Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Vật liệu học do ThS. Đoàn Mạnh Tuấn biên soạn nhằm cung cấp kiến thức cơ sở về mối tương quan giữa 4 yếu tố cơ bản của ngành khoa học và công nghệ vật liệu: Cấu trúc vi mô (tinh thể), tính chất, quá trình gia công và đánh giá vật liệu,...
1/5/2018 GIỚI THIỆU MÔN HỌC VẬT LIỆU HỌC Khoa CN Hóa Mục tiêu mơn học (Material Science ) Cung cấp kiến thức sở mối tương quan yếu tố ngành khoa học công nghệ vật Chương liệu: Cấu trúc vi mô (tinh thể), tính GIỚI THIỆU MƠN HỌC (1tiết) chất, q trình gia cơng đánh giá vật liệu Sau kết thúc mơn học, sinh viên vận dụng để phân tích dự đốn thiết kế vật liệu theo yêu cầu MK : Caolinite@12 http://www.doanmanhtuan.name.vn ThS.Đoàn Mạnh Tuấn GIỚI THIỆU MƠN HỌC Đồn Mạnh Tuấn GIỚI THIỆU MƠN HỌC Khoa CN Hóa Tài liệu tham khảo Khoa CN Hóa Nội dung mơn học William D Callister, David G Rethwisch, and Material Science Engineering: An Introduction, 9th Edition, John Wiley & Sons, Inc, 2014 Nguyễn Đình Phổ, Vật liệu CẤU 1.TỔNG TRÚC QUAN TINH THỂ VẬT LIỆU VẬT LIỆU RẮN học, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2013 Q TRÌNH TÍNH TỔNG Phân KHUẾCH CHẤT HỢP, GIA tích, đánh TÁN CỦA VẬT CƠNG giá vật TRONG LIỆU VẬT LIỆU liệu VẬT LIỆU Lê Cơng Dưỡng ,Vật liệu học, NXB KHKT, 1997 Đồn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 1/5/2018 GIỚI THIỆU MƠN HỌC GIỚI THIỆU MƠN HỌC Khoa CN Hóa Phân bố chương trình Khoa CN Hóa Hình thức đánh giá Chương Nội dung Số tiết Thường kỳ: Tổng quan vật liệu Thông qua tập, thái độ học Cấu trúc tinh thể vật liệu rắn 14 tập, tiểu luận (20%) Quá trình khuếch tán vật liệu Giữa kỳ: Tính chất vật liệu 16 Tổng hợp, gia cơng vật liệu 10 Phân tích, đánh giá vật liệu Tổng 60 Tự luận (chương 1, 2, 3) (30%) Cuối kỳ: Tự luận (chương 4, 5, 6) (50%) Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn VẬT LIỆU HỌC Khoa CN Hóa (Material Science ) Thanks! Chương GIỚI THIỆU CHUNG (4 tiết) Đoàn Mạnh Tuấn http://www.doanmanhtuan.name.vn ThS.Đoàn Mạnh Tuấn 1/5/2018 GIỚI THIỆU CHUNG GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa 1.1 Developed history of material Khoa CN Hóa 1.1 Developed history of materials Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn GIỚI THIỆU CHUNG 10 GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa Khoa CN Hóa Vật liệu (Materrials) gì? The importance of materials science - Hiểu rõ tính chất Chất hợp chất → chọn vật liệu người dùng - Độ bền vật liệu để làm sản trình làm việc phẩm khác - Tính kinh tế áp Là đầu vào dụng thực tiễn trình sản xuất - Phát triển ứng hay chế tạo dụng Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 11 12 1/5/2018 GIỚI THIỆU CHUNG GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa Khoa học vật liệu? Khoa CN Hóa Khoa học vật liệu? Các Khoa học liên ngành tính chất mối nghiên cứu cấu trúc, quan hệ thành tính chất điện, từ, nhiệt, phần, cấu trúc, tổ hợp công nghệ chế tạo, xử tính chất → Tạo lý