tiểu luận vật liệu đại cương SPKT

Các nguyên tố được sắp xếp theo cột gọi là nhóm, có cấu trúc điện tử hóa trị tương tự nhau, có tính chất vật lí và hóa học tương tự... Các liên kết thứ cấp + Liên kết van der Waals Là lo

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 5 năm 2017

CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC NGUYÊN TỬ VÀ LIÊN KẾT TRONG KIM LOẠI I: Cấu trúc nguyên tử

1. Khái niệm

Gồm nhân chứa các hạt proton , notron và các hạt chuyển động xung quanh hạt nhân.Nguyên tố hóa học được đặc trưng bằng số proton trong nhân, gọi là nguyên tử Z

Khối lượng nguyên tử A của nguyên tử là tổng các proton và notron trong nhân

2. Điện tử trong nguyên tử

Số lượng trạng thái điện tử trong một số lớp và phân lớp điện tử

+ Cấu hình điện tử

Các phân lớp s,p,d,f chỉ có thể lần lượt chứa tối đa 2, 6, 10, 14 điện tử

3. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Các nguyên tố được sắp xếp theo số nguyên tử tăng dần , theo 7 hàng ngang được gọi

là chu kì Các nguyên tố được sắp xếp theo cột gọi là nhóm, có cấu trúc điện tử hóa trị tương tự nhau, có tính chất vật lí và hóa học tương tự

II: Liên kết nguyên tử

1. Năng lượng và liên kết nguyên tử

điện tử giữa các nguyên tử kế

cận Hai nguyên tử liên kết đồng

hóa trị, mỗi nguyên tử góp ít nhất

một điện tử cho liên kết

Sơ đồ liên kết đồng hóa trị trong nguyên tử methane

+ Liên kết kim loại

Là liên kết chính trong các

nguyên tử kim loại và hợp

kim của chúng, đặc trưng

trong các nguyên tố phân

nhóm IA, IIA, và là liên kết

trong tất cả các nguyên tố

kim loại

Sơ đồ minh họa liên kết kim loại

3. Các liên kết thứ cấp

+ Liên kết van der Waals

Là loại liên kết yếu, tồn tại giữ nguyên tử và phân tử và có thể bị che khuất nếu có một trong các kiểu liên kết chính Liên kết thứ cấp chủ yếu xảy ra trong khí trơ, loại cấu trúc điện tử bền và giữa các phân tử với cấu trúc phân tử có liên kết chính là đồng hóa trị

+ Liên kết lưỡng cực do thăng giáng điện tích

+ Liên kết lưỡng cựa do phân tử

+ Liên kết lưỡng cực vĩnh cữu

4. Phân tử

Nhóm các nguyên tử liên kết với nhau bằng các liên kết mạnh

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CỦA KIM LOẠI

1. Khái niệm

Vật liệu tinh thể là loại vật liệu có các nguyên tử sắp xếp đều đặn có tính lặp lại trên những khoảng cách lớn, tuân theo trật tự xa, khi kết tinh các nguyên tử sắp xếp theo quy luật hình học xác định , chiếm các vị trí đêu đặn lặp lại trong không gian, từng nguyên tửliên kết với các nguyên tử lân cận gần nhất

Kiểu mạng lập phương tâm mặt

2. Khối cơ bản

Đơn vị thể tích nhỏ nhất của mặt tinh thể, còn duy trì quy luật quy luật sắp xếp các nguyên tử nhỏ nhất của mạng tinh thể , còn duy trì quy luật sắp xếp các nguyên tử trong không gian

II: Cấu trúc tinh thể của kim loại

1. Cấu trúc tinh thể của lập phương tâm mặt

Các nguyên tử chiếm tám đỉnh và tâm sáu mặt xung quanh của khối lập phương

a= 4R √2

a: chiều dài cạnh khối lập phương

R: bán kính nguyên tử

1. Cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối

Các nguyên tử chiếm tám vị trí đỉnh và một nguyên tử ở ở tâm khối lập phương

a= 4R.√3

Cấu trúc tinh thể lập phương thể tâm

2. Cấu trúc tinh thể lục giác xếp chặt

Các mặt đỉnh và đáy của khối cơ bản chứa sáu nguyên tử cơ bản tạo thành hình lục giác bao quanh một nguyên tử ở tâm và mặt phẳng xen giữa hai mặt này chứa ba nguyên tử

