Đề 4 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Khoa học vật liệu

Gốm sứ có liên kết ion và cộng hóa trị mạnh, dẫn đến độ bền và chịu nhiệt cao, nhưng liên kết này cũng làm chúng giòn, dễ gãy. Polymer thường mềm và chịu nhiệt kém. Kim loại dẻo hơn. Composite có thể kết hợp ưu điểm nhưng vẫn có thể giòn tùy loại.

Độ dẻo (plasticity) là khả năng vật liệu biến dạng không обратимо. Độ đàn hồi (elasticity) là biến dạng обратимо. Độ cứng và độ bền đo khả năng chống lại biến dạng và phá hủy, không trực tiếp liên quan đến biến dạng dẻo.

Vật liệu áp điện (Piezoelectric materials) là vật liệu thông minh, có thể tạo ra điện áp khi bị biến dạng cơ học hoặc ngược lại, biến dạng khi có điện áp. Thủy tinh, gỗ, PVC không có tính chất này.

Bắn bi bề mặt (shot peening) tạo lớp ứng suất nén dư trên bề mặt, làm tăng độ bền mỏi của kim loại bằng cách trì hoãn sự hình thành và phát triển vết nứt mỏi. Ủ và ram ram thường giảm độ bền. Tôi có thể tăng độ bền tĩnh nhưng không nhất thiết tăng độ bền mỏi.

Pha gia cường trong composite (ví dụ sợi carbon, sợi thủy tinh) chủ yếu để tăng độ bền và độ cứng của vật liệu. Pha nền giữ vai trò liên kết và truyền tải lực. Giảm trọng lượng và cải thiện gia công có thể là lợi ích phụ, nhưng không phải chức năng chính.

Trùng hợp cộng (addition polymerization) mở liên kết đôi (hoặc ba) của monomer và các monomer kết nối trực tiếp với nhau thành mạch dài mà không loại bỏ phân tử nhỏ nào. Trùng hợp ngưng tụ (condensation polymerization) loại bỏ phân tử nhỏ.

TEM có độ phân giải rất cao, cho phép quan sát cấu trúc bên trong vật liệu, khuyết tật mạng tinh thể và các đặc điểm vi cấu trúc khác ở mức độ nanomet. SEM quan sát bề mặt. Quang phổ phân tích thành phần. Thử nghiệm cơ học đo tính chất cơ học.

Tg đánh dấu sự chuyển đổi từ trạng thái thủy tinh cứng sang trạng thái cao su mềm dẻo của polymer vô định hình. Độ đàn hồi thay đổi đáng kể qua Tg. Các tính chất khác cũng bị ảnh hưởng nhưng độ đàn hồi biến đổi rõ rệt nhất.

Cao su là polymer, chất cách điện tốt do thiếu electron tự do. Đồng, nhôm, sắt là kim loại, dẫn điện tốt.

Đồng (Cu) có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện (FCC). Sắt (α-Fe) có cấu trúc lập phương tâm khối (BCC). Kẽm (Zn) có cấu trúc lục giác xếp chặt (HCP). Titan (Ti) có thể có cấu trúc HCP hoặc BCC tùy thuộc vào nhiệt độ.

Ăn mòn điện hóa (galvanic corrosion) xảy ra khi hai kim loại khác nhau có điện thế khác nhau tạo thành pin điện hóa trong môi trường điện ly. Ăn mòn đều và cục bộ mô tả hình dạng ăn mòn, ăn mòn ứng suất do ứng suất cơ học.

Độ bền hóa học (chemical resistance) đo khả năng vật liệu không bị suy giảm tính chất do phản ứng hóa học, tức là chống ăn mòn. Các tính chất khác không liên quan trực tiếp đến ăn mòn hóa học.

Gốm sứ chủ yếu được hình thành bởi liên kết ion và cộng hóa trị mạnh mẽ giữa các nguyên tử kim loại và phi kim. Liên kết kim loại đặc trưng cho kim loại, Van der Waals và hydro yếu hơn, thường gặp ở polymer.

Hàn (welding) là quá trình nối các chi tiết kim loại bằng cách nung nóng chảy, không phải là quá trình nhiệt luyện thay đổi cấu trúc và tính chất vật liệu. Ủ, ram ram, tôi là các quá trình nhiệt luyện thép.

