Câu 427341: Đuyra là một loại hợp kim của nhôm, nhẹ và bền thường được dùng trong công nghiệp chế tạo máy bay, ô tô, tàu vũ trụ… Hợp kim Đuyra có thành phần là Show A. Al, Cu và một số nguyên tố khác như Mn, Fe, Si. B. Al2O3, K2O và một số nguyên tố khác như Mn, Fe, Si. C. Al, Ag và một số nguyên tố khác như Mn, Fe, Si. D. Al2O3 và một số nguyên tố khác như Mn, Fe, Si.
Dựa vào ứng dụng nhôm sgk hóa 9 trang 56. Tại sao nhôm được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ trụ?Tại sao nhôm được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa, tàu vũ trụ? A. Nhẹ, bền đối với không khí và nước. B. Có màu trắng bạc, đẹp. C. Dẫn điện tốt. D. Dễ dát mỏng, dễ kéo sợi.
Một số vật liệu được dùng làm vỏ máy bay, tàu vũ trụBạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây [473.99 KB, 20 trang ] ĐỀ TÀIMột số vật liệu được dùng làm vỏ máy bay, tàu vũ trụ? Ưu và nhược điểm của các loại vật liệunày?A. VÀI NÉT VỀ NGÀNH HÀNG KHÔNG, VŨ TRỤTừ lâu, con người đã có ước mơ chinh phục được khoảng không gian rộng lớn là bầu trời, xahơn nữa là vũ trụ bao la.Diều là khí cụ bay đầu tiên tiền thân cho máy bay ngày nay đã được người Trung Quốc sử dụngtừ hơn 2000 năm trước và theo thời gian được sử dụng đưa người lên cao và do thám tiếp tế, thôngtin thời tiết… Và diều đã trở thành cảm hứng cho nhà phát minh người anh George Cayley trongthiết kế mô hình tàu lượn đầu tiên trên thế giới. Những nhà hàng không đầu tiên như Percy Pilcher[Anh], Otto Lilienthanl [Đức] dùng diều để triển khai các tàu lượn của họ. Otto Lilienthanl được coinhư một nhà hàng không thực sự đầu tiên trên thế giới. Ông bay lên bằng các tàu lượn tự tạo, vàthực hiện hơn 2500 chuyến bay trên nhiều tàu lượn.Ngày 15-6-1783 hai anh em người Pháp Joseph và Etienne Montogofier chế tạo khí cầu bằnggiấy và vải, hai ông thả nó bay bằng cách đốt nóng đóng lửa để làm nóng không khí bên trong.Có rất nhiều ý tưởng cho nghững chiếc máy bay nhưng đa số đều không thể thành công tuy nhiênnhững thiết kế ấy đã đóng góp rất nhiều cho các nhà hàng không sau này tiếp bước. Sự ra đời độngcơ hơi nước vào thế kỉ 19 đã đưa tới những dự định nghiêm túc về việc chế tạo máy bay.Năm 1842 William Henson chế tạo một mô hình máy bay có gắn một động cơ hơi nước nhỏ làmquay cánh quạt. Tuy chỉ là mô hình nhưng nhiều nét trong thiết kế của ông vẫn còn được sử dụngtrong thiết kế máy bay hiện nay.Năm 1894 Hiram Maxim chế tạo một máy bay 3 tầng cánh và trang bị hai động cơ hơi nướcnhưng cỗ máy này chỉ nâng những người đứng trên nó khỏi đường ray.Hình 1: Mô hình máy bay của anh em nhà WrightSau đó máy bay được cải tiến dần. Hiện nay, do được thừa hưởng các thành tựu khoa học - kĩthuật, đặc biệt là công nghệ vật liệu với những vật liệu mới bền, nhẹ, các máy bay có thê bay nhanhhơn, ổn định hơn, chuyên chở được nhiều người và hàng hóa hơn. Chính những điề này đã thúc đẩy cho ngành hàng không phát triển mạnh mẽ.Hình 2: Vệ tinh nhân tạo SputnikVệ tinh nhân tạo đầu tiên của loài người, Sputnik đã được người Liên Xô phóng lên quỹ đạo tráiđất vào ngày 4/10/1957. Sputnik là một quả cầu kim loại có kích thước 58cm, và nặng khoảng83,6kg. Mặc dù Sputnik dường như rất nghèo nàn so với các tiêu chuẩn ngày nay nhưng đó là mộtthành tựu đáng ghi nhớ. Ngày nay, nhiều tàu vũ trụ đã được phóng lên để phục vụ cho nhiều mụcđích khác nhau, ví dụ như các trạm vệ tin, tàu thám hiểm…Trạm vệ tinh là các loại tàu vũ trụ chỉ được phóng và trở thành