1.
ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI:
1.1 Định nghĩa:
Vật
liệu vô cơ được tạo thành từ các hợp chất hóa học của các nguyên tố kim loại kết
hợp với các nguyên tố khác không phải là kim loại hoặc được tạo thành từ các hợp
chất hóa học của các nguyên tố không phải là kim loại liên kết với nhau.
Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa
học của Menddeelep, có tới 75% các nguyên tố hóa học tham gia cấu tạo nên vật
liệu vô cơ. Hình 1 trình bày sơ đồ các nguyên tố hóa học chính và những khả
năng két hợp giữa chúng để tạo nên vật liệu vô cơ.
Theo sơ đồ, một kim loại nào đó có thể
kết hợp với bo để tạo nên borit, kết hợp với nitơ để tạo nên nitrit, kết hợp với oxi để tạo nên
oxit, kết hợp với silic để tạo ra silixic. Tương tự như trên ta có thể xuất phát từ nguyên tố bo hay nguyên tố
silic …… Sợ kết hợp trên làm cho vật liệu vô cơ rất phong phú và đa dạng về
thành phần hóa học cũng như về tính chất của chúng.
Các dạng hợp chất hóa học thường gặp
trong vật liệu vô cơ có thể kể đến đơn kim loại như oxit nhôm trong gốm coringdong,
đơn oxit bán kim loại như SiO2 trong thủy tinh thạch anh, hỗn hợp
nhiều kim loại như sứ, thủy tinh silicat, các nguyên tố không phải kim loại như
bo, cacbon, nitrit của kim loại và bán kim loại như TiC, SiC, BN, ZrN, ……
Vật liệu vô cơ là một nhóm vật liệu lớn,
nhóm 5 chỉ nghiên cứu trình bày các vấn đề cơ bản và các đại diện chính mà
thôi.
1.2 Phân loại:
Vật liệu vô cơ có thể phân loại theo
nhiều cách khác nhau tùy theo mục đích cảu người sử dụng. Người ta có thể phân
loại theo thành phần hóa học, phân loại theo cấu trúc, theo phương pháp công
nghệ, hay theo lĩnh vực sử dụng ……
Thông thường người ta phân chia vật liệu
vô cơ theo đặc điểm kết hợp và chúng được chia ra làm ba nhóm chính là gốm và vật
liệu chịu lửa , thủy tinh và gốm thủy tinh, xi măng và bê – tông. Lưu ý rằng
ngày nay người ta thường dùng khái niệm vật liệu gốm (ceramic) để chỉ chung các
loại vật liệu vô cơ phi kim loại bao gồm cả ba nhóm vật liệu trên.
1.2.1
Vật liệu ceramic (gốm):
-
Khái niệm: là vật liệu vô cơ được chế tạo bằng cách dùng nguyên liệu ở dạng hạt
(bột) ép thành hình và thiêu kết để tạo thành sản phẩm (luyện kim bột). Sau khi
thiêu kết vật liệu ceramic đã có ngay các cơ lý hóa tính cần thiết.
-
Đặc điểm: Trong vật liệu ceramic bao giờ cũng tồn tại ba pha:
+ Pha tinh thể (pha hạt) ờ dạng hợp chất
hóa học hay dung dịch rắn, là pha chủ yếu quyết định các tính chất của vật liệu.
+ Pha thủy tinh (vô định hình) là chất
liên kết các hạt lại với nhau.
+ Pha khí: do được chế tạo bằng vật liệu
kim loại nên trong sản phẩm bao giờ cũng có lỗ xốp nhất định, trong đó chứa các
khí và tạo thành pha khí. Pha này ảnh hưởng rất lớn đến một số tính chất của vật
liệu.
-
Các loại vật liệu ceramic thông dụng:
+ Ceramic xốp làm tấm lọc
+ Ceramic xốp công dụng đặc biệt
+ Ceramic xốp chống ma sát
+ Vật liệu ceramic đặc
1.2.2
Thủy tinh:
Thủy
tinh là vật liệu có cấu trúc vô định hình được tạo bằng cách làm nguội một hợp
chất vô cơ từ trạng thái nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ cao đến trạng thái rắn
không kết tinh. Khái niệm thủy tinh có thể chỉ chung các loại vật liệu có cấu
trúc vô định hình như thủy tinh hữu cơ, thủy tinh vô cơ và thủy tinh kim loại.