tính chất vật liệu đáp ứng nhu cầu vật liệu kỹ thuật nghiên cứu Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 13 GIỚI THIỆU CHUNG 14 GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa 1.2 Phân loại vật liệu Khoa CN Hóa Kim loại Kim loại & Hợp kim Bán dẫn Chứa sắt Không chứa sắt Siêu dẫn Silicon Thép Polyme dẫn điện Siêu hợp kim Gang Hợp kim nhôm Kim loại chịu nhiệt Kim loại quý Hợp kim Titan Hợp kim Magie Hợp kim Đồng Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 15 16 1/5/2018 GIỚI THIỆU CHUNG GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa Vật liệu Silicat Khoa CN Hóa Vật liệu Polyme Theo nguồn gốc hình thành Polymer thiên nhiên Đồn Mạnh Tuấn Polymer tổng hợp Đoàn Mạnh Tuấn 17 GIỚI THIỆU CHUNG 18 GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa Vật liệu Polyme Vật liệu Composite Khoa CN Hóa COMPOSITE Theo cấu trúc Nền polymer Nền kim loại Mạch thẳng Mạch nhánh Mạch lưới Mạch không gian Nền ceramic Nền hỗn hợp COMPOSITE Cốt hạt Cốt sợi Composite cấu trúc … Hạt thơ Đồn Mạnh Tuấn Hạt mịn Liên tục Gián đoạn Đoàn Mạnh Tuấn 19 20 1/5/2018 GIỚI THIỆU CHUNG Chi tiết vật dụng Đoàn Mạnh Tuấn Dụng cụ bếp-gang Động máy bay (Siêu hợp kim) Dây dẫn điện Thép kết cấu Nha khoa - implant Đoàn Mạnh Tuấn Bánh Tàu thủy Đường ống Dụng cụ gia đình 21 GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa Vật liệu kim loại 1.3 Ứng dụng vật liệu kim loại Trang sức GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa 22 GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa Vật liệu silicat Khoa CN Hóa Vật liệu silicat Đồn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 23 24 1/5/2018 GIỚI THIỆU CHUNG GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa Vật liệu Polyme Khoa CN Hóa Vật liệu Composite Đồn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 25 GIỚI THIỆU CHUNG 26 GIỚI THIỆU CHUNG Khoa CN Hóa Khoa CN Hóa Vật liệu cao cấp Vật liệu Composite Vật liệu có cấu trúc nano: vật liệu có cấu trúc cấp độ nanometer Vật liệu y sinh: vật liệu có tính tương thích sinh học cao, thay phận thể người Vật liệu thông minh: loại vật liệu đại Có thể thay đổi đặc tính theo điều kiện môi trường, đáp ứng lại thay đổi theo hướng định sẵn Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 27 28 1/5/2018 VẬT LIỆU HỌC Khoa CN Hóa (Material Science ) Thanks! Chương CẤU TRÚC TINH THỂ VẬT LIỆU RẮN (14 tiết) Đoàn Mạnh Tuấn 29 CẤU TRÚC TINH THỂ VẬT LIỆU RẮN http://www.doanmanhtuan.name.vn 2.1.1 LIÊN KẾT SƠ CẤP Khoa CN Hóa Nội dung ThS.