một vệ tinh nhân tạo của TráiĐất nhằm làm một trạm có khả năng kết nối với các tàu vũ trụ khác, thực hiện các thí nghiệm khônggian, và có thể dùng làm trạm trung chuyển cho các chuyến phi hành có người lái vào khoảngkhông xa hơn của vũ trụ. Một số trạm vũ trụ đang hoạt đông như Skylab, Trạm không gian quốc tếISSTàu thám hiểm là loại tàu vũ trụ có khả năng bay theo một quỹ đạo nào đó hoặc vượt ra khỏitầm hút của Trái Đất như các tàu con thoi.Hình 3: Tàu con thoi Endeavour được gắn trên lưng chiếc máy bay vận tải Boeing 747Để máy bay và tàu vũ trụ có thể hoạt động tốt và ổn định với vận tốc mong muốn thì ảnh hưởngcủa các vật liệu làm các chi tiết trên máy bay và tàu vũ trụ là rất lớn, đạc biệt là hệ thống khung vỏ.Yêu cầu phải có của hệ thống khung vỏ máy bay và tàu vũ trụ là phải nhẹ nhất có thể, bền và chịuđược sự thay đổi của nhiệt độ. Dưới đây là những vật liệu được sử dụng để chế tạo:B. VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIMI. Nhôm và hợp kim nhômVề phương diện sản xuất và ứng dụng, nhôm và hợp kim của nhôm chiếm vị trí thứ hai sau thép.Sở dĩ như vậy vì vật liệu này có các tính chất phù hợp với nhiều công dụng khác nhau, trong một sốtrường hợp không thể thay thế được, đặc biệt là trong ngành hang không, vũ trụ.1. Đặc tính chủ yếuNhôm nguyên chất có màu trắng bạc. Các tính chất của kim loại nhôm:Khối lượng riêng nhỏ: 2,7g/cm3, nhẹ hơn sắt khoảng 3 lần. Chỉ tiêu này rất quan trọng đối vớicác lĩnh vực., khi đòi hởi sự giảm khối lượng của chi tiết và cả hệ thống đến mức nhỏ nhất, ví dụ:trong thiết kế các chi tiết vỏ máy bay, tàu vũ trụ hoặc các phương tiện giao thông vận tải khác.Tính dẫn điện caoChống ăn mòn tốt nhờ lớp Al2O3 có cấu trúc sít chặt trên bề mặt với độ dày khoảng vàiangtrong.Độ bền thấp, độ dẻo cao.Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp.Phân loạiTheo tính công nghệ, hợp kim nhôm gồm hợp kim biến dạng và hợp kim đúc.Theo thành phần hóa học hợp kim nhôm bao gồm các hệ: Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mn, Al-Si, AlMg, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg, Al-Li…Bảng 1: Một số hợp kim của nhômHệKí hiệu theo TCVNThành phần [%]Hợp kim đúcAl sạchAl99,699,6 AlAl công nghiệpAl99,099,0 AlAl-CuAlCu4,4Mg0,5Mn0,84,4 Cu, 0,5 Mg, 0,8 MnAl-Cu-MgAlCu4,4Mg1,5Mn0,64,4 Cu, 1,5 Mg, 0,6 MnAl-MnAlMn1,21,2 Mn, 0,2 CuAl-MgAlMg1,41,4 MgAl-Mg-SiAlMg1Si0,61 Mg, 0,6 Si, 0,2 Cr, 0,3 CuAl-Zn-MgAlZn5,4Mg1,44,5 Zn, 1,4 Mg, 0,12 Cr, 0,4 Mn, 0,152 ZrAl-Zn-Mg-CuAlZn5,6Mg2,5Cu1,65,6 Zn, 2,5 Mg, 1,6 CuHợp kim đúcAl-CuAlCu4,5Đ4,5 Cu, 1 SiAl-Si-CuAlSi5,5Cu4,5Đ5,5 Si, 4,5 CuAl-Si-MgAlSi7Mg0,3Đ7,0 Si, 0,3 MgAl-Si-Mg-CuAlSi12Mg1,3Cu4Mn0,6Đ12,0 Si, 1,3 Mg, 2,0 Cu, 0,6 Mn, 1,0 Ni, 0,2 TiMột số hợp kim có ứng dụng làm vỏ máy bay, tàu vũ trụ:a, Hợp kim Al-Cu, Al-Cu-MgLoại hợp kim này được sản xuất và ứng dụng sớm nhất. Sau biến dạng, tôi và hóa già, chúng cóhiệu ứng hóa bền rất cao. Trong thực tế người ta gọi loại hợp kim này là dura.Các tạp chất Fe, Si gây ảnh hưởng xấu đến cơ tính của dura. Chúng tạo ra các pha dạngCu2FeAl7, gây giòn hợp kim.Trên cơ sở Al-Cu-Mg, đưa them đồng thời Fe, Ni theo tỉ lệ 1/1 được các hợp kim nhôm biếndạng bền nóng.