Khái niệm
Vật liệu composite là sự kết hợp của hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau, tạo ra một sản phẩm mới với các tính chất vượt trội hơn so với từng vật liệu thành phần Cấu trúc của vật liệu composite bao gồm một hoặc nhiều pha gián đoạn phân bố đều trong một pha nền liên tục Khi vật liệu có nhiều pha gián đoạn, nó được gọi là composite hỗn tạp, trong đó pha gián đoạn thường có tính chất ưu việt hơn pha liên tục.
Pha liên tục gọi là nền (matrice) Pha gián đoạn gọi là cốt hay vật liệu giacường (reenforce)
1.1 Cơ tính của vật liệu composite phụ thuộc vào những đặc tính sau đây:
Các vật liệu thành phần với cơ tính tốt sẽ tạo ra vật liệu composite có cơ tính vượt trội hơn so với từng vật liệu riêng lẻ Việc lựa chọn các vật liệu có đặc tính cơ học ưu việt là yếu tố then chốt để nâng cao hiệu suất và chất lượng của sản phẩm composite.
Luật phân bố hình học của vật liệu cốt ảnh hưởng lớn đến độ bền của composite Khi vật liệu cốt phân bố không đồng đều, composite sẽ bị phá huỷ trước tiên tại những khu vực có kít vật liệu cốt Đối với composite cốt sợi, hướng sợi quyết định tính dị hướng của vật liệu, cho phép điều chỉnh tính dị hướng này theo yêu cầu để tạo ra sản phẩm và công nghệ phù hợp.
Tác dụng tương hỗ giữa các vật liệu thành phần là yếu tố quan trọng trong xây dựng Để tăng cường và bổ sung tính chất cho nhau, vật liệu cốt và nền cần phải liên kết chặt chẽ Một ví dụ điển hình là sự kết hợp giữa cốt thép và xi măng trong bê tông, giúp cải thiện độ bền và khả năng chịu lực của công trình.
Phân loại
2.1 Phân loại theo hình dạng:
Gồm: Composite sợi, composite vảy, composite hạt, composite điền đầy, Composite phiến.
2.2 Phân loại theo bản chất và vật liệu thành phần:
- Composite nền hữu cơ: nền là nhựa hữu cơ, cốt thường là sợi hữu cơ hoặc sợi khoáng hoặc sợi kim loại
- Composite nền kim loại: nền là các kim loại như titan, nhôm, đồng, cốt thường là sợi kim loại hoặc sợi khoáng như B, C, SiC
- Composite nền gốm: nền là các loại vật liệu gốm, cốt có thể là sợi hoặc hạt kim loại hoặc cũng có thể là hạt gốm
2 Vật liệu và thành phần của composite
3.1 Vật liệu nền: a) Nhựa phênolformaldehyt b) Nhựa êpoxy c) Nhựa polyeste d) Các loại nhựa khác
3.2 Vật liệu gia cường: a) Cốt dạng sợi:
Hình 2 trình bày một số cấu trúc đơn giản nhất của composite 1D, 3D và 2D:
Hình 2 Một số cấu trúc phổ biến của composite cốt sợi
Bảng 1 cho thấy các hằng số đàn hồi của composite tương ứng với sơ đồ cốt trên hình 2 (nền epoxy cốt sợi thuỷ tinh):
Bảng 1 Mô đun đàn hồi của composite polyme epoxy-thủy tinh với cấu trúc khác nhau
Việc thay đổi cấu trúc cốt trong composite epoxy-thủy tinh ảnh hưởng đáng kể đến mô đun đàn hồi và hệ số poát xông, trong khi mô đun trượt ít bị tác động Điều này cho phép thay thế các vật liệu 3D bằng các vật liệu 1D, 2D đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn trong các ứng dụng chịu ứng suất-biến dạng trượt Cốt có thể được sử dụng dưới dạng vải hoặc hạt.
3.3 Vùng trung gian trong composite:
Vùng trung gian giữa cốt và nền đóng vai trò quyết định đến các tính chất cơ học của composite, đặc biệt là độ bền Đây là khu vực chuyển tải trọng từ nền sang cốt, do đó, yếu tố tính thấm ướt rất quan trọng; pha nền lỏng cần dễ dàng thấm ướt cốt trước khi đóng rắn Tuy nhiên, do sự khác biệt về hóa lý của các vật liệu, liên kết giữa nền và cốt không phải lúc nào cũng lý tưởng Để cải thiện khả năng thấm ướt giữa cốt và nền, cần bổ sung chất thấm ướt.