Trong phần này nhóm 5 chỉ nghiên cứu về thủy tinh silicat.
Vật
liệu thủy tinh có tính chất quang học đực biệt, có độ bền hóa học cao, có khả năng
chịu nhiệt khá tốt và đặc biệt cách điện tốt nên chúng được sử dụng trong nhiều
lĩnh vực kỹ thuật khác nhau.
Thủy
tinh silicat được chia ra làm hai nhóm lớn: thủy tinh vô cơ (thủy tinh vô định
hình) và xitan (có cấu tạo tinh thể)
-
Thủy tinh vô cơ: là dạng cấu tạo đặc biệt của các dung dịch đông đặc, là một khối
nóng chảy phức tạp có độ nhớt cao của các oxit axit và oxit bazo.
+ Cấu tạo:
Trạng thái thủy tinh hóa là một dạng
riêng của trạng thái vô định hình của vật chất. Khi chuyển từ trạng thái lỏng sang
trạng thái rắn vô định hình trong quá trình nguội nhanh và tăng độ nhớt thì tổ
chức không trật tự, đặc trưng của trạng thái lỏng được giữ nguyên lại trong trạng
thái rắn. Do đó tủy tinh vô cơ có cấu trúc bên trong lfa không trật tự và không
đồng nhất. Bộ sườn tủy tinh hóa của thủy tinh là một mạng lưới không gian không
có qui luật, tạo ra bởi các hình trực thoi của oxit silic [SiO4]-4.
Trong phần này thủy tinh vô cơ gồm có:
oxit silic, bo, photpho, giecman, asen thủy tinh hóa tạo nên mạng lưới cấu
trúc, các oxit natri, kali, canxi, magie, bari làm thay đổi các tính chất hóa
lí của nó. Ngoài ra còn có các oxit nhôm, sắt, chì, titan, beri …… làm cho thủy
tinh có các tính chất kỹ thuật cần thiết. Tóm lại thủy tinh công nghiệp là một
hệ thống nhiều nguyên tử phức tạp.
+
Phân loại:
·
Theo bản chất hóa học:
°
Thủy tinh aliumosilicat (Al2O3.SiO2)
°
Thủy tinh bosilicat (B2O3.SiO2)
°
Thủy tinh alumobosilicat (Al2O3.
B2O3.SiO2)
°
Thủy tinh alumophotphat (Al2O3.P2O5)
·
Theo chất lượng chứa các chất biến tính:
° Thủy
tinh kiềm (chứa các oxit K2O, Na2O)
° Thủy
tinh không kiềm
° Thủy
tinh thạch anh
·
Theo công dụng:
°
Thủy tinh kỹ thuật (thủy tinh quang học, kỹ
thật điện, thí nghiệm,…)
°
Thủy tinh xây dựng (thủy tinh làm cửa, tủ
kính, gạch thủy tinh,…)
°
Thủy tinh sinh hoạt (chậu, bát. Dĩa, gương
soi,…)
+
Tính chất:
·
Thủy tinh có tính chất vô hướng.
·
Cơ tính
·
Tính chất quang học
-
Xitan: là loại vật liệu rắn đa tinh thể, được tạo thành bằng cách kết tinh định
hướng thủy tinh. Tên gọi xitan là do ghép hai từ silicium và cristal có nghĩa
là thủy tinh tinh thể hay gốm thủy tinh.
+ Tổ chức và tính chất của xitan:
·
Tổ chức của xitan có nhiều pha, gồm một
hay một số loại thủy tinh thể khác nhau, ở giữa các pha tinh thể là một lớp thủy
tinh (dạng vô định hình). Lượng pha tinh thể trong khoảng từ 30 – 95%.
·
Tính chất: tính chất của xitan được quyết
định bởi tổ chức và thành phần giữa các pha. Xitan có tỉnh đẳng hướng, chịu mài
tốt, ít khuyết tật bề mặt, không có rỗ xốp và ít co.