Độ bền cao [σb= 450-480MPa], khối lượng riêng nhỏ [γ ≈ 2,7g/cm3] nên có độ bền riêng [σb/γ]cao, tới 15-16 km so với gang 1,5-6 km.Tính chống ăn mòn kém do có nhiều pha với điện thế điện cực khác nhau, nhưng có thể khắcphục bằng cách phủ một lớp Al, nguyên chất mỏng [ khoảng 4% chiều dày tấm] lên bề mặt khi cánnóng.Bảng 2: Các hợp kim dung trong hàng không, vũ trụTrạng tháiTênkĩ thuậtCơ tínhσ0,2 [MPa]σb [MPa]Ψ [%]AlCu4,5Mg0,5MnSi010020020T429042018T643048012010020020T432046018T639047010AlCu2,5Mg1,5NiFeTiT6280420-AlZn5,5Mg2,5Cu1,5Cr010523017T650057011AlCu4,5Mg1,5Mn0,5Các loại hợp kim trên đều là hợp kim chịu nóng, được ứng dụng làm vỏ tàu vũ trụ, chịu sứcnóng do ma sát khi quay trở về khí quyển trái đấtb, Hợp kim hệ Al-Zn-Mg và Al-Zn-Mg-CuKhi tăng hàm lượng của kẽm và magie lên 8-11%, thêm vào khoảng 2% Cu sẽ tạo ra hợp kimọbền có độ bền cao nhất [σb ≥550MPa]. Thực tế thường dùng Zn trong khoảng từ 4-8%, Mg từ 13%. Khi đưa thêm Cu, nó sẽ hòa tan vào dung dịch rắn và hóa bền trong pha này. Các nguyên tốMn, Cr, Zr, Ti đưa vào để làm nhỏ hạt, nâng cao cơ tính. Họ hợp kim này nhiệt luyện dễ, có tốc độtới hạn nhỏ, đây là dạng hợp kim tiềm năng được khai thác, sử dụng trong hang không, chế tạo vũkhí, dụng cụ thể thao.Nhược điểm của dạng hợp kim này là xu hướng nhạy cảm ăn mòn dưới ứng suất và thải bềnnhanh khi nâng nhiệt độ quá 1200C.c, Hợp kim Al- Li.Thực tế hợp kim chỉ gồm Al- Li không được ứng dụng vì nó có tính bị oxi hóa mạnh và cơ tínhkhông cao. Trên cơ sở Al-Li có thể đưa thêm Cu và Mg. Ưu điểm của hợp kim này là sau khi tôi vàhóa già thì có hiệu quả bền khá lớn, đặc biệt chúng có mô đun đàn hồi E vượt trội [76000 MPa sovới 70000 MPa của hợp kim Al thông thường].Thêm 5% Mg được hợp kim AlMg5Li2, là hợp kim nhôm nhẹ nhất. Các chỉ tiêu có thể đạt: σb=560 MPa, σ0,2=290 MPa, ψ = 11%, E=76000 MPa, nên chứng có thể chế tạo ra các vật liệu kết cấugiá trị.Một dạng hợp kim khác của nhôm là hợp kim nhôm đúc, như các hệ Al-Si, Al-Cu, nhưng chúngít hoặc không có ứng dụng trong công nghiệp hàng không vũ trụ.II. Magie và hợp kim của magieKhồi lượng riêng của kim loại magie là 1,74 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 651oC.Magie được ứng dụng làm vật liệu kết cấu chủ yếu ở trong các hợp kim. Ưu điểm của chúng lànhẹ, có khả năng thấm tốt, nên các hợp kim của magie được chú ý khai thác trong công nghiệp hàngkhông, vũ trụ, ví dụ như hệ MgZn6Zr0,5, ở trạng thái T5, có σ0,2=285 MPa, σb=350 MPa, ψ=11%.III. Hợp kim titanNguyên tố để hợp kim hóa titan vô cùng đa dạng, phong phú. Tùy theo các nguyên tố ổn địnhhai dạng thù hình α [lập phương xếp chặt], β [lập phương tâm diện].1. Hợp kim titan αNgoài Al, còn có một số nguyên tố hòa tan xen kẽ như cacbon, nito, oxi. Hợp kim anpha có độbền chống dão khá tốt [đếm 650oC], chống oxi hóa đến 1100oC, nhưng nhiệt biến dạng nguội kémvà không thể hóa bền bằng nhiệt luyện được.2. Hợp kim titan α-βHợp kim hình thành khi tổ hợp các nguyên tố ổn định α và β theo một tỉ lệ nhất định.Sau khinhiệt luyện, hóa bền, giới hạn bền lớn, độ dẻo dai ở mức cho phép, làm việc tốt đến nhiệt độ 550oC.Đây là dạng hợp kim của titan được dung nhiều hơn cả.3. Hợp kim titan βLoại hợp kim này chịu được biến dạng ở nhiệt độ thường khá tốt, sau tôi và hóa già có độ bềncao. Nhược điểm của chúng lầ độ bền nóng nhỏ [<350oC], biến giòn ở nhiệt độ -60oC. Việc thêmvào các kim loại đắt, hiếm như V, Mo, Nb, Ta để có được tính chất như mong muốn lại làm nặnghợp kim.Việc đúc hợp kim titan không hề đơn giản vì nó hấp thụ khí mạnh, tác dụng với vật liệu làmkhuôn. Song hợp kim titan có độ bền riêng cao nhất [σb/γ=22km] tương tự sắt hợp kim nhưng khốilượng riêng chỉ bằng 60%. Cùng với đặc tính như bền