Cấu trúc tinh thể lục giác xếp chặt

1. Số phối khí và tỉ lệ bán kính ion

Số phối trí và dạng hình học của các tỉ số bán kính cation- anion

Bán kính ion của một số cation và anion, với số phối trí bằng 6

2. Cấu trúc tinh thể kiểu AX

Khối cơ bản của kiểu mạng NaCl khối cơ bản của kiểu mạng CsCl

3. Cấu trúc tinh thể kiểu AmXp

4. Cấu trúc tinh thể kiểu AmBnXp

Khối cơ bản của cấu trúc tinh thể perovskite

5. Mật độ- trọng lượng riêng của vật liệu gốm

ρ= n’(∑Ac + ∑Aa)/(Vc.Va)

n’: số đơn vị công thức trong khối cơ bản

∑Ac: tổng phân tử lượng của tất cả các cation

∑Aa: tổng phân tử lượng của tất cả các anion

IV: Các hệ tinh thể

1. Phương và mặt tinh thể

Phương tinh thể là vecto bất kì đi qua nút mạng không trùng nhau

Phương trong tinh thể lục giác

Sự sắp xếp các nguyên tử tùy thuộc vào kiểu mạng hoặc cấu trúc tinh thể

Kiểu mạng lục giác i=h+k

Đa tinh thể: gồm các chất rắn đơn tinh thể

Tính dị hướng: tính chất vật lí phụ thuộc vào đơn tinh thể

2. Vật liệu vô định hình

Các nguyên tử không sắp xếp đều đặn có hệ thống trên các khoảng cách lớn

sơ đồ lưới hai chiều của SiO2: cấu trúc tinh thể- cấu trúc vô định hình

sơ đồ biểu diễn các vị trí ion trong thủy tinh Na- silicate

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC POLYMERI: Phân tử hidrocarbon

Thành phần và cấu trúc phân tử của một số họp chất parafijn

II: Phân tử polymer

1. Khái niệm

Có phân tử lớn và được gọi là cao phân tử

2. Phân tử lượng và phân tử gram

Phân bố kích cỡ phân tử polymer

phân bố phân tử lượng của polime

3. Hình dạng và cấu trúc phân tử

III: Phân loại polymer

1. Polymer nhiệt dẻo và polymer nhiệt rắn

Polymer nhiệt dẻo thường mềm khi đun nóng, có thể hóa lỏng

Polymer nhiệt rắn cứng khi đun nóng và làm nguội

Chuỗi phân tử trong khối cơ bản của polyethylene tinh thể

Các nguyên tử dịch chuyển từ vị trí xen kẽ đến vị trí xen kẽ kế cận

Sơ đồ minh họa: a) khuếch tán nút trống b) khuếch tán xen kẽ

II: Khuếch tán trạng thái ổn định

Cx nồng độ tại chiều sâu x sau thời gian t

Erf[x/(2 căn Dt)] hằng số Gauss

Erf(z) = (2/ căn π)dy

IV: Các yếu tố ảnh hưởng tới khuếch tán

Loại nguyên tử khuếch tán

Nhiệt độ: D=D0 exp(-Qd/RT)

