hủy dòn vật liệu gốm 24 Khi vật liệu gốm chịu tác dụng bị phá hủy trước xảy biến dạng dẻo Phân bố tần số độ bền phá hủy sứ IV: Phá hủy vật liệu polymer a)gờ dạng sóng gồm hốc nhỏ sợi cầu, b) hốc hòa nhập thành vết nứt V: Độ dai va đập Các phương pháp đo độ dai va đập Phương pháp Charpy Izod Sự chuyển tiếp dẻo giòn 25 Biểu thị nhiệt độ hấp thụ lượng va đập Quan hệ nhiệt độ lượng phá hủy khía VI Phá hủy mỏi Ứng suất chu kì ứng suất biến thiên theo thời gian Ứng suất trung bình: σm= (σmax + σmin)/2 Khoảng ứng suất: σr = σmax – σmin Biên độ ứng suất: σa= σr/2 26 Tỉ số ứng suất: R= σmin/σmax Đường cong S-N Đường cong biên độ ứng suất S- N đến phá hủy mỏi Hình thành lan truyền vết nứt mỏi Các yếu tố ảnh hưởng độ bền mỏi + Ứng suất trung bình + Ảnh hưởng bề mặt + Các yếu tố thiết kế + Xử lí bề mặt + Nhiệt luyện bề mặt VII: Biến dạng dão Khái quát Kiễm tra dão cách để mẫu chịu lực ứng suất không đổi trì nhiệt độ không đổi; đo biến dạng vẽ đồ thị theo thời gian 27 ảnh hưởng ứng suất nhiệt độ ảnh hưởng ứng suất nhiệt độ dão CHƯƠNG 8: GIẢN ĐỒ PHASE I: Khái niệm Giới hạn hòa tan Đối với nhiều hợp kim nhiệt độ chuyên biệt đó, có nồng độ cực đại nguyên tử hòa tan dung môi để tạo thành dung dịch rắn Phase Là phần đồng hệ thống có tính chất vật lí hóa học đồng Cấu trúc vi mô Cân phase 28 Là cân hệ thống có nhiều phase II: Giản đồ phase hai cấu tử cân Hệ hai cấu tử hòa tan vô định Phân tích giản đồ phase + Các phase giản đồ + Xác định thành phần hóa học phase + Xác định tỉ lệ phần trăm phase + Tính chất học hợp kim hệ hai cấu tử hòa tan vô hạn 29 Hai cấu tử hòa tan có hạn trạng thái rắn Giản đồ phase Cu-Ag Giản đồ cân phase trung gian Các giản đồ hai cấu tử hòa tan vô hạn có hạn trạng thái rắn tương đối đơn giản, nhiều hợp kim hai cấu tử có giản đồ phase phức tạp Giản đồ pha Cu-Zn Giản đồ pha MgPb 30 Các phản ứng tích bao tinh Phản ứng tích nung nóng xảy phản ứng ngược lại Phản ứng bao tinh hản ứng có phase trạng thái cân Chuyển biến pha đồng Là chuyển biến không kèm theo thay đổi thành phần III: Giản đồ phase Fe-C Giản đồ phase Fe-Fe3C Cấu trúc vi mô hợp kim Fe-C 31 Hợp kim trước tích 4 Hợp kim sau tích Cấu trúc đặc tính Gốm sứ Các tính chất vật liệu gốm, tất nguyên liệu, định loại nguyên tử diện, loại liên kết nguyên tử, cách nguyên tử đóng gói lại với Các loại liên kết cấu trúc giúp xác định loại tính chất vật liệu có Gốm sứ thường có kết hợp liên kết mạnh gọi ionic (xảy kim loại phi kim liên quan đến thu hút điện tích ngược điện tử chuyển từ kim loại sang phi kim loại); Và đồng hóa trị (xảy hai phi kim loại liên quan đến việc chia sẻ nguyên tử) Sức mạnh