nóng, chống ăn mòn cao, hợp kim titan đượcứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy bay, tên lửa, đóng tàu và công nghiệp hóa học. ở máy bayphản lực, mép trước của cánh, cánh phụ, đầu nhọn, mép trước của bộ ổn định được làm bằng hợpkim titan. Thân máy bay siêu âm được làm bằng hợp kim titan có thể bay với vận tốc gấp 3 đến 3,5lần tốc độ âm thanh khi bề mặt bị nung nóng tới 450-500oC. Vỏ tên lửa ở tầng 2, tầng 3 cũng đượclàm bằng vật liệu này.C. VẬT LIỆU VÔ CƠI. Khái quát chungVật liệu vô cơ được chia thành các dạng:1. Gốm và vật liệu chịu lửa2. Thủy tinh, gốm thủy tinh3. Xi măng, bê tông.Trong đó gốm thủy tinh có một số ứng dụng sản xuất các chi tiết trên vỏ máy bay, tàu vũ trụ.II. Gốm thủy tinhGốm thủy tinh, còn gọi là glass ceramics, vitroceram… có tổ chức kết hợp giữa vô định hình vàtinh thể, bao gồm một hoặc nhiều pha tinh thể phân bố trên miền pha vô định hình.Các gốm thủy tinh không giãn nở nhiệt, chứa các pha tinh thể với hệ số giãn nở vì nhiệt đặc biệtnhỏ hoặc có trị số âm như eucryptit LiAlSiO4, spodumen SiAl[Si2O6], thạch anh β- và pha thủytinh phù hợp để có hệ số giãn nở rất nhỏ hoặc bằng 0. Các vật liệu này có độ bền xung nhiệt cao, ổnđịnh kích thước trong điều kiện nhiệt độ cao nên được ứng dụng làm vật liệu vũ trụ.D. VẬT LIỆU HỮU CƠ POLYMERI. Khái quát chung1. Định nghĩaPolymer là một hợp chất gồm các phân tử được hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một loạihay nhiều loại nguyên tử hay nhóm nguyên tử, liên kết với nhau với số lượng khá lơn để tạo nênmột tính chất mà chúng thay đổi không đáng kể khi lấy đi howacj thêm vào một số đơn vị cấu tạo.2. Phân loại polymerTheo nguồn gốc hình thành gồm polymer thiên nhiên và polymer tổng hợp.Theo thành phần có polymer vô cơ, polymer hữu cơ, polymer hữu cơ phân tử.Theo cấu trúc có polymer mạch thẳng, mạch nhánh, polymer mạng lưới và polymer không gian.Theo tính chịu nhiệt có polymer nhiệt dẻo, polymer nhiệt rắn.Theo lĩnh vực sử dụng có chất dẻo, sợi, cao su, sơn và keo.2. Tính chất của polymea, Tính nóng chảy và hòa tanDo khối lượng phân tử lớn nên polymer không thể biến sang dạng khí. Khi nung nóng chúng sẽchuyển sang dạng chất lỏng có độ nhớt cao. Nếu trọng lượng phân tử lớn và độ phân cực mạnh thìchúng không thể hòa tan trong bất kì dung môi nào.b, Cơ tính của polymerPolymer tinh thể và vô định hình giòn ở nhiệt độ thấp và có độ dai va đập tương đối thấp.Độ bền mỏi: polymer có thể bị phá hủy mỏi dưới tác dụng của lực có chu kì.Độ bền xé, độ cứng.c, Lý tínhKhối lượng riêng không cao lắm. Polymer đơn giản như PE, PP: 0,9-1,1 g/cm 3, khi có cácnguyên tử khác như O, F, Cl, khối lượng riêng tăng lên, ví dụ như PVC: 1,2-1,5 g/cm3.Độ dẫn nhiệt thấp. Bọt polyuretan, polystiren, PVC, poly phemol-fomandehit có độ dẫn nhiệtthấp vào khoảng 0,035 W/moC.Thông thường các polymer không có phân tử tích điện nên có điện trở rất cao, được dùng làmchất cách điện tốt.II. Các loại polymer thông dụng và có ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ1. Chất dẻoa, Polymetylmet-acrylat [PMA]Tên thương mại là plexigalass.