D0 hệ số độc lập với nhiệt độ

Qd năng lượng kích hoạt quá trình khếch tán

T nhiệt độ tuyệt đối

Các đường khuếch tán khác

V: khuếch tán trong vật liệu gốm và polymer

Vật liệu liên kết ion: xảy ra theo cơ chế nút trống

Vật liệu polymer: là chuyển động khuếch tán cảu các phân tử lạ có kích thước nhỏ

F: lực tác dụng tên tiết diện mẫu

A0 tiết diện trước khi tác dụng

Hình a) lực kéo tạo ra biến dạng

b) lực nén

c) biến dạng tiếp tuyến ɣ

d) biến dạng xoắn

+ Thử ứng suất tiếp và ứng suất xoắn: Ʈ= F/A0

2. Dạng hình học của trạng thái ứng suất

Sơ đồ minh họa ứng suất pháp σ’ đồ thị ứng suất- biến dạng

và ứng suất Ʈ’ tác dụng lên mặt phẳng

II: Biến dạng đàn hồi

1. Quan hệ ứng suất- biến dạng σ= Eɛ

2. Tính đàn hồi trễ

Là phần biến dạng phụ thuộc vào thời gian

3. Tính chất đàn hồi của vật liệu

III: Tính chất cơ học của vật liệu

Hầu hết các kim loại biến dạng đàn hồi thường không quá 0,5% Khi biến dạng vượt quá giá trị nayfthif ứng suất không còn tỉ lệ thuận với biến dạng.

Giản đồ ứng suất và biến dạng của vật liệu- đường cong ứng suất biến dạng của thép C thấp

Ψ độ thắt tương đối, A0 tiết diện ban đầu, Af tiết diện sau phá hủy

Tính hấp thụ đàn hồi là khả năng của vật liệu hấp thụ năng lượng khi biến dạng đàn hồi

và giải phóng năng lượng này khi ngừng tác dụng

3. Độ dai phá hủy

4. Ứng suất và biến dạng thực

σT= F/Ai (ứng suất thực bằng lực chia tiết diện tức thời)

ɛT= ln(li/l0) biến dạng thực

sơ đồ ứng suất- biến dạng kéo

IV: Cơ tính của vật liệu gốm

Sơ đồ xác định quan hệ ứng suất biến dạng đường cong ứng suất- biến dạng

Và độ bền của gốm dòn của oxide nhôm và thủy tinh

V: Cơ tính của vật liệu polymer

1. Độ cứng của vật liệu kim loại

Độ cứng với thang đo Rockwell, độ cứng Brinell, độ cứng vi mô Knoop và Vickers

2. Độ cứng của vật liệu gốm

Độ cứng Knoop

3. Độ cứng và độ bền xé rách của polymer

1. Biến thiên tính chất

2. Các yếu tố thiết kế an toàn

Ứng suất an toàn: σw= σy/N

CHƯƠNG 7: SỰ PHÁ HỦYI: Phá hủy

1. Khái niệm cơ bản

Sự phân chia vật thể thành hai hay nhiều phần dưới tác dụng của ứng suất hoặc tải trọng tĩnh và ở nhiệt độ thấp so với nhiệt độ nóng chảy

Kc là độ dai phá hủy, Y đại lượng không thứ nguyên

3. Ứng dụng cơ học phá hủy trong kết cấu

ứng suất thiết kế: σ K1c/[Y.√(.a)]

ac= (1/π)(K1c/σ.Y)²

III: Phá hủy dòn vật liệu gốm

Khi vật liệu gốm chịu tác dụng đều bị phá hủy trước khi xảy ra biến dạng dẻo

1. Các phương pháp đo độ dai va đập

Phương pháp Charpy và Izod

2. Sự chuyển tiếp dẻo giòn

Biểu thị giữa nhiệt độ và sự hấp thụ năng lượng va đập.

Quan hệ giữa nhiệt độ và năng lượng phá hủy khía

VI Phá hủy mỏi

1. 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

Tỉ số ứng suất: R= σmin/σmax

2. ảnh hưởng của ứng suất và nhiệt độ

CHƯƠNG 8: GIẢN ĐỒ PHASEI: Khái niệm cơ bản

1. Giới hạn hòa tan

Đối với nhiều hợp kim ở nhiệt độ chuyên biệt nào đó, có nồng độ cực đại các nguyên tử

có thể hòa tan trong dung môi để tạo thành dung dịch rắn

2. Phase

Là phần đồng nhất của hệ thống có các tính chất vật lí và hóa học đồng nhất

3. Cấu trúc vi mô

Là sự cân bằng trong hệ thống có nhiều phase.