liên kết ion phụ thuộc vào kích thước điện tích ion bán kính ion 32 Số lượng electron lớn chia sẻ, lực hấp dẫn lớn hơn, liên kết cộng hoá trị mạnh Những loại trái phiếu dẫn đến mô đun đàn hồi cao độ cứng, điểm nóng chảy cao, giãn nở nhiệt thấp, tính kháng hóa chất tốt Mặt khác, gốm cứng thường giòn (trừ vật liệu làm cứng vật liệu tiếp viện phương tiện khác), dẫn đến gãy xương Nói chung, kim loại có liên kết yếu gốm, cho phép electron di chuyển tự nguyên tử Hãy suy nghĩ hộp có chứa đá cẩm thạch bao quanh nước Các bi đẩy nơi hộp nước theo họ, luôn bao quanh viên bi Loại trái phiếu dẫn đến tài sản gọi tính dẻo dai, nơi mà kim loại dễ dàng uốn cong mà không bị vỡ, cho phép rút thành dây Sự di chuyển tự điện tử giải thích kim loại có xu hướng dẫn điện nhiệt Nhựa polyme dạng hữu bao gồm chuỗi dài phân tử bị rối đặt nhiệt độ phòng Bởi lực (gọi van der Waals) phân tử yếu, polyme đàn hồi (như dải cao su), dễ dàng tan chảy, có độ bền thấp Giống gốm, polyme có tính kháng hóa chất tốt, tính cách điện cách nhiệt Chúng giòn nhiệt độ thấp Bảng sau cung cấp so sánh chung tính chất ba loại vật liệu Tổng hợp tài liệu Bất động sản ¬ gốm sứ Kim loại Polymer Độ cứng Rất cao Thấp Rất thấp Mô đun đàn hồi Rất cao Cao Thấp 33 Độ bền nhiệt độ cao Mở rộng nhiệt Cao Thấp Rất thấp Tính dẻo dai Thấp Cao Cao Chống ăn mòn Cao Thấp Thấp Hao mòn điện trở Cao Thấp Thấp Tinh dân điện Phụ thuộc vào vật liệu Cao Thấp Tỉ trọng Thấp Cao Rất thấp Dẫn nhiệt Phụ thuộc vào vật liệu Cao Thấp Từ Phụ thuộc vào vật liệu Cao Rất thấp Lưu ý: Chỉ so sánh chung; Các đặc tính cụ thể phụ thuộc vào thành phần cụ thể vật liệu cách tạo Ba loại vật liệu kết hợp theo nhiều cách khác để tạo thành vật liệu composite để tận dụng lợi chất liệu Ví dụ, hạt sợi gốm thêm vào lớp ma trận gốm kim loại để cải thiện tính chất học / tạo đặc tính đặc biệt mà thân ma trận thường Polyme gia cố với sợi thủy tinh cho loạt ứng dụng xây dựng cấu trúc Nguồn: http://ceramics.org/learn-about-ceramics/structure-and-properties-ofceramics 34 35 ... tinh thể xếp chặt V: Vật liệu tinh thể vật liệu vô định hình Vật liệu tinh thể Đơn tinh thể: vật rắn xếp hoàn toàn lặp lại nguyên tử hoàn hảo toàn thể tích mà không bị gián đoạn vật rắn Đa tinh thể:... T nhiệt độ tuyệt đối Các đường khuếch tán khác V: khuếch tán vật liệu gốm polymer Vật liệu liên kết ion: xảy theo chế nút trống Vật liệu polymer: chuyển động khuếch tán cảu phân tử lạ có kích... (1/π)(K1c/σ.Y)² III: Phá hủy dòn vật liệu gốm 24 Khi vật liệu gốm chịu tác dụng bị phá hủy trước xảy biến dạng dẻo Phân bố tần số độ bền phá hủy sứ IV: Phá hủy vật liệu polymer a)gờ dạng sóng gồm