Chất phụ gia là những vật liệu liệu nhằm cải thiện một số tính chất của composite như:
- Tính dẫn điện, dẫn nhiệt: thường dùng bột, sợi hoặc vảy kim loại như
Fe, CU, Al,… hoặc bi tráng kim loại
- Bôi trơn khi dỡ khuôn
Các loại nhựa như epoxy, phenolformaldehyde, và polyester có khả năng thấm ướt tốt với vật liệu gia cường hữu cơ, giúp cho quá trình trộn nhựa với cốt trở nên đơn giản Tuy nhiên, đối với cốt vô cơ như sợi gốm, tính thấm ướt kém yêu cầu phải thực hiện công đoạn bọc hoặc thấm trước khi trộn Đối với dạng vải, có nhiều phương pháp để chế tạo bán thành phẩm.
Để tạo ra sản phẩm từ vải và nhựa, bạn có thể nhúng tấm vải vào thùng nhựa và xếp thành từng lớp, sau đó tiến hành ép Một phương pháp khác là trải từng lớp vải vào khuôn, sau đó phun hoặc quét nhựa lên lớp vải, tiếp tục lặp lại quy trình này cho đến khi đạt được độ dày mong muốn.
Vật liệu composite nền kim loại, đặc biệt là kim loại màu, ngày càng được ưa chuộng trong kỹ thuật nhờ vào những ưu điểm vượt trội như trọng lượng nhẹ, độ bền cao ở nhiệt độ cao và khả năng chịu mài mòn tốt, đồng thời công nghệ chế tạo cũng đơn giản hơn so với kim loại đen Một số loại composite nền kim loại tiêu biểu bao gồm
- Composite nền nhôm cốt hạt
- Composite nền nhôm cốt sợi
- Composite nền đồng hạt thép
Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite, CMC) đã được nghiên cứu để khắc phục nhược điểm của gốm nguyên khối, như tính dòn và khả năng ứng dụng hạn chế Loại vật liệu này thường được sử dụng trong các chi tiết làm việc trong môi trường khắc nghiệt, bao gồm động cơ tên lửa, động cơ phản lực, và vỏ cách nhiệt của tàu không gian CMC có khả năng chịu nhiệt cao và thích hợp cho những ứng dụng mà việc làm nguội bằng chất lỏng thông thường gặp khó khăn Bên cạnh đó, việc thay thế siêu hợp kim bằng vật liệu gốm composite giúp tiết kiệm trọng lượng, điều này rất quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ.
Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là dạng không liên tục như hạt, sợi ngắn hoặc lát vụn, hoặc dạng liên tục như sợi Đối với cốt gián đoạn, độ bền và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nhất định, nhưng vẫn đủ để sử dụng Một ví dụ điển hình về composite nền gốm sợi vụn là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC là pha gia cường và Si3N4 là vật liệu nền.
Composite nền kim loại
Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite, CMC) được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi để khắc phục nhược điểm của gốm nguyên khối, như tính dòn và khả năng ứng dụng hạn chế CMC thường được sử dụng trong các chi tiết làm việc trong môi trường khắc nghiệt, bao gồm động cơ tên lửa, động cơ phản lực, và vỏ cách nhiệt của tàu không gian Những ứng dụng này yêu cầu vật liệu chịu được nhiệt độ cao mà khó làm nguội bằng chất lỏng thông thường Thêm vào đó, việc thay thế siêu hợp kim bằng gốm composite giúp tiết kiệm đáng kể khối lượng, điều này rất quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ.
Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là dạng không liên tục như hạt, sợi ngắn hoặc lát vụn, hoặc dạng liên tục như sợi Khi sử dụng cốt gián đoạn, độ bền và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nhất định nhưng vẫn đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng Một ví dụ điển hình là composite SiC/Si3N4, trong đó SiC đóng vai trò là pha gia cường và Si3N4 là vật liệu nền, thường được ứng dụng trong lĩnh vực dụng cụ cắt.