-
Phân loại xitan: Xitan được chia làm ba loại:
+ Xitan quang học
+ Xitan nhiệt
+ Xitan xỉ
-
Công dụng: Xitan dùng làm các ổ đỡ, các chi tiết trong động cơ đốt trong, vỏ dụng
cụ điện tử, ống dẫn trong công nghiệp hóa, cánh hóa nén khí, vòi phun động cơ
phản lực, dụng cụ đo …
1.2.3
Xi măng và bê – tông:
Bê
tông là vật liệu xây dựng quan trọng được chế tạo bằng các phương pháp kết dính
các thành phần vật liệu rắn khác ở nhiệt độ thường nhờ chất kết dính.
Các
vật liệu rắn (cốt liệu) thường được dùng là đá răm hay sỏi, cát. Còn chất kết
dính được sử dụng chủ yếu là xi măng poclan và nước.
Khi
pha trộn các cốt liệu với xi măng poclan và nước theo một tỉ lệ xác định người
ta thu được một hỗn hợp ở thể nhão được gọi là bêtông. Vữa này được đổ vào
khuôn để tạo ra các sản phẩm và cấu kiện xây dựng. Sau khi đông rắn, khối vật
liệu trở nên liền khối và vững chắc.
Ø
Xi măng:
Xi măng là một chất kết dính thủy lực, nó tác dụng
với nước để tạo ra các hợp chất kết dính. Các hợp chất này đóng rắn trong nước
và các sản phẩm của nó đóng rắn bền trong nước.
Xi
măng có mấy loại chính sau:
·
Xi măng alumin trên cơ sở hệ CaO-Al2O3,
có chứa thêm SiO2 và Fe2O3.
·
Xi măng trên cơ sở xỉ lò cao, có chứa thêm
thạch cao hoặc vôi.
·
Xi măng poclan trên cơ sở hệ CaO-SiO2
có chứa thêm Al2O3 và Fe2O3. Đây là
loại xi măng được dùng nhiều nhất trong xây dựng.
Từ
xi măng poclan người ta có thể biến ra các loại khác như:
°
Xi măng stronxi trong đó CaO được thay thế
bằng SrO.
°
Xi măng bari khi CaO được thay thế bằng
BaO.
°
Xi măng fero trong đó Al2O3
được thay thế bằng Fe2O3.
°
Xi măng poclan xi là hỗ hợp của xi măng
poclan với 20 – 40% các nguyên liệu khác như trepen, điatomit, đất pulơlan, …
được nghiền mịn.
°
Xi măng trắng.
°
Xi măng màu.
Xi
măng poclan được chế tạo như sau: các nguyên liệu ban đầu như quặng sắt, đá
vôi, đất sét … được cân đong, nghiền mịn rồi trộn đều để tạo ra phối liệu. Phối
liệu được mang đi nung luyện ở nhiệt độ 1400 – 15000C (thường bằng
lò quay) để có các phản ứng tạo ra khoáng cần thiết. Sản phẩm sau khi nung (gọi
là clinke) được nghiền mịn đến kích thước nhỏ 0,5 - 50
m.
Trong
quá trình nghiền này người ta có thể thêm một số chất phụ gia để điều chỉnh một
vài tính chất của xi măng như cho thêm thạch cao để điều chỉnh tốc độ đông kết
của xi măng …
Ø Bê tông:
Bê tông được chế tạo từ hỗn hợp các vật liệu
silicat với kích thước hạt khác nhau. Để tạo ra mật độ cao cho bê tông: hạt các
điền đầy vào chỗ trống giữa các viên sỏi, đá dăm, còn các hạt xi măng sẽ chen
vào khoảng trống giữa các hạt cát. Ngoài ra, bề mặt của các hạt cát, sỏi, đá
dăm sẽ xúc tiến tạo mầm ký sinh cho quá trình kết tinh của các hợp chất hydrat
của xi măng.