Lắng đọng hơi vật lý (PVD) là phương pháp phủ màng mỏng bằng cách bay hơi và ngưng tụ vật liệu nguồn trong chân không. Đúc, rèn, ép đùn là các quá trình tạo hình khối, không phải phủ màng mỏng.

Tôi thép (quenching) là quá trình làm nguội nhanh thép từ nhiệt độ austenite để tạo martensite, pha cứng và bền. Ủ (annealing), ram ram (tempering), và thường hóa (normalizing) thường làm giảm độ cứng.

Hạt nhỏ hơn tạo ra nhiều biên giới hạt hơn, cản trở sự chuyển động của sai lệch mạng, làm tăng độ bền theo cơ chế Hall-Petch. Hạt lớn hơn thường dẫn đến độ bền thấp hơn.

Thiêu kết (sintering) là quá trình nung kết bột vật liệu ở nhiệt độ cao để tạo khối đặc, thường dùng cho gốm sứ và bột kim loại, không phải là phương pháp gia công kim loại theo nghĩa tạo hình từ phôi kim loại khối. Đúc, rèn, cán là các phương pháp gia công kim loại.

Vị trí trống (vacancy) là khuyết tật điểm do thiếu nguyên tử tại vị trí mạng. Khuyết tật Schottky và Frenkel liên quan đến ion trong vật liệu ion. Nguyên tử tạp chất là nguyên tử khác loại nằm trong mạng.

Kim loại có electron tự do di chuyển dễ dàng, dẫn điện và nhiệt tốt. Các vật liệu khác như polymer, gốm sứ và composite thường có độ dẫn kém hơn do cấu trúc liên kết và thành phần.

Creep (trườn) là biến dạng dẻo chậm, xảy ra theo thời gian dưới tải trọng tĩnh không đổi, đặc biệt rõ rệt ở nhiệt độ cao. Biến dạng đàn hồi là tức thời và обратимо. Phá hủy đột ngột là gãy, không phải creep.

Sợi carbon epoxy là composite nền polymer, với nền là nhựa epoxy (polymer) và gia cường là sợi carbon. Bê tông cốt thép nền là xi măng (gốm). Gốm zirconia là vật liệu gốm đơn pha. Hợp kim nhôm là vật liệu kim loại.

Độ bền vật liệu thường giảm khi nhiệt độ tăng do liên kết nguyên tử yếu đi và tăng chuyển động nhiệt. Tuy nhiên, ở một số vật liệu hoặc trong một số khoảng nhiệt độ nhất định (ví dụ, một số polymer), độ bền có thể tăng do các hiệu ứng khác.

Titan và hợp kim titan có tính tương thích sinh học cao, chống ăn mòn tốt và nhẹ, nên được dùng rộng rãi trong y sinh để cấy ghép. Thép carbon, nhôm, đồng có thể gây phản ứng sinh học hoặc ăn mòn.

Hợp kim nhớ hình dạng (Shape Memory Alloys) như Nitinol thể hiện siêu đàn hồi, khả năng biến dạng lớn và phục hồi hoàn toàn hình dạng ban đầu khi giải phóng tải. Thép, nhôm, gốm alumina không có tính chất này.

Sai lệch mạng (dislocation) là khuyết tật đường thẳng, chuyển động của chúng gây ra trượt dải, cơ chế chính của biến dạng dẻo trong kim loại. Các khuyết tật khác không trực tiếp gây ra trượt dải theo cách này.

Monomer là đơn vị cấu trúc nhỏ nhất lặp lại để tạo thành polymer. Phân tử chung chung hơn, nguyên tử là đơn vị cơ bản của vật chất, mạng tinh thể liên quan đến cấu trúc kim loại và gốm sứ.

Silicon (Si) là vật liệu bán dẫn phổ biến nhất do dồi dào, dễ chế tạo và tính chất bán dẫn phù hợp cho vi mạch. Germanium từng được dùng nhưng kém phổ biến hơn. Selen và Tellurium ít dùng trong vi mạch.

Nhiễu xạ tia X (XRD) là kỹ thuật chính xác để xác định cấu trúc tinh thể và pha của vật liệu dựa trên mẫu nhiễu xạ tia X. Kính hiển vi quang học và SEM xem hình thái bề mặt, AAS phân tích thành phần nguyên tố.

Vật liệu composite cấu tạo từ pha nền (matrix) liên tục và pha gia cường (reinforcement) phân tán, cải thiện tính chất vật liệu. Các lựa chọn khác chỉ là ví dụ cụ thể của composite, không phải định nghĩa chung.