1.2. Vật liệu Kim loại – CNTs nanocomposite
1.2.5. Vật liệu tổ hợp CNTs – nền kim loại
Vật liệu composite nền kim loại được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ vũ trụ, công nghiệp vận chuyểnvà trong công nghiệp điện tử. Vật liệu composite nền kim loại là sử tổng hợp các tính chất ưu việt nhất của vật liệu như độ bền, độ ổn định hình dạng của nền kim loại với độ bền, độ cứng của vật liệu gia cường hay sự kết hợp giữa độ dẫn nhiệt cao của nền kim loại với hệ số tản nhiệt thấp của vật liệu gia cường, v.v…
Vật liệu composite nền kim loại như Al hay Mg có chứa sợi cacbon là một loại
compostie điển hình của sự kết hợp của một loại vật liệu có khối lượng riêng thấp với
một loại vật liệu có độ bền cao và ứng suất lớn. Chính điều này đã mở ra hàng loạt
những ứng dụng xoay quanh loại vật liệu này, một ứng dụng quan trọng được nhắc đến
ở đây là ứng dụng trong công nghệ vũ trụ và hàng không. Từ việc ứng dụng thành
công vật liệu sợi cacbon truyền thống vào trong vật liệu composite nền kim loại, cùng với đó là sự xuất hiện của ống nano cacbon vào năm 1991 đã mở ra hướng ứng dụng mới của CNTs như là một loại vật liệu gia cường thay thế cho sợi cacbon truyền thống.
Gia cường vật liệu CNTs vào kim loại nhằm khai thác tối đa những tính chất vượt trội
của loại vật liệu mới này với mục đính tạo ra một loại vật liệu nanocomposite có tính chất tốt hơn như độ cứng, độ bền cơ học của vật liệu tăng lên. Hơn nữa vật liệu CNTs có độ dẫn nhiệt lý tưởng (6000 W/m.K) có thể được sử dụng như là thành phần tản nhiệt cho các thành phần cần kiểm soát các giá trị nhiệt độ trong các linh kiện điện tử.
*Vai trò quan trọng của vật liệunanocomposite nền kim loại
Sợi cácbon (CFs) có độ bền và độ cứng cao nhưng độ bền gãy rất thấp. Khi gia cường một lượng lớn thành phần CFs vào trong các nền kim loại sẽ làm giảm tính chất
bền kéo của vật liệu. Về mặt này, Ống nanơ cácbon (CNTs) với những tính chất đặc biệt vượt trội hơn so với CFs về độ cứng, độ bền và độ bền dẻo sẽ là vật liệu lí tưởng
để thay thế CFs với vai trị là vật liệu gia cường trong các loại vật liệu nanocomposite
nền kim loại. Khi sử dụng CNTs với vai trò là lớp vật liệu gia cường cho các hệ nanocomposite nền kim loại hồn tồn có thể làm tăng các tính chất như độ bền, độ
cứng, độ bền uốn của vật liệu. Việc gia cường bằng vật liệu CNTs dường như không làm giảm độ bền uốn của kim loại. Trong một số trường hợp nhất định, một số tính chất của vật liệu nanocomposite được gia cường bằng vật liệu CNTs đã tạo ra những tính chất hồn tồn vượt trội so với nanocomposite khơng được gia cường. Hơn nữa,
CNTs với tính chất dẫn nhiệt tuyệt vời là loại vật liệu có khả năng tản nhiệt tốt có khả
năng ứng dụng để tạo ra các bộ phận tản nhiệt trong các linh kiện điện tử. Hiện tại,
Các loại hạt ceramic gia cường Al trên trên cơ sở vật liệu composite nền kim loại
(MMCs) được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực đóng gói điện tử cũng như những ứng
dụng tản nhiệt cho các linh kiện công suất cao.
Vật liệu composite CNTs-nền kim loại với các tính chất vượt trội như độ cứng
cao, độ bền ứng suất cao, độ dẫn nhiệt tốt hơn nữa có tỉ trọng thấp, mở ra những ứng
dụng mới mà các vật liệu trước đó khơng thể đảm bảo được. Ứng dụng mà các nhà nghiên cứu loại vật liệu này hướng đến đó là công nghiệp hàng không vũ trụ, các tiếp
điện điện, v.v…
*Chế tạo vật liệukim loại – CNTs nanocomposite
Vật liệu composite CNTs-nền kim loại có thể được chế tạo bằng nhiều phương
pháp khác nhau, nhưng để dảm bảo tính chất gia cường của vật liệu tức là phải đảm
bảo được tính đồngnhất về cấu trúc và đảmbảo được các tính chất cơ, nhiệt điện được
gia cường thì điều khó khăn nhất gặp phải ở đây đó làm thế nào để phân tán đều được
CNTs vào bên trong nền kim loại. Đây là bài toán quan trọng, là chìa khóa để đảm bảo
được các tính chất mong muốn. Hơn nữa với việc phân tán đồng đều CNTs bên trong
vật liệu composite thì tương tác bề mặt giữa vật liệu gia cường và nền có vai trị quan trọng trong việc truyền tải qua đó làm tăng hiệu quả truyền tải từ nền sang vật liệu gia
cường.
Hiện nay, Vật liệu composite CNTs- nền kim loại có thể được chế tạo bằng các
phương pháp như luyện kim bột, mạ điện, molecular-level mixing, thermal spray
forming, liquid metal processing, v,v…Tùy theo yêu cầu về chất lượng cũng như giá thành mà nhà chế tạo lựa chọn các phương pháp khác nhau.