Cốt liệu của bê tông thường sử dụng là: cát, sỏi,
đá vôi, đá granit, … (khối lượng riêng cỡ
- g/cm3). Để chế tạo bê tông
nhẹ cốt liệu phải là loại xốp, khối lượng riêng nhỏ (khoảng 1 g/cm3)
như: xỉ lò cao, đá xốp thiên nhiên hay dùng phụ gia tạo ra bọt khí trong quá
trình đóng rắn. Cơ tính của bê tông tương tự như ceramic là có độ bền nén cao,
độ bền kéo thấp. Giới hạn bền nén của bê tông thuộc vào tỉ lệ hỗn hộp, bảo dưỡng,
… dao động từ 5
60
MPa, còn giới hạn bền kéo chỉ từ 1/8
1/10 bền nén.
Ø Bê tông cốt thép:
Ta bố trí thêm cốt thép theo quy định nhất định
(thanh, dây, lưới, …) trong bê tông tươi sẽ tọa ra bê tông cốt thép. Cốt thép
trong khối bê tông làm cho kết cấu chịu kéo, nén và uốn tốt hơn. Nếu có hiện tượng
nứt trong bê tông thì sự phát trienr của vết nứt cũng bị cốt ngăn cản. Sở dĩ
thép được dùng làm cốt trong bê tông vì ngoài độ bền kéo cao, độ dẻo lớn, thép
có hệ số nở nhiệt gần gióng bê tông, ăn mòn chậm trong môi trường bê tông và
dính kết tương đối chắc với bê tông. Nếu bề mặt thép có gân (thép rằn) sẽ làm
tăng diện tích tiếp xúc và có khả năng khoá hãm.
Để tăng khả năng chịu nén cho bê tông ta tạo ứng
suất nén dư dọc theo chiều cốt thép chịu lực chính và gọi là bê tông ứng suất
trước (bê tông ứng lực trước). Phương pháp này dựa vào đặc điểm của vật liệu
giòn là chịu nén tốt hơn chịu kéo và do vậy khi làm việc ứng suất kéo tác vượt
quá ứng suất nén dư thì khối bê tông mới bị phá hủy. Có hai cách tạo bê tông ứng
suất trước:
°
Dây thép có độ bền cao được đặt vào khuôn
rỗng, được kéo với lực kéo lớn và giữ căng. Sau khi đổ bê tông vào khuôn và đôn
cứng mới bỏ lực kéo ra. Lúc này do biến dạng đàn hồi bị mất đi dây thép bị co lại
gây cho cấu kiện bê tông ứng suất nén do ứng suất được truyền tải tới bê tông
dây thép.
°
Dây thép được luồn qua các ống bằng kim loại
hay cao su đã có sẵn trong bê tông đông cứng và được kéo căng đặt vào hai mặt đối
diện của cấu kiện, làm cho cấu kiện ở trạng thái nén. Sau đó đổ vữa bê tông vào
các lỗ bao kín dây thép. Khi bê tông đã đông cứng và bảo dưỡng tốt mới tháo
kích ra.
Bê tông ứng suất trước được dùng
trong các cấu kiện cầu đường sắt, đường cao tốc cũng như nhiều kết cấu xây dựng
khác.
2.
ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU VÔ CƠ:
2.1
Liên kết nguyên tử trong vật liệu cơ học:
Đặc trưng quan trọng nhất về cấu trúc
của vật liệu vô cơ là kiều liên kết của các nguyên tử cấu tạo nên chúng. Trong
vật liệu vô cơ không có kiểu liên kết kim loại mà là sự kết hợp giữa liên kết
ion và liên kết đồng hóa trị. Do đặc điểm liên kết phức hợp là liên kết ion và
liên kết đồng hóa trị mà năng lượng liên kết trong vật liệu vô cơ là tương đối
lớn, nằm trong khoảng 100 – 500 KJ.mol2, trong khi đó trong vật liệu
kim loại là 60 – 250 KJ.mol2.
Đặc điểm liên kết phức hợp giữa liên kết
ion và liên kết đồng hóa trị ảnh hưởng quyết định đến một số tính chất đặc
trưng của vật liệu vô cơ là vật liệu vô cơ có nhiệt dộ nóng chảy cao, mật độ lớn,
cứng, giòn, trong suốt và cách điện tốt.