Được dùng làm cửa máy bay.b, PhenolicTên thương mại là epon, aralditec, Nhựa epoxyd, Vinyl estee, BismelamideE. VẬT LIỆU COMPOSITEI. Khái quátVật liệu composite hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạolên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽNhững vật liệu composite đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước côngnguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh bị cong vênhkhi phơi nắng. Và điền hình về composite chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người AiCập.Ngày nay trong điều kiện khoa học kỹ thuật phát triển, sản xuất ngày một nâng cao trình độ,việc phát triển các loại vật liệu mới nhằm phục vụ tốt nhất cho sản xuất kỹ thuật, dân dụng, phục vụnhu cầu con người. Composite là một loại vật liệu đáp ứng được nhiều yếu tố trong sản xuất.II. Các thành phần cốt của vật liệu compositeCác thành phần cốt của composite phải thoả mãn được những đòi hỏi về khai thác và côngnghệ. Đòi hỏi về khai thác là những đòi hỏi như yêu cầu về độ bền, độ cứng, khối lượng riêng,độ bền trong một khoảng nhiệt độ nào đó, bền ăn mòn trong môi trường. Còn đòi hỏi về côngnghệ là những đòi hỏi về khả năng công nghệ để sản xuất ra các thành phần cốt này. Hiện nay,thành phần cốt của composite trên cơ sở những cốt thường dùng là các sở ngắn, các sợi dàiđơn, các dạng sợi tết, các cốt lưới, vải, các băng dải sợi và các loại bảng với tính năng cơ lý đãđược xác định.Hiện nay, với các vật liệu composite polyme có pha nền là nhựa tổng hợp, các cốt thường làvải hoặc sợi thuỷ tinh, sợi anamit, sợi cacbon, sợi bor hoặc cốt sợi tạp lai.Trên thực tế, thành phần cốt luôn chiếm không quá 60-65% thể tích của vật liệu composite.Theo tính toán nếu thành phần cốt chiếm quá liều lượng trên [tức là khi các thành phần cốt quásít gần nhau] giữa chúng sẽ nảy sinh tương tác dẫn đến sự tập trung ứng suất làm giảm sức bềncủa vật liệu.1. Sợi thuỷ tinhSợi thuỷ tinh được sử dụng rộng rãi để chế tạo vật liệu composite polyme. Ưu điểm của sợithuỷ tinh là nhẹ, chịu nhiệt khá, ổn định với các tác động hoá - sinh, có độ bền cơ lý cao và độdẫn nhiệt thấp.Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được [thủy tinh dệt], có đường kính nhỏvài chục micro mét. Khi đó các sợi này sẽ mất những nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễnứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa thêmnhững khoáng chất như: silic, nhôm, magiê ,... tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủytinh E [dẫn điện tốt], sợi thủy tinh D [cách điện tốt], sợi thủy tinh A [hàm lượng kiềm cao], sợi thủytinh C [độ bền hóa cao], sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh S [độ bền cơ học cao]. Loại thủy tinh E làloại phổ biến, các loại khác thường ít [chiếm 1%] được sử dụng trong các ứng dụng riêng biệt.Sợi thuỷ tinh có hai dạng điển hình: Sợi dài và sợi ngắn thông thường chúng có hình trụtròn, ngoài ra, cũng gặp sợi thuỷ tinh có thiết diện ngang hình tam giác, hình vuông, lục giác.Sợi thuỷ tinh có những ưu điểm nổi trội là giá thành rẻ. Chúng được dùng rộng rãi trong sảnxuất composite polyme được chế tạo các chi tiết vỏ máy bay, tầu tải trọng nhẹ.2. Sợi bazanSợi bazan được chế tạo từ nguyên liệu đá bazan. Đá bazan có nguồn góc nham thạch do cácnúi lửa khi hoạt động phan ra rồi kết tinh lại. Các sản phẩm từ đá bazan có đặc tính cơ lý hoátốt hơn hẳn so với các sản phẩm truyền thống là bông sợi thuỷ tinh hoặc amian, không độc hạicho người và sinh vật.3. Sợi hữu cơCác loại sợi hữu cơ phổ biến có thể thấy là sợi kenvlar cấu tạo từ hợp chất hữu cơ cao phân tửaramit, được gia công bằng phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp [-10°C], tiếp theo được kéo rathành sợi trong dung dịch, cuối cùng được sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi.Sợi