BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẢO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HẢ NỌI NGUYÊN ĐỨC DUY DE TAL: CHE TAO VAT LIEU NANOCOMPOZIT NEN CU COT HAT PHAN TAN ALO; BANG PHUONG PHAP CO -TI6A KET TOP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT VẶT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA HỌC: TS NGUYEN DANG THUY TIẢ NỘI - 2010 LỜI CAMĐOAN Tôi xin cam đoan đây lả công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi. Các số liệu, kết quả nghiền cửu trong, luận văn nảy lả trung thực và chưa từng được ai công bổ trong bắt kỷ công trình nghiên cửu nào trước đây. 'Tác giả luận văn: Nguyễn Đức Duy MỤC LỤỊC Trang Trang phụ bia Lời cam đoan Mục lục Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đỗ thị Phần mỏ đâu CHUGNG 1. TONG QUAN Vit VAT LIEU COMPOZIT NEN KIM LOAT 1.1 Vật liệu compozit 1.1 Khải niệm về vật liệu compozit 1.2 Phân loại vật liệu compozit 1.2 Vật liệu compozit nén kim loại 1.1 Thành nhần cầu tạo 1.1 Vật liện nên 1.2 Vật liệu cốt 1.2 Các dạng liên kết nên - cốt 1.1 Liên kết cơ học 1.2 Liên kết có tạo pha trung gian 1.3 Liên kết hỗn họp 1.3 Vật liệu compozit cốt hạt 1.1 Compozit hat thé 1.1 Đặc điểm của vật liệu compozit hat thd 1.2 Một số composit hại thô thông dung 1.2 Compozit hạt mịn (phân lân) 1.1 Đặc điểm của vật liệu compozit héa bén phan tan 1.2 Một số compozit hóa bên phần tán.3 Lỷ thuyết hóa bên phân tán 1.1 Đường lệch bị uốn cong giữa các hạt phân tán 1.2 Đường lệch cắt hạt phân tán 1.4 Một số phương, pháp chế tạo vật liệu eompozit cốt hạt 1.1 Phương pháp biển đạng tạo hinh vật liệu bét va compozit hạt 1.2 Phương pháp khuếch tán 1.3 Một sổ phương pháp khac 1.4 Tỗng quan về vật liệu kỹ thuật điện trên cơ sở nên Cu - vật liệu compozit nền Cu 16 1.1 Vật liệu kỹ thuật điện và những yêu cầu đổi với vật liệu kỹ thuậi điện 1.2 Đông - Vật liệu kim loại có điện đẫn cao sử dụng rộng rãi nhất 1.1 Đồng (Cu) và tính chất của Cũ 1.2 Sự hóa bến bằng cách lắm nhỏ hạt 1.3 Sự hóa bến bằng dung địch rắn (hợp kim hóa) 1.4 Sự hóa bổn bằng các hạt gốm phân tán (campozit) 1.E Vật liệu compozit Cu-ALO; 1.6 Tỉnh hình nghiên cứu và ứng dung vật liệu compozit nền kim loại trong và ngaài nước 1.7 Kết luận chương1 CHUONG 2.
CONG NGHE CHE TAO VAT LIEU NANOCOMPOZIT Cu-ALOs BANG PHUONG PHAP CO- HOA KET HOP 2.1 Cơ sỡ lý thuyết quả trình nghiỀn cơ - hóa 2.1 Sự phát triển của phương pháp nghiễn trận cơ học 2.2 Cơ chế của quá trinh nghiên trộn cơ học 2.1 Sự va chạm Irong quá trình nghiền 2.2 Su hàn nguội 1.3 Các giai đoạn của quả trình nghiển lrộn co hoe 2.4 Các thông số cơ bản của quả trình nghiền.2 Lý thuyết quá trình Ép - Thiêu kết DANII MUC CAC HINE VE, BO THI Hình Tựa hình Trang 1.1 5ø đỗ phản loại vật liện compozit theo hình dạng cốt 1â 12 Hinh đạng các hạt cốt WC 20 13 Ảnh SIM các hại vậi liệu bội Ag va Cu 20 14 — Trình tự chuyển động của 24 15 Qui trình công nghệ chế tạo sản phẩm bột va compozit bằng phương pháp biển đạng tạo hình 25 16 _ Một số phương pháp sân xuất vật liệu cempozit cốt hạt khác 26 .7_ Ảnh hưởng của các nguyên tổ tạp chất đến độ dẫn điện của Cu 30 18 _ Ce tinh va tinh din điện của Cu nguyên chải [L5] 31 19 Ảnh huởng của nhiệt độ nung đến độ cứng của MZC và Cu-Ni-Ti 34 110 Ảnh TEM cau trúc tế vi hợp kim Ct-Ni-Ti sau 1 giờ nung ở (3) 1005°K va (b) 1227°K làm nguội bằng không khi đến nhiệt độ phòng [32] 34 111 Dé otmg ofa hén hop Cu-5%(thé tich) TC [20] 36 1.12 Ảnh TEM hỗn hợp Cu-5%(thể tieh)TiC ép chãy [20] 36 113 Một số chỉ tiết chế tao tir vat ligu té hop hop kim Al (A356)-SiC ding trong ché tan may 43 21 Sự va chạm của bị nghiễn - hỗn hợp bột - bi nghiển trang cá trình nghiễn trộn cơ học 47 2.2 Méi quan hé giita dd bén liên kết và síc căng biến dạng [15] 48 23 Các giai đoạn quá trình nghiễn trộn cơ học vật liệu đẻo - đếo 50 24 Các giai đoạn quá trình nghiền trộn cơ học vật liệu dẻo - đòn 30 2. Một số thiết bị thông dụng đùng để nghiền trộn cơ học 52 2.6 __ Sơ đỗ nguyên lý nghiên bị trong máy nghiên cánh khuấy 33 27 Kichthưỏe của khuôn ép sơ bộ 38 28 __ BÉ mãi tiếp xúc cúa hỗn hợp vật liệu bột trước (a) và sau thiêu kết ) 59 29 Sơ đồ qui trình công nghệ chế tạo vật liệu Cu-Al;O; 64 3.1 Máy nghiền bí kiểu cảnh khuáy 68 32 __ Một số chỉ tiết của máy nghiên cánh khuay 68 3.1 Ep tạo hình kim loại bột - Ép sơ bô 2.2 Quả trình thiêu kết 2.1 Cơ sở hỏa lý của quả trình thiên kết 58 2.2 Phân loại các đạng thiêu kết 60 2.3 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản đến quá trình.3 Qui trình công nghệ chế tạo vật Hệu nanocompozlt Cu-ALO, bang phương pháp cơ - hóa kết hợp 62 3. L Cơ sở lựa chọn phương pháp công nghệ 62 2.2 Đề xuÃI qui Irinh cong nghệ chế tạo vật liệu Cu-Al-O; 64 2.4 Kết luận chương 2 65 CHƯƠNG 3. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VAT LIEU NANOCOMPOZIT Cu-ALO; 