Composite nền gốm
Việc sử dụng cốt sợi kim loại trong chế tạo composite giúp giảm tính giòn của gốm Hiện nay, xu hướng phát triển vật liệu composite trên nền gốm với sự kết hợp của cốt sợi kim loại, oxit kim loại, sợi gốm và sợi cacbon đang ngày càng mạnh mẽ.
Gốm sứ có thể được xem là một loại vật liệu composite, theo định nghĩa đã nêu ở CHƯƠNG 1 Điểm khác biệt của vật liệu composite so với các loại vật liệu khác là sự tương tác giữa các thành phần cấu tạo Khi kết hợp các thành phần A và B, chúng tạo ra vật liệu C với các tính chất vượt trội hơn so với từng vật liệu A, B riêng lẻ hoặc sự kết hợp của chúng.
Vật liệu composite gốm bao gồm ba thành phần chính: pha rắn phân tán với thể tích V s, pha nền với thể tích V m, và pha khí phân tán (lỗ xốp) với thể tích V g Composite gốm được phân loại thành nhiều hệ khác nhau dựa trên cấu trúc và tính chất của các thành phần này.
Hệ hai pha bao gồm "pha tinh thể ceramic" và "pha khí" với các lỗ xốp Số lượng, độ xốp, hình dạng và kích thước hạt tinh thể, cùng mức độ kết khối trong vùng tiếp xúc giữa các hạt đều ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của vật liệu.
Hệ gốm truyền thống bao gồm ba thành phần chính: pha tinh thể ceramic, pha thủy tinh và pha khí (lỗ xốp) Tính chất cơ học của vật liệu này chịu ảnh hưởng lớn từ hình dạng của các hạt tinh thể; trong đó, hạt có cạnh sắc giúp tăng cường độ của hệ, nhưng cũng có thể gây ra một số vấn đề khác.
Giới thiệu
Gốm sứ có thể được coi là một loại vật liệu composite, theo định nghĩa trong CHƯƠNG 1 Điều đặc biệt ở vật liệu composite là sự tương hỗ giữa các thành phần cấu tạo Khi kết hợp các thành phần A và B, vật liệu C được tạo ra sẽ sở hữu những tính chất vượt trội hơn so với từng vật liệu A, B riêng lẻ hoặc hỗn hợp của chúng.
Composite gốm là loại vật liệu bao gồm ba thành phần chính: pha rắn phân tán với thể tích V s, pha nền với thể tích V m, và pha khí phân tán (lỗ xốp) với thể tích V g Composite gốm có thể được phân loại thành các hệ khác nhau.
Hệ hai pha bao gồm "pha tinh thể ceramic" và "pha khí" với các lỗ xốp Các yếu tố như số lượng lỗ xốp, độ xốp, hình dạng lỗ xốp, kích thước hạt tinh thể và mức độ kết khối trong vùng tiếp xúc giữa các hạt đều có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học của vật liệu.
Hệ thống gốm truyền thống bao gồm ba pha: "pha tinh thể ceramic", "pha thủy tinh" và "pha khí" (lỗ xốp), trong đó tính chất cơ học của vật liệu bị ảnh hưởng bởi hình dạng và kích thước của các hạt tinh thể Các hạt có cạnh sắc góp phần làm tăng cường độ cho hệ, nhưng cũng tạo điều kiện cho sự phát triển của vi nứt Các hạt này phân bố ngẫu nhiên trong pha nền, liên kết chúng lại với nhau Dưới kính hiển vi quang học, tổ hợp hạt có thể được quan sát rõ ràng, với đường kính lên đến 300μm hoặc hơn đối với vật liệu sành dạng đá, và có thể thấy các hạt được định hướng theo một hướng nhất định, tạo ra tính bất đẳng hướng cho vật liệu.
Hệ composite bao gồm hai pha tinh thể ceramic, yêu cầu tính chất của chúng không được khác biệt quá nhiều Trong trường hợp này, cả hai pha tinh thể ceramic đều ảnh hưởng đến các đặc tính của composite.