hữu cơ anamit có độ bền cao hoặc modun đàn hồi cao và một loạt những ưu việt khác.Sợi hữu cơ có độ bền khi kéo, ổn định coa với nhiệt độ, bền va đập, không cháy, tính cách điệncao, khối lượng riêng thấp.Phụ thuộc vào thành phần polyme và phương pháp kéo sợi mà ta nhận được sợi hữu cơ cókhối lượng 1410-1450kg và độ bền khi kéo 70-150GPa. Sợi hữu cơ giữ nguyên được nhữngđặc tính cơ lý của mình cho đến 180 o, trên ngưỡng này sợi hữu cơ không nóng chảy mà sẽcacbon hoá.Vật liệu composite cốt sợi hữu cơ có độ bền khi nén và khả năng tương thích với nềnpolyme thường kém hơn so với sợi thuỷ tinh. Nhược điểm chung của sợi anamit là hút ẩm.Sợi hữu cơ được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất vật liệu composite để chế tạo thân vỏtên lửa động cơ nhiên liệu rắn,vỏ máy bay, các bình, ống chịu áp lực, các chi tiết của tàu lượn,…4. Sợi carbonSợi cacbon chính là sợi graphit [than chì], có cấu trúc tinh thể bề mặt, tạo thành các lớp liên kếtvới nhau, nhưng cách nhau khoảng 3,35 A°. Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau, trong một mặtphẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng, với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mỗi lớp là 1,42A°. Sợi cacbon có cơ tính tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có khả năngchịu nhiệt cực tốt.Sợi cacbon được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Với ưuđiểm như nhẹ, chịu được nhiệt độ cao [lên đến vài nghìn độ trong môi trường trơ], hệ số ma sátdãn nở nhiệt thấp, rất bền vững với nhiều điều kiện khí hậu và các phản ứng hoá học.Đến nay sợi cacbon chủ yếu được chế tạo từ ba nguồn nhiên liệu chính: polyacri lonitrit, từdầu mỏ, than đá và từ hidrat xenlulo.5. Sợi borSợi bor là một dạng sợi gốm thu được nhờ phương pháp kết tủa. Sản phẩm thương mại của loạisợi này có thể ở các dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng đểquấn ống, vải đồng phương.Việc sử dụng sợi bor dùng làm cốt composite cho phép tăng độ bền, tăng modun đàn hồicủa vật liệu.Sợi bor có ưu điểm là có độ cứng cao hơn so với một số loại sợi khác. Modun trượt của sợibor có thể vượt qua 180GPa.Sợi bor thường được dùng trong sản xuất composite trên vật liệu nền nhôm hoặc polyme.Sợi bỏ có tính bán dẫn, dùng làm cốt cho composite làm giảm dẫn nhiệt, dẫn điện.Người ta ứng dung sợi bor trong sản xuất các chi tiết cho hàng không, tên lửa, kỹ thuật vũtrụ.6. Sợi cacbua silicSợi Cacbua Silic [công thức hóa học là: SiC] cũng là một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa.Sợi cacbua silic thường dùng làm cốt cho composite kim loại trong những trường hợp đòihỏi vật liệu phải làm việc lâu ở nhiệt độ cao. Sợi cacbua silic thường hoàn thành trên đệmvonfram hoặc đệm cacbon, những sợi cacbua silic đệm cacbon rẻ hơn có độ bền kém hơn, dễnhạy cảm với các hiệu ứng bề mặt.7. Sợi kim loạiĐối với composite làm việc trong nhiệt độ cao hay dùng cốt sợi kim loại vonfram hoặcmoliđen, với composite làm việc trong nhiệt độ thấp hay dụng sợi thép hoặc sợi berilic.Sợi molipđen được dùng làm cốt composite, so với sợi vonfram về độ bền, đặc trưng đànhồi và khả năng chịu nhiệt có kém hơn.8. Sợi ngắn và các hạt phân tánCác sợi ngắn thu được từ nghiền cơ học, các nguyên liệu khoáng thành phần được chứasilicat cãni [75%] và kim loại nhẹ [25%], được làm sạch rồi đem nghiền cho đến khi thu đượccác dạng bột và các sợi ngắn với chiều dìa trung bình từ 270mm và đường kính 