Đồn Mạnh Tuấn Khoa CN Hóa Liên kết ion Là liên kết mà đám mây 2.1 LIÊN KẾT CẤP ĐỘ NGUYÊN TỬ 2.2 CẤU TRÚC TINH THỂ VẬT LIỆU RẮN electron nguyên tử tham gia liên 2.3 SAI LỆCH kết gần bị chuyển MẠNG TINH hoàn toàn phía ngun THỂ tử có độ âm điện lớn Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 31 32 1/5/2018 2.1.1 LIÊN KẾT SƠ CẤP 2.1.1 LIÊN KẾT SƠ CẤP Khoa CN Hóa Liên kết ion Khoa CN Hóa Liên kết cộng hóa trị Đặc điểm: Hai nguyên tử liên kết với lực hút tĩnh Liên kết cộng hố trị hình điện thành ghép đơi 2e Năng lượng liên kết 1S1 1S1 ion: lượng tương có spin trái dấu H-H tác tĩnh điện ion Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 33 2.1.1 LIÊN KẾT SƠ CẤP 34 2.1.1 LIÊN KẾT SƠ CẤP Khoa CN Hóa Liên kết cộng hóa trị Khoa CN Hóa Liên kết cộng hóa trị Đặc điểm: Sự xen phủ hai đám mây Cơ chế tạo thành cặp e góp điện tử tham gia liên kết lớn chung: nguyên tử đóng góp (cơ chế ghép đơi) liên kết bền 1S1 1S1 H-H Liên kết hình thành theo 1S1 1S1 Điều kiện: phải có e độc thân H-H phương có xen phủ đám mây điện tử lớn Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 35 36 1/5/2018 2.1.1 LIÊN KẾT SƠ CẤP 2.1.1 LIÊN KẾT SƠ CẤP Khoa CN Hóa Liên kết cộng hóa trị Khoa CN Hóa Liên kết kim loại Các ion dương tạo thành mạng Liên kết s (sigma bonding) xen phủ AO theo xác định không gian điện tử trục liên kết tự "chung" Năng lượng liên kết : Tổng hợp H-Cl H-H π π Cl – Cl điện tử tự do) lực đẩy (giữa Liên kết xen phủ AO hai p–p p–d lực hút (giữa ion dương ion dương) → ion kim loại bên trục luôn có vị trí cân xác liên kết định đám mây điện tử Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 37 2.1.1 LIÊN KẾT SƠ CẤP 38 2.1.2 LIÊN KẾT THỨ CẤP Khoa CN Hóa Tính chất kim loại Liên kết Hydro Khoa CN Hóa Nguyên tử hydro có điện tử Ánh kim: Ánh sáng → e tự nhận → liên kết với lượng → nhảy lên mức cao, song nguyên tử có độ âm điện lớn không ổn định trở mức cũ → ánh sáng → đôi điện tử dùng chung bị lệch phía ngun tử Dẫn điện: Nhờ có điện tử tự dễ Nguyên tử hyđro bị mang điện chuyển động định định hướng tích dương nên có khả trường hiệu điện tạo thêm liên kết thứ hai với Dẫn nhiệt : Sự truyền động nguyên tử nguyên tố có độ điện tử tự ion dương âm điện lớn Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 39 40 10 1/5/2018 6.1.HARDNESS TEST 6.1.HARDNESS TEST Khoa CN Hóa 6.1.1 Phương pháp đo độ cứng Brinell Khoa CN Hóa Bảng tra để xác định đường kính bi tải trọng đặt vào trị số độ cứng gọi HB xác định Trong : P – Áp lực ấn vng góc với mặt mẫu thử bình, biểu thị qui định theo tiêu chuẩn (Bảng 1) N/mm2 diện tích mặt D – Đường kính bi đo (mm) quy định cầu vết lõm để lại áp lực trung theo TCVN (Bảng 1) Di – Đường kính vết lõm (mm) Đồn Mạnh Tuấn Đồn Mạnh Tuấn 413 6.1.HARDNESS TEST 414 6.1.HARDNESS TEST Khoa CN Hóa Bảng tra để xác định đường kính bi tải trọng đặt vào Khoa CN Hóa 6.1.1 Phương pháp đo độ cứng Brinell Phạm vi ứng dụng: Dùng cho thiết bị lớn, độ xác khơng q cao vật đúc, rèn Không dùng cho vật liệu cứng, vật liệu mỏng, bề mặt cong Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 415 416 104 1/5/2018 6.1.HARDNESS TEST 6.1.HARDNESS TEST Khoa CN Hóa 6.1.2.Phương pháp đo độ cứng Rockwell Khoa CN Hóa 6.1.2.Phương pháp đo độ cứng Rockwell N: số (dùng bi k= 130, dùng Nguyên tắc: mũi nhọn mũi kim cương k = 100.) kim cương có góc đỉnh 1200 bán kính cong R = 0,2mm hay viên bi thép HR = N- h/s