BÀI TẬP 1: MỘT SỐ THÀNH TỰU CỦA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU HIỆN ĐẠI 1.Sơ lược công nghệ vật liệu -Trong khoa học đại, vật liệu coi trụ cột lớn Thế kỷ 21, vật liệu với tính cao đa trở thành trọng tâm nghiên cứu khoa học, thước đo tiến khoa học kỹ thuật sức mạnh tổng hợp quốc gia -Trong ngành công nghiệp khí chế tạo, có nhóm vật liệu có tính truyền thống, vật liệu kim loại, vật liệu hữu polyme vật liệu vô ceramic Một loại vật liệu khác - vật liệu compozit ưu tiên phát triển Compozit kết hợp nhân tạo hai ba loại vật liệu nói • Vật liệu kim loại, trước hết thép, giữ vai trò then chốt ngành công nghiệp chế tạo Trong thập kỷ gần công nghệ vật liệu vào nghiên cứu sử dụng loại thép có chất lượng cao thép hợp kim thấp độ bền cao, thép hợp kim hoá vi lượng, thép nitơ, thép kết cấu siêu bền Bên cạnh đó, nhơm đóng vai trị không nhỏ ngành công nghiệp chế tạo Hợp kim nhơm có độ bền cao, chống ăn mịn tốt, trở thành loại vật liệu thích hợp ngành cơng nghiệp chế tạo tơ, máy bay, tàu • thuỷ Vật liệu polyme, có nhiều ưu điểm tính dẻo cao, tính ổn định hố học cao nhiều mơi trường với khả dễ tạo hình gia cơng có, phạm vi ứng dụng rộng Tuy nhiên, polyme vật liệu kết cấu nên có hạn chế độ bền chưa cao, khả chịu • nhiệt thấp, tuổi thọ ngắn Vật liệu gốm thường, sử dụng giới hạn nhóm vật liệu chịu lửa, vật liệu cắt gọt người ta phát triển vật liệu gốm kết cấu Các loại động chế tạo từ gốm kết cấu hệ cacbit nghiên cứu chế thử mở kỷ nguyên cho việc sử dụng động chạy nhiên liệu hydro có hiệu cao, khơng gây nhiễm môi trường Gốm thuỷ tinh loại gốm kết cấu đầy • tiềm Vật liệu compozit, thực chất kiểu lai, hai nhiều loại vật liệu, cho tính chất chúng bổ sung cho Đối với compozit kết cấu yêu cầu độ bền cao, tính dẻo tốt u cầu hàng đầu Việc kiểm sốt q trình xảy chế tạo compozit có tầm quan trọng đặc biệt để phát triển loại vật liệu 2.Những điểm nóng vật liệu a.Vật liệu nano (để chế tạo vật cực nhỏ):  Sơ lược: Kể từ thập niên 90 kỷ 20, nước thu thành tựu đột phá lĩnh vực vật liệu nano, đưa việc phát triển vật liệu qua giai đoạn Dự kiến từ 5-10 năm tới xuất vật liệu cao dùng cho kỹ thuật nano, có độ cứng thép 11 lần cực nhẹ, 1/10 trọng lượng tờ giấy  Ưu điểm: -Cái tên "na nô" nói lên độc đáo vật liệu này: 100 na nô mét chiều dài, chiều rộng chiều cao Vật liệu nano đánh giá chất xúc tác tuyệt vời cho phản ứng hóa học diễn pin nhiên liệu (fuel cell) – loại pin tạo điện từ phản ứng hóa học Nhờ kích thước độc đáo, tỉ số "bề mặt-thể tích" lý tưởng, vật liệu nano giúp phản ứng hóa học xảy nhanh -Bên cạnh đó, vật liệu nano chứng minh tính bền vững – tính chất quan trọng chất xúc tác công nghiệp sản xuất nhiên liệu -Hơn nữa, với phản ứng hóa học, tốn chất xúc tác sử dụng vật liệu nano  Ứng dụng: -Dùng vật liệu phân tử na nô Cô ban (cobalt nanoparticles) để thay cho chất xúc tác "sang chảnh" vốn sử dụng từ lâu ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu Platium Sở dĩ người ta chọn Platium để làm xúc tác chúng đáp ứng tiêu chí xúc tác cơng nghiệp sản xuất nhiên liệu: hiệu cao ổn định Không dừng lại đó, Platium kim loại quý chúng khan thị trường Nhờ số đặc thù mà Platium nguyên liệu để chế tạo đồ trang sức với tính thẩm mỹ cao Với tất lý trên, sử dụng Platium làm xúc tác cơng nghiệp việc "chi đậm" điều tránh khỏi Platium - vật liệu cho "xa xỉ" để làm xúc tác công nghiệp - Một ứng dụng tiêu