Một trong hai loại “pha tinh thể ceramic” là whisker, với đặc điểm là những râu đơn tinh thể có độ bền cao, đường kính khoảng 1μm và chiều dài từ 3-4mm Whisker có tính chất vượt trội so với các dạng khác, chẳng hạn như whisker Al2O3 có đường kính từ 5-11μm, khối lượng riêng 4 g/cm3, độ bền kéo 15 GPa và khả năng chịu nhiệt lên đến 1200ºC; hoặc whisker SiC với khối lượng riêng 3,2 g/cm3, độ bền kéo 21 GPa và khả năng chịu nhiệt lên đến 1600°C Sự hiện diện của whisker trong vật liệu giúp tăng cường đáng kể độ bền của chúng.
Hệ gốm "pha tinh thể ceramic" và "pha kim loại" (cermet) có tính chất khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ giữa hai cấu tử Nếu "pha kim loại" chiếm ưu thế, composite sẽ có tính kim loại với đặc điểm dẻo và độ bền va đập cao Ngược lại, khi "pha tinh thể ceramic" chiếm phần lớn, composite sẽ trở nên giòn, nhưng vẫn duy trì được các tính chất ổn định ở nhiệt độ cao.
- Gạch nung: ceramic (gạch ceramic,….)
- Sứ, sành dạng đá: ceramic – thủy tinh (gốm thủy tinh,….)
Gạch Ceramic hiện nay được ưa chuộng và sử dụng rộng rãi trên thị trường nhờ vào đặc tính nổi bật về độ dày và độ cứng, cùng với khả năng thi công dễ dàng.
Gạch Ceramic là loại gạch không đồng chất, bao gồm phần xương gạch và lớp men mỏng phủ bề mặt, được in các họa tiết, hoa văn và màu sắc đa dạng.
Cấu trúc chất liệu chính sản xuất phần xương gạch gồm 70% đất sét và 30 phần trăm là tràng thạch, penphat
Trên quy trình sản suất gạch Ceramic trải qua 4 bước:
Phần làm xương gạch bao gồm các nguyên liệu được nghiền mịn, tạo hình và ép sấy khô Quá trình ép cần sử dụng máy ép có áp lực cao cùng với công nghệ nung hiện đại để đảm bảo chất lượng viên gạch sau khi sản xuất.
– Phần tráng men: Gạch được tráng một lớp men mỏng trên bề mặt
– In lụa: Bề mặt được in nhiều họa tiết hoa văn màu sắc trang trí khác nhau
Gạch sau khi hoàn tất các bước sản xuất sẽ được đưa vào lò nung, nơi nhiệt độ được duy trì từ 1100 đến 1180 độ C trong thời gian tối đa 45 phút.
2.2 Đặc điểm của gạch Ceramic:
Gạch men đa dạng mẫu mã đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ cho mọi không gian kiến trúc nhà ở Ưu điểm nổi bật của gạch Ceramic giúp người tiêu dùng dễ dàng lựa chọn mẫu gạch phù hợp với không gian gia đình, bởi mỗi không gian có những yêu cầu riêng trong việc chọn lựa gạch ốp lát.
Gạch ốp lát Ceramic có màu sắc đa dạng và kích thước phong phú, cùng với họa tiết hoa văn chân thực và tinh tế Sự đa dạng này không chỉ tạo nên sức hút cho không gian mà còn giúp người dùng dễ dàng "ăn gian" chiều rộng, mang lại cảm giác thoáng đãng hơn cho căn phòng.
Gạch Ceramic có bề mặt bóng đẹp nhờ công nghệ tráng men với lớp chì, giúp tăng độ sáng bóng Tuy nhiên, chì có thể gây hại cho sức khỏe khi tiếp xúc với cơ thể Ngoài ra, sau thời gian sử dụng, bề mặt gạch thường bị mờ, xước và xuống cấp.
2.3 Gạch Ceramic có mấy loại?
Gạch men đa dạng về chủng loại màu sắc kích thước, họa tiết hoa văn Vậy người ta phân loại gạch dựa vào đâu?
2.4 Phân loại theo công nghệ sản xuất: gạch men bóng và gạch men mờ
Gạch men bóng là loại gạch với bề mặt được phủ lớp men màu, mang lại vẻ đẹp độc đáo và tính năng công nghệ cao Đặc tính của gạch men bóng phụ thuộc vào từng loại men sử dụng, tạo nên sự đa dạng trong thiết kế và ứng dụng.