1-10µm.9. Cốt vảiCốt vải là tổ hợp thành bề mặt [tấm], của vật liệu cốt sợi, được thực hiện bằng công nghệ dệt.Các loại vải thường được dệt từ những sợi có modun đàn hồi cao, được sử dụng rộng rãi làmcốt cho composite phân lớp, quấn các dạng ống composite.Theo tên các loại sợi, ta thường thấy có vải sợi cacbon, vải sợi hữu cơ và vải tổng hợp.III. Vật liệu nềnVật liệu nền giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong việc chế tạo ra vật liệu composite.Yêu cầu về mặt khai thác: Đảm bảo những yêu cầu về cơ lý đối với vật liệu nền, đòi hỏinền phải đảm bảo được cho vật liệu composite làm việc trong những điều kiện khai thác khácnhau, đảm bảo sự đồng đều hiệu quả của các thành phần cốt.Yêu cầu về công nghệ: Vật liệu nền phải đáp ứng được những đòi hỏi nảy sinh trong quátrình công nghệ như độ nhớt cà sự đảm bảo phân bố đều các cốt bên trong, bảo tồn được nhữngtính năng vốn có của các dầm cốt, các hạt đơn, bảo đảm sự kết dính…1. Chất liệu nền polymer nhiệt rắn.a, Nhựa phenolic được dùng làm một số chi tiết bên trong máy bay như hệ thống cửa, cácvách ngăn, bếp và một số cấu trúc nhiều lớp…Ưu điểm: rẻ, nguồn nhiên liệu có sẵn.Nhược điểm: khi dùng chế tạo composite là dòn, độ bền thấp và độ rỗng cao.b, Nhựa phenolformandehit được tổng hợp bằng cách tụ phenol và formandehit. Phụ thuộcvào tỷ lệ phenol formandehit và điều kiện phản ứng, sẽ tạo thành nhựa novolac hoặc rerolphenolformandehit.Nhựa novolac cứng, có nhiệt độ cháy mềm khoảng 80-100 o, dễ hoà tan trong cồn, axeton vàmột số dung môi khác.Nhựa rerol phụ thuộc vào tỷ lệ phenol và formandehit có thể ở dạng lỏng hoặc cứng. Rerolcứng hoà tan trong dung dịch 40-60% cồn.c, Polyeste là những este không no, hoặc hỗn hợp chảy với nhau hoặc với những phần tửthấp monome polyeste không là sản phẩm đa tụ của axit hữu cơ.d, Các nhựa cơ silic nhận được từ sự đã tụ của các sản phẩm của sự thuỷ phân hỗn hợp cácmono, di, tri và tetraclositan. Chúng thường là chất giòn, cứng.e, Nhựa epoxy có rất nhiều ưu điểm và được sử dụng rất rộng rãi để chế tạo composite cótính cơ học cao, độ bám dính cao với nhiều loại cốt.2. Chất liệu nền polyme nhiệt dẻo.Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như cá loại nhựa như PVC, nhựa polyetylen,nhựa polypropylen, nhựa polyamit,...Composite có vật liệu nền trên cơ sở polyme nhiệt dẻo có độ tin cậy cao, bởi vì mức độ ứngsuất dư nảy sinh trong những thời gian ngay sau khi tạo thành sản phẩm rất thấp.Nhược điểm chính của vật liệu composite nền nhiệt dẻo là không chịu được nhiệt độ cao, vàkhi xử lý công nghệ gặp khó khăn do độ nhớt các dung dịch nóng chảy khá cao.3. Chất liệu nền cacbonNền cacbon có tính chất cơ lý tương tự như sợi cacbon, đảm bảo tính chịu nhiệt độ cao chocomposite cacbon-cacbon và khai thác triệt để ưu điểm các các sợi cacbon trong vật liệucomposite.Picocacbon là loại vật liệu đồng nhất đa tinh thể có độ bền nhiệt và bền hoá rất tốt, mộtdạng cấu trúc chuyển tiếp của cacbon.Thuỷ tinh cacbon: Là sản phẩm của quá trình xử lý nhiệt các polyme lưới, có sự đóng rắnkhông thuận nghịch khi nung nóng. Thuỷ tinh cacbon có rất nhiều ưu điểm như đẳng hướng,có tính không thấm khí, cứng, bền cơ lý hoá.Nền cacbon trên cơ sở nhựa pec có ưu điểm là giá thành rẻ, nguồn nhiên liệu sẵn có, hàmlượng cacbon cao, nên cacbon trên cơ sở pec than đá hoặc dầu mỏ được dùng làm vật liệu nềncho composite cabon đã trở thành phổ biến.4. Chất liệu nền kim loạiVật liệu compozit nền