biểu khác vật liệu nano ngành công nghiệp chế tạo nhiên liệu việc pha trộn Xê ri (Cerium - loại vật liệu na nô khác) vào nhiên liệu sử dụng cho động đốt Theo đó, pha trộn Xê ri vào nhiên liệu đốt khiến cho hiệu động đốt cải thiện đáng kinh ngạc Xê ri góp phần làm cho việc ô xi hóa bon nhiệt độ thấp so với động dầu diesel thông thường Điều có nghĩa tốn nhiên liệu hơn, khí thải việc sử dụng nhiên liệu góp phần bảo vệ mơi trường b.Vật liệu siêu dẫn  Ưu điểm: Cho phép dòng điện cường độ cực lớn chạy qua gần  khơng có điện trở Ứng dụng: -Vật liệu siêu dẫn nâng cao nhiều hiệu suất tận dụng lượng, tác động lớn tới hướng đầu tư xây dựng sở hạ tầng, ví dụ xe điện tốc độ cao (400-500 km/giờ) chạy đệm từ, mang lại mặt hoàn toàn mẻ cho ngành vận tải biển, đường sắt, sở hạ tầng -Vật liệu sử dụng để chế tạo nam châm điện cực mạnh dùng thiết bị ảnh hoá cộng hưởng từ tính (MRI), tàu đệm từ maglev thiết bị tạo từ trường hình xuyến Tokamak lị phản ứng hạt nhân -Trong tương lai, Chúng sử dụng khối siêu vật liệu để nâng làm xoay khối lượng mà không cần đến kết cấu chịu lực học Ví dụ: Tàu điện ngầm c.Vật liệu sinh học:  Sơ lược: -Vật liệu sinh học chất hợp chất nào(khơng phải thuốc), có nguồn gốc tổng hợp tự nhiên, dung để điều trị, tăng cường, thay mô, tế bào, quan thể  Ứng dụng -Loại keo sinh học có độ dính cao cơng ty thuộc bang Maryland Mỹ chế tạo mà nguyên liệu lấy từ loại vi khuẩn hải dương, cho lên men sản xuất thành keo Loại keo dùng dán tàu thuyền, tàu vũ trụ, thiết bị chống ăn mòn y học lâm sàng Hình: Da nhân tạo Nga chế tạo dùng để chữa bỏng bệnh mắt - Công việc thám ln phải diễn cách bí mật, vậy, nhà khoa học NASA, Mỹ chế tạo loại máy bay thám không người lái từ vật liệu sinh học có khả tự hủy trường hợp không may bị kẻ địch phát  d.Vật liệu điện tử: Sơ lược: -Việc phổ cập kỹ thuật thông tin viễn thông nhanh chóng đổi vật liệu điện tử Các nhà khoa học chế tạo vật liệu nhựa giá thành thấp thay silicon sản xuất mạch tích hợp  Ứng dụng: - Mới tập đồn Philips (Hà Lan) sử dụng vật liệu nhựa làm chất bán dẫn sản xuất hình vi tính thay cho silicon Phương pháp khơng địi hỏi nhiều công đoạn, không yêu cầu nghiêm khắc môi trường nên việc sản xuất đơn giản loại mạch tích hợp silicon, khiến cho cơng nghệ thích hợp cho việc sản xuất hình rộng lớn Giá thành ưu lớn chíp mạch vật liệu nhựa Hiện chi phí đầu tư cho nhà máy sản xuất chíp mạch bán dẫn silicon lên tới tỉ đô-la Mỹ nên giá thành vi mạch lên tới đô-la sử dụng vật liệu nhựa giá thành cịn xu Hình: Màn hình dẻo e.Vật liệu quang điện: Thường dùng để chế tạo pin lượng mặt trời, chuyển lượng mặt trời thành điện Hiện có khoảng 90% tàu không gian hoạt động dựa vào lượng mặt trời Hình: pin lượng mặt trời f.Vật liệu tổng hợp (composite): Sơ lược: -Compsite vật liệu tổng hợp nên từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, nhằm mục đích tạo nên vật liệu mới, ưu việt bền so với vật liệu ban đầu -Vật liệu composite bao gồm có vật liệu cốt Vật liệu đảm bảo việc liên kết cốt lại với nhau, tạo cho vật liệu gồm nhiều thành phần có tính ngun khối, liên tục, đảm bảo cho composite độ bền nhiệt, bền hố khả chịu đựng vật liệu có khuyết tật -Vật liệu composite polyme, kim loại hợp kim, gốm bon Vật liệu cốt đảm bảo cho composite có mođun đàn hồi độ bền học cao -Các cốt composite hạt ngắn, bột, sợi cốt sơi thuỷ tinh, sợi polyme, sợi gốm, sợi kim loại sợi bon,…  