Vật liệu vô cơ có thể tồn tại ở các trạng
thái cấu tạo khác nhau là trạng thái tinh thể thí dụ như SiC, các gốm đơn oxit,
hay trạng thái vô định hình như vật liệu thủy tinh, hoặc vừa tinh thể vừa vô định
hình như sứ và gốm tủy tinh.
2.2
Trạng thái tinh thể và trạng thái vô định hình:
Trong phần này ta sẽ tìm hiểu một số đặc
điểm cấu trúc của trạng thái tinh thể và trạng thái vô định hình trong các vật
liệu vô cơ thông dụng.
2.2.1 Trạng thái tinh thể:
Mạng tinh thể của phần lớn các vật liệu
vô cơ có thể coi một cách gần đúng là mạng các ion, trong đó các cation và
ation chiếm vị trí các nút mạng.
Trong cấu trúc của các hợp chất vô cơ
chưa oxi, các nguyên tử oxi thường có kích thước lớn nhất nên chiếm nhiều chỗ
nhất so với các cation trong không gian mạng tinh thể. Vì thế có thể coi cấu
trúc của các oxit và các hợp chất chứa oxi, còn các anion oxi, còn các cation
điểm vào các nút trống giữa các quả cầu đó. Cách xếp cầu, vị trí nút trống thường
là nút trống hình bốn mặt và tâm mặt sẽ qui định kiểu cấu trúc của hợp chất đó.
Thông thường người ta thương lấy cấu trúc của một số chất hợp chất có trong tự
nhiên làm đại diện.
2.2.2 Trạng thái vô định hình:
Khác với trạng thái tinh thể, trạng
thái vô định hình được tạo nên do sự sắp xếp một cách không có tật tự, không
theo qui luật của đơn vị cấu trúc cơ bản. Mạng lưới nguyên tử của nó do đó
không có các yếu tố đối xứng, không có tính tuần hoàn. Cấu trúc trên dẫn tới
các tính chất đặc trưng của vật liệu vô định hình là chúng có tính đẳng hướng
(isotropic), có năng lượng dư cao và không bền về nhiệt động.
Trạng thái vô định hình thu được thông
thường bằng cách cho nguội nhanh hợp chất vô cơ trạng thái lỏng nóng chảy.
Khác biệt với vật liệu tinh thể, các vật
liệu ở trạng thái vô định hình thủy tinh thay đổi tính chất đều đặn theo nhiệt
độ, không có đột biến khi chuyển trạng thái. Như vậy thủy tinh tinh không có
nhiệt độ nóng chảy xác định như vật liệu tinh thể mà nó chuyển trạng thái từ từ
trong một khoảng nhiệt độ.
2.3 Vật liệu đa pha và đa tinh thể:
Vật
liêu vô cơ có thành phần pha rất đa dạng. Ngoài những vật liệu một pha như thủy
tinh, gốm đơn oxit, phần lớn vật liệu vô cơ là loại vật liệu có nhiều pha.
Trong
vật liệu vô cơ nhiều pha, pha chính là các pha tinh thể được liên kết với nhau
bơi các pha vô định hình. Ngoài ra trong vật liệu vô cơ này còn luôn có pha khí
tồn tại dưới dạng các bọt khí xen kẽ. Pha khí có trong vật liệu thông thường do
điều kiện công nghệ không thể tránh được nhưng cũng có trường hợp người ta chú
ý đưa vào để nhằm mục đích nhất định thí dụ như tăng độ xốp để làm vật liệu nhẹ
và cách điện như gốm xốp, thủy tinh xốp và bê – tông xốp ……
Do
điều kiện công nghệ nên vật liệu vô cơ tinh thể không có cấu trúc đơn tinh thể
mà đều là vật liệu đa tinh thể, nghĩa là nó được tạo bởi vô số các hạt tinh thể
kích thước nhỏ, phân bố không có qui luật trong vật liệu. Các hạt tinh thể này
có thể cùng thành phần hóa học hoặc có thể có thành phần hóa học khác nhau. Các
hạt tinh thể trong vật liệu vô cơ thường có cấu trúc không hoàn chỉnh, chứa nhiều
khuyết tật.
3.
TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU VÔ CƠ:
3.1 Cơ tính của vật liệu vô cơ:
3.1.1 Tính chất đàn hồi và tính giòn:
Vật liệu vô cơ là
loại vật liệu điển hình. Ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của tải trọng, mối
quan hệ giữa ứng suất hình thành trong vật liệu
và
độ biến dạng
của
mẫu thử hoàn toàn tuân theo định luật Hoocke:
Trong
đó E là modun đàn hồi.
Hình
2 trình bày quan hệ giữa ứng suất
và
độ biến dạng
của
hai vật liệu khác nhau, vật liệu vô cơ và vật liệu kim loại với:
Từ
hình vẽ ta nhận thấy ở trên giới hạn đàn hồi vật liệu vô cơ bị phá hủy ngay mà
không có giai đoạn biến dạng dẻo như vật liệu kim loại. Đây chính là đặc trưng
của tính giòn của vật liệu vô cơ.
3.1.2 Độ bền cơ học:
Độ
bền cơ học của vật liệu vô cơ không phải do năng lượng liên kết nguyên tử cấu tạo
nên nó quyết định mà do tình trạng khuyết tật trên bề mặt và bên trong vật liệu
quyết định. Khi số lượng vết nứt tế vi và kích thước vết nứt tăng thì cơ tính
giảm.
Ở
các vật liệu vô cơ tinh thể, kích thước của các hạt tinh thể cấu tạo nên vật liệu
có tính ảnh hưởng rõ tới cơ tính cảu 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, vì thế độ bền cơ học của vật liệu tăng lên.
Ngoài
ra khi làm hàm lượng bọt khí trong vật liệu tăng thì độ bền giảm không chỉ do
diện tích chịu lực giảm, mà còn do tại các chỗ rỗ khí thường tập trung tạp chất
và ứng suất. hình dạng bọt khí cùng ảnh hưởng tới cơ khí. Các bọt khí dài làm
giảm độ bền mạnh hơn so với các bọt khí tròn.
Tuy
nhiên, khi hàm lượng bọt khí rất thấp chẳng hạn khoảng 0,1 tới 0,5% và kích thước
của chúng lại rất nhỏ có thể làm tăng độ bền. trong trường hợp này các lỗ hổng
cực mịn đóng vai trò các trung tâm hấp thụ năng lượng có tác dụng ngăn chặn sự
lan truyền và giải tỏa ứng suất phá hủy vật liệu.
Cuối
cùng, độ bền của vật liệu vô cơ còn phụ thuộc vào điều kiện và môi trường sử dụng.
Hơi ấm và nhiệt độ chẳng hạn làm giảm năng lượng bề mặt riên nên làm giảm độ bền.
Tốc độ tải trọng tăng càng lớn, kích thước mẫu càng nhỏ thì kết quả đo độ bền
càng cao. Vì thế xác định độ bền của vật liệu vô cơ cần phải được thực hiện
theo đúng các qui định ghi trong các tiêu chuẩn.
3.2 Tính chất nhiệt của vật liệu vô cơ:
3.2.1 Tính giãn nở nhiệt:
Để
đánh giá mức độ giãn nở nhiệt của vật liệu vô cơ người ta sử dụng hệ số giãn nở
nhiệt dài
theo công thức:
Trong
đó l0 là độ dài ban đầu của mẫu;
là
độ giãn dài của mẫu khi nhiệt độ tăng thêm
độ.
Ngoài
ra người ta còn quan tâm đến hệ số giãn nở nhiệt thể tích
:
Với
V0 là thể tích ban đầu của mẫu;
là
độ giãn nở thể tích của mẫu khi nhiệt độ tăng thêm
độ.
Một cách gần đúng
.
Trong nhiều vật liệu vô
cơ – gốm, lực liên kết giữa các nguyên tử khá mạnh và được phản ánh ở các giá
trị hệ số giãn nở nhiệt tương đối thấp trong khoảng 0,5.10-6 và
15.10-6 (0C-1).
Ở các gốm không tinh thể
và các gốm có cấu hình tinh thể lập phương hệ số giãn nở nhiệt là đẳng hướng.
