Do bản chất hóa học và cấu trúc quy định, vật liệu vô cơ có các tính chất chung đặc trưng là: bền hóa học cao, bền nhiệt cao, cách nhiệt tốt và một số vật liệu có các tính chất quang học đặc biệt. Đây là đặc điểm chủyếu vềtính chất của vật liệu vô cơ, là cơ sở chính đểlựa chọn, sửdụng đối với phần lớn vật liệu vô cơ.
Nhưng mặt khác, cũng do cấu trúc quy định, vật liệu vô cơ nhìn chung cóđộ bền cơ học thấp hơn so với vật liệu kim loại và có những đặc điểm riêng cần chú ý khi chế tạo và sửdụng vật liệu.
Trong phạm vi này, chúng ta chỉ xem xét một số đặc điểm về cơ tính và nhiệt tính của vật liệu vô cơ.
a. Tính đàn hồi và tính giòn
Vật liệu vô cơ là vật liệu đàn hồi điển hình.Ởnhiệt độ thường dưới tác dụng của tải trọng, mối quan hệgiữaứng suất hình thành trong vật liệu (σ) và độbiến dạng (ɛ) của mẫu hoàn toàn tuân theo định luật Hooke:σ= E.ɛ, E làmô đun đàn hồi.
Ta nhận thấy rằng ở trên giới hạn đàn hồi, vật liệu vô cơ bị phá hủy ngay mà không có biến dạng dẻo như kim loại. Đó là đặc trưng của tính giòn.
Chính đặc điểm liên kết nguyên tử với các góc liên kết xác định và lực liên kết lớn, cấu tạo mạng tinh thể phức tạp là những nguyên nhân tạo nên tính giòn của vật liệu vô cơ.
b. Độbền cơ học
Để đánh giá độ bền của vật liệu theo độ bền liên kết nguyên tử, người ta đưa ra khái niệm độ bền lý thuyết. Độbền lý thuyết của vật liệu σlt được xác định theo công
thức Orowan:σlt= (2E.γ/ a)1/2
Trong đó E là mô đun đàn hồi, γ là năng lượng bề mặt riêng, a là khoảng cách nguyên tử.
Ví dụ,σltcủa gốm corinđông thiêu kết 50.103MPa, của thủy tinh silicat 8.103MPa. Độbền thực tếcủa vật liệu vô cơ thường có giá trị thấp hơn nhiều so với giá trị lý thuyết. Ví dụ, độbền thực tếcủa thủy tinh chỉ bằng khoảng 1/100 độbền lý thuyết.
Nguyên nhân chính làm giảm độ bền cơ học của vật liệu vô cơ là sự có mặt của các vết nứt tế vi với chiều dài trong khoảng 10-3 đến 100 µm. Theo Griffith-Orawan, do tồn tại các vết nứt tếvi khi vật liệu chịu tải trọng kéo với ứng suất σo thì tại đỉnh của vết nứt có sẵn sẽxuất hiệnứng suất σ, được xác định như sau: σ= 2σo(l/r)1/2, trong đól là chiều dài của vết nứt, r là bán kính cong tại đỉnh vết nứt.
Như vậy, cùng một tải trọng tác dụng, ứng suất σ sẽ càng lớn khi chiều dài vết nứt càng lớn và bán kính cong tại đỉnh vết nứt càng nhỏ. Khiứng suất này vượt quá độ bền lý thuyết, vết nứt sẽlan rộng và phá hủy vật liệu.
Cũng do cơ chếphá hủy trên, vật liệu vô cơ luôn có độbền nén cao hơn nhiều lần so với độbền kéo (khoảng 10 lần đối với vật liệu thủy tinh).
Để đánh giá độbền cơ học của vật liệu giòn người ta sửdụng độdai phá hủy KIC, được xác định bởi biểu thức sau: KIC= gσ(π.l)1/2, MPa.m1/2
Trong đóg là hệsốhình dạng (của vật liệu và vết nứt),σ làứng suất phá hủy, l là chiều dài vết nứt.
Như vậy yếu tố ảnh hưởng quyết định đến cơ tính của vật liệu vô cơ không phải năng lượng liên kết nguyên tửcấu tạo nên nó, mà là tình trạng khuyết tật trong và trên bề mặt vật liệu. Khi số lượng vết nứt tế vi tăng, kích thước vết nứt tăng thì cơ tính giảm mạnh.
Ở các vật liệu vô cơ tinh thể, kích thước của các hạt tinh thểcấu tạo nên vật liệu có ảnh hưởng tới cơ tính của vật liệu. Khi kích thước hạt càng giảm thì bề mặt ranh giới giữa các hạt tăng lên, sẽ có tác dụng ngăn chặn hoặc làm thay đổi hướng lan truyền vết nứt, do vậy độbền cơ học của vật liệu tăng lên (định luật Hall-Petch).
Khi hàm lượng các bọt khí trong vật liệu tăng thì độ bền giảm không chỉ do diện tích chịu lực giảm, mà còn do tại các rỗ khí thường tập trung tạp chất và ứng suất. Hình dạng bọt khí cũng ảnh hưởng tới cơ tính. Các bọt khí dài làm giảm độbền mạnh hơn các bọt khí tròn.[2]