Ưu điểm: -Ưu điểm lớn composite thay đổi cấu trúc hình học, phân bố vật liệu thành phần để tạo vật liệu có độ bền theo mong muốn Rất nhiều đòi hỏi khắt khe kỹ thuật đại ( nhẹ, lại chịu nhiệt lên đến 3000oC,…) có composite đáp ứng nổi, vậy, vật liệu composite giữ vai trò then chốt cách mạng vật liệu 10  Ứng dụng: a Trong giao thông vận tải: Thay loại sắt, gỗ, ván VD: càng, thùng trần loại xe oto, số chi tiết xe môtô b Trong hàng hải: Làm ghe, thuyền, thùng, tàu c Trong ngành hàng không: Thay vật liệu sắt, nhôm máy bay dân dụng, quân d Trong quân đội: - Những phương tiện chiến đấu: tàu, cano, máy bay, phi thuyền - Dụng cụ, phương tiện phục vụ cho việc sản xuất nghiên cứu quân đội như: bồn chứa nước hóa chất, khay trồng rau, bia tập bắn e Trong cơng nghiệp hóa chất: - Bồn chứa dung dịch acid (thay gelcoat epoxy nhựa vinyleste) - Bồn chứa dung dịch kiềm ( thay gelcoat epoxy) f Trong dân dụng: - Sản phẩm sơn mài: bình, tơ, chén, đũa - Sản phẩm trang trí nội thất: khung hình, phù điêu, nẹp hình, vách ngăn - Bàn ghế, tủ giả đá, khay, thùng, bồn 11 Biểu đồ thành phần composite máy bay qua năm 12 BÀI TẬP 2: VAI TRỊ CỦA VẬT LIỆU CƠ KHÍ TRONG Q TRÌNH CƠNG NGHIỆP HĨA HIỆN ĐẠI HĨA Ở NƯỚC TA HIỆN NAY  SƠ LƯỢC VỀ VẬT LIỆU CƠ KHÍ Vật liệu khí với khái niệm thơng dụng tất vật chất mà người sử dụng sản xuất có khí để tạo dựng nên sản phẩm cho sống thiết bị máy móc cơng nghiệp,  nông nghiệp, giao thông vận tải, y tế, giáo dục, quân sự… Khái niệm vật liệu khí rộng, đa dạng có tính chất tương đối Có vật liệu kim loại, chất dẻo, composite … Khơng dùng sản xuất khí mà cịn cần xây dựng, kỹ thuật điện, cơng nghiệp hóa học thực  phẩm … Có thể phân loại vật liệu khí theo bảng đây: VẬT LIỆU Vật liệu phi kim loại Kim loại Kim loại chứa sắt Gang 2,5-3,5%C Thép 0,1-1,7%C Vật liệu nhiều thành phần Kim loại không chứa sắt Kim loại nặng >5kg/dm3 Kim loại nhẹ Với phát triển vật liệu ngành khí với hàng ngàn doanh nghiệp bao gồm nhiều thành phần kinh tế tham gia với quy mô vốn đầu tư từ vài tỷ đến hàng ngàn tỷ, với máy móc, thiết bị đủ loại từ đơn giản đến phức tạp ứng dụng công nghệ PLC, CNC …; sản xuất nhiều loại sản phẩm phục vụ cho tất ngành nông – lâm- ngư nghiệp, công nghiệp, dịch vụ, du lịch, phục vụ nhu cầu nước bước đầu vươn thị trường nước -Việt Nam trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước với mục tiêu phần đấu đến năm 2020 trở thành nước cơng nghiệp Chính lẽ mà vai trị thiết yếu vật liệu khí việc phát triển đại vật liệu khí đáp ứng địi hỏi đặt cho q trình phát triển, đáp ứng chuỗi cung ứng sản xuất sản phẩm có giá trị cao có hàm lượng công nghệ kỹ thuật cao, mang lại giá trị kinh tế to lớn cho đất nước Từ phát triển đất nước lĩnh vực, mang lại giàu mạnh văn minh, tiên tiến cho Tổ quốc 18 ... 11 Biểu đồ thành phần composite máy bay qua năm 12 BÀI TẬP 2: VAI TRỊ CỦA VẬT LIỆU CƠ KHÍ TRONG Q TRÌNH CƠNG NGHIỆP HĨA HIỆN ĐẠI HĨA Ở NƯỚC TA HIỆN NAY  SƠ LƯỢC VỀ VẬT LIỆU CƠ KHÍ Vật liệu khí. .. -Việt Nam trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước với mục tiêu phần đấu đến năm 2020 trở thành nước cơng nghiệp Chính lẽ mà vai trị thiết yếu vật liệu khí việc phát triển đại vật liệu khí đáp ứng... HIỆN ĐẠI HĨA ĐẤT NƯỚC -Q trình cơng nghiệp hóa -hiện đại hóa trình xây dựng kinh tế theo hướng công nghiệp, lĩnh vực phải sử dụng công cụ phương tiện máy móc đại ngành cơng nghiệp khí ngành kinh