Ngược lại trong một số gốm hệ số giãn nở nhiệt lại có tính dị hướng, khi đun
nóng thì chúng co theo một hướng và nở ra theo một vài hướng khác. Hệ sô giãn nở
nhiệt của vật liệu vô cơ đa pha phụ thuộc vào hệ số giản nở nhiệt của các pha
thành phần. Các tạp chất làm tăng hệ số giãn nở nhiệt.
Vật liệu gốm làm việc
trong điều kiện tăng, giảm nhiệt cần phải có hệ số giản nở nhiệt tương đối thấp
và đẳng hướng. Ngoài ra, những vật liệu gòn này có thể bị nứt vỡ do sự thay đổi
kích thước không đồng đều, gọi là “sốc” nhiệt.
3.2.2
Tính dẫn nhiệt:
Về nguyên tắc, vật liệu
đơn tinh thể có độ dẫn nhiệt cao hơn vật liệu đa tinh thể, vật liệu tinh thể có
độ dẫn nhiệt cao hơn vật liệu vô định hình. Riêng vật liệu gốm bán dẫn và thủy
tinh bán dẫn có độ dẫn nhiệt đặc biệt cao vì nó có mặt của các điện tử tự do.
Sự có mặt của các lỗ xốp
trog vật liệu vô cơ có ảnh hưởng rất lớn đến độ dẫn nhiệt của vật liệu. Không
khí bị giam trong các lỗ xốp có khả năng dẫn nhiệt kém ở nhiệt độ thấp nên làm
giảm mạnh độ dẫn nhiệt của toàn vật liệu.
Hầu hết các vật liệu
cách sử dụng trong kỹ thuật là các vật liệu xốp vì tỉ lệ lỗ xốp trong vật liệu
lớn nên vật liệu có hệ số dẫn nhiệt rất nhỏ. Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng cao
thì khả năng dẫn nhiệt của vật liệu này sẽ tăng do thành phần truyền nhiệt bức
xạ của lỗ xốp tăng.
3.2.3
Tính truyền nhiệt bức xạ:
Ngoài khả năng truyền dẫn
nhiệt, vật liệu vô cơ còn có khả năng truyền nhiệt bức xạ qua pha vô định hình
và pha khí. Đối với các vật liệu vô cơ có tỉ lệ pha vô đinh hình và pha khí
(trong các lỗ xốp) cao, khi nhiệt độ tăng cao, vai trò truyền nhiệt bức xạ sẽ
tăng lên và có thể chiếm ưu thế so với truyền nhiệt dẫn nhiệt. Thông thường vật
liệu vô cơ truyền nhiệt bức xạ một cách đáng kể bắt đầu từ nhiệt độ trên 3000C.
Các lỗ xốp trong vật liệu
vô cơ cũng ảnh hưởng đến kahr năng truyền nhiệt bức xạ của vật liệu. Các lỗ xốp
có kích thước càng lớn, khả năng truyền nhiệt bức của vật liệu càng cao.
3.2.4
Độ bền xung nhiệt:
Độ bền xung nhiệt là khả
năng bền vững cơ học của vật liệu vô cơ dưới tác dụng nhiệt độ thay đổi đột ngột;
nó được xác định bằng khoảng chênh lệch nhiệt độ
lớn
nhất hoặc số lần thay đổi nhiệt độ đột ngột theo các điều kiện qui định về tốc
độ và khoảng nhiệt độ thay đổi, kích thước mẫu …… mà vật liệu chưa bị phá hủy.
Độ bền xung nhiệt của vật
liệu vô cơ phụ thuộc phức tạp vào nhiều yếu tố khác nhau như độ bền cơ học, độ
dẫn nhiệt, tổ chức vi mô và vĩ mô của vật liệu, hình dáng và kích thước mẫu thử
cũng như điều kiện đo đạc ……
Độ bền xung nhiệt thực
cảu vật liệu vô cơ thông thường được xác định bằng thực nghiệm theo các tiêu
chuẩn quy định đối với từng loại vật liệu hoặc từng loại sản phẩm sản xuất từ vật
liệu vô cơ.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét
Cám ơn mọi người đã quan tâm đến blog của mình!