cứng có đường kính 1/16, s: giá trị HR vạch đồng hồ (e) với đo cứng s = 0,002mm với đo cứng bề mặt s = 0,001mm 1/8, 1/4, 1/2 inchs ấn lên bề mặt thử h: hiệu độ sâu hai lần ấn (mm) h= h2-h1 Đoàn Mạnh Tuấn Đồn Mạnh Tuấn 417 6.1.PHÂN TÍCH CƠ HỌC 418 6.1.HARDNESS TEST Khoa CN Hóa Khoa CN Hóa 6.1.2.Phương pháp đo độ cứng Rockwell 6.1.2.Phương pháp đo độ cứng Rockwell HRB = 130 - r/s HRB = 100 - r/s Phương pháp Rockwell B: ký hiệu HRB Phương pháp Rockwell C: ký hiệu HRC cầu thép tơi có đường kính 1/16 inch (1,59 mm) lực Fo=98N, tiếp F0+F1=981N, cuối Fo=98N Ứng dụng: thép mềm Đồn Mạnh Tuấn Một mũi kim cương hình nón với góc nhọn 1200 -> lực Fo=98N, sau F0+F1=1468N Ứng dụng: thép qua tơi luyện Đồn Mạnh Tuấn 419 420 105 1/5/2018 6.1.HARDNESS TEST 6.1.HARDNESS TEST Khoa CN Hóa 6.1.3 Phương pháp đo độ cứng Vickers Khoa CN Hóa 6.1.3 Phương pháp đo độ cứng Vickers mũi thử kim cương hình Phương pháp coi chóp cạnh có kích thước độ cứng chuẩn tiêu chuẩn, góc nghiên cứu khoa học Chủ mặt yếu sử dụng phòng 136o(±3o) thí nghiệm nghiên cứu phẳng đối diện mũi thử ấn vào vật liệu tác dụng tải trọng 50N,100N, 200N, 300N, 500N, 1000N Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 421 6.1.HARDNESS TEST 422 6.1.HARDNESS TEST Khoa CN Hóa 6.1.3 Phương pháp đo độ cứng Vickers Khoa CN Hóa 6.1.3 Phương pháp đo độ cứng Vickers Độ cứng vickers tính F/S Lấy lực thử F chia cho 0,102 0,102.2 diện tích bề mặt lõm S Bề mặt lõm S tính theo HV: Độ cứng Vickers độ dài trung bình hai đường k: Là số (k = 0,102); chéo d Bề mặt lõm tạo F: Lực F thành tác dụng lực S: Diện tích bề mặt lõm; vào mẫu thử với mũi đột kim d: Độ dài đường kính trung bình : d =(d1+d2)/2 cương, hình chóp θ: Góc hợp với hai mặt đối diện = 1360 Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 423 424 106 1/5/2018 6.1.HARDNESS TEST 6.1.HARDNESS TEST Khoa CN Hóa 6.1.3 Phương pháp đo độ cứng Vickers Khoa CN Hóa 6.1.4 Độ bền va đập (impact resistance) Phạm vi ứng dụng: Các chi tiết nhỏ, xác Vật liệu mỏng Vật liệu mạ phủ Có 02 loại mẫu thử Charpy Izod tương ứng với 02 tiêu chuẩn thử khác dùng cho máy máy đo độ bền va đập Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 425 6.1.HARDNESS TEST 426 6.1.HARDNESS TEST Khoa CN Hóa 6.1.4 Độ bền va đập (impact resistance) Khoa CN Hóa 6.1.4 Độ bền va đập (impact resistance) Rãnh chữ V phải có góc 45°, chiều sâu mm, Làm gãy mẫu thử có rãnh khía dao động lắc bán kính đáy Rãnh mẫu phải quy định 0,25 mm hình dạng đặt đối diện với Rãnh chữ U phải có chiều vị trí bị va đập thử sâu mm Độ bền va đập xác định đường kính đáy mm lượng hấp thụ thử va đập Đoàn Mạnh Tuấn Đoàn Mạnh Tuấn 427 428 107 1/5/2018 6.2 PHÂN TÍCH ĐỘ DẪN ĐIỆN 6.2 PHÂN TÍCH ĐỘ DẪN ĐIỆN Khoa CN Hóa 6.2.1.Đo điện trở Vơn kế Ampe kế Khoa CN Hóa Cách mắc Volt kế trước-Ampe kế sau Chỉ số Volt kế: U = UA + Ux Chỉ số Ampe kế: I ố é đ ∆ Do vậy, sai số phép đo phụ thuộc vào nội trở ampe Đây phương pháp đo “nóng” điện trở hoạt kế Nếu RA