II: Giản đồ phase hai cấu tử cân bằng

1. Hệ hai cấu tử hòa tan vô định

phase

+ Các phase trên giản đồ

+ Xác định thành phần hóa học của các phase

+ Xác định tỉ lệ phần trăm của các phase

+ Tính chất cơ học của các hợp kim hệ hai cấu tử hòa tan vô hạn

3. Hai cấu tử hòa tan có hạn ở trạng thái rắn

Giản đồ phase Cu-Ag

4. Giản đồ cân bằng phase trung gian

Các giản đồ hai cấu tử hòa tan vô hạn và có hạn ở trạng thái rắn tương đối đơn giản, nhưng nhiều hợp kim hai cấu tử có giản đồ phase phức tạp

Giản đồ pha Cu-Zn

Giản

đồ pha

Mg-Pb

5. Các phản ứng cùng tích và bao tinh

Phản ứng cùng tích là khi nung nóng và xảy ra phản ứng ngược lại

Phản ứng bao tinh là hản ứng có 3 phase ở trạng thái cân bằng

6. Chuyển biến pha đồng nhất

Là chuyển biến không kèm theo các thay đổi thành phần

III: Giản đồ phase Fe-C

1. Giản đồ phase Fe-Fe3C

trúc vi

mô trong hợp kim

Fe-C

Gốm sứ thường có một sự kết hợp của các liên kết mạnh hơn gọi

là ionic (xảy ra giữa một kim loại và phi kim và liên quan đến thu hút các điện tích ngược khi điện tử được chuyển từ kim loại này sang phi kim loại); Và đồng hóa trị (xảy ra giữa hai phi kim loại và liên quan đếnviệc chia sẻ các nguyên tử) Sức mạnh của một liên kết ion phụ thuộc vào kích thước của điện tích trên mỗi ion và trên bán kính của mỗi ion

Số lượng electron lớn hơn được chia sẻ, lực hấp dẫn lớn hơn, hoặc sự liên kết cộnghoá trị càng mạnh.

Những loại trái phiếu này dẫn đến mô đun đàn hồi cao và độ cứng, điểm nóng chảy cao, sự giãn nở nhiệt thấp, và tính kháng hóa chất tốt Mặt khác, gốm cũng cứng và thường giòn (trừ khi vật liệu được làm cứng bằng vật liệu tiếp viện hoặc các phương tiện khác), dẫn đến gãy xương

Nói chung, kim loại có liên kết yếu hơn gốm, cho phép các electron di chuyển tự do giữa các nguyên tử Hãy suy nghĩ về một hộp có chứa đá cẩm thạch bao quanh bởi nước Các bi có thể được đẩy bất cứ nơi nào trong hộp và nước sẽ theo họ, luôn luôn baoquanh các viên bi Loại trái phiếu này dẫn đến tài sản được gọi là tính dẻo dai, nơi mà kim loại có thể dễ dàng uốn cong mà không bị vỡ, cho phép nó được rút ra thành dây Sự

di chuyển tự do của điện tử cũng giải thích tại sao kim loại có xu hướng dẫn điện và nhiệt

Nhựa hoặc polyme của dạng hữu cơ bao gồm các chuỗi dài các phân tử bị rối hoặcđặt ở nhiệt độ phòng Bởi vì các lực (gọi là van der Waals) giữa các phân tử rất yếu, các polyme rất đàn hồi (như một dải cao su), có thể dễ dàng tan chảy, và có độ bền

thấp Giống như gốm, polyme có tính kháng hóa chất tốt, tính cách điện và cách

nhiệt Chúng cũng giòn ở nhiệt độ thấp Bảng sau đây cung cấp một sự so sánh chung củacác tính chất giữa ba loại vật liệu

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 của vật liệu và cách nó được tạo ra

Ba loại vật liệu này cũng có thể được kết hợp theo nhiều cách khác nhau để tạo thành vật liệu composite để tận dụng lợi thế của từng chất liệu Ví dụ, các hạt hoặc sợi gốm có thể được thêm vào một lớp ma trận bằng gốm hoặc kim loại để cải thiện các tính chất cơ học và / hoặc tạo ra một đặc tính đặc biệt mà bản thân ma trận thường không

có Polyme cũng được gia cố với các sợi thủy tinh cho một loạt các ứng dụng xây dựng

và cấu trúc

Nguồn: ceramics