kim loại có modun đàn hồi rất cao có thể lên tới 110 GPa. Do đó đòi hỏichất gia cường cũng có modun cao. Các kim loại được sử dụng nhiều là: nhôm, niken, đồng.Nền kim loại cho các composite thường là kim loại nhẹ hoặc là kim loại chịu nhiệt cao hoặclà dạng hợp kim phổ biến được dùng là hợp kim nhôm, do chúng có khả năng kết hợp hài hoàgiữa cốt với nền, đảm bảo tốt những đòi hỏi về cơ lý cũng như công nghệ của vật liệucomposite.G. VẬT LIỆU NANOI. Khái quátChữ nano, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm đi 10 -9 lần.Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet. Công nghệ nano tìm cách lấy phân tửđơn nguyên tử nhỏ để lắp ráp ra những vật to kích cỡ bình thường để sử dụng, đây là cách làm từnhỏ đến to khác với cách làm thông thường từ trên xuống dưới, từ to đến nhỏ.Vật liệu ở thang đo nano, bao gồm các lá nano, sợi và ống nano, hạt nano được điều chế bằngnhiều cách khác nhau. Ở cấp độ nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyềnthống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài của loại vậtliệu này. Vật liệu nano có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu mà trong cấu trúccủa các thành phần cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều ở kích thước nanomet.Vật liệu nanocomposite là loại vật liệu nano có ứng dụng rộng rãi cả trong kỹ thuật và dân dụng.Nanocomposite bao gồm cả ba loại nền kim lọai, nền gốm và nền polymer. Ở đây, ta chỉ đề cập chủyếu đến nanocomposite trên cơ sở chất nền là polymer.II. Ứng dụng của các vật liệu nano trong ngành hàng không, vũ trụ1. Ống nano cacbonHình 4: Cấu tạo ống nanocacbonỐng nano carbon được tạo ra bởi các nguyên tử carbon, các nguyên tử carbon này liên kết hóatrị với nhau bằng lai hóa sp2. Composite sợi carbon trước đây rất nổi tiếng vì nhẹ, bền, ít bị tác dụnghóa học nếu thay sợi carbon bằng ống nano cacbon chắc chắn sẽ làm vật liệu nhẹ hơn nhiều, đượcsử dụng trên các phương tiện cần giảm trọng lượng như máy bay…2. Hạt nanoĐất sét chứa các hạt nano là loại vật liệu xây dựng lâu đời. Hiện nay, polymer gia cường bằngđất sét [nanoclay] được ứng dụng khá nhiều. Nó có thể làm vật liệu chống cháy, ví dụ như một sốloại nanocomposite của Nylon 6/silicate, PS/layered silicat, hay vật liệu dẫn điện nhưnanocomposite PEO/Li-montmorillonite] dùng trong pin, vật liệu phân hủy sinh học nhưPCL/MMT hay PLA/MMT.Ngoài ra, khi các polymer như ABS, PS, PVA…được gia cường hạt đất sét khác nhau sẽ cảithiện đáng kể tính chất cơ lý của polymer và có những ứng dụng khác nhau như ABS/MMT làmkhung xe hơi hay khung máy bay, PMMA/MMT làm kính máy bay, kính chắn gió,Các hạt nano được sử dụng trong sơn có thể cải thiện đáng kể tính chất như làm cho lớp sơnmỏng hơn, nhẹ hơn, sử dụng trong máy bay nhằm giảm trọng lượng máy bay.Nhìn chung, vật liệu nanocomposite có tính chất tốt hơn so với composite thông thường nên cónhiều ứng dụng đặc biệt và hiệu quả hơn. Đây sẽ là lọai vật liệu mở ra nhiều hướng nghiên cứu mớivà hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng cao.TÀI LIỆU THAM KHẢO1. Phan Văn Tường, Vật liệu vô cơ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004.2. Phan Văn Tường, Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội,2004.3. Nghiêm Hùng, Vật liệu học cơ sở, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2002.4. Lê Công Dưỡng [Chủ biên], Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000.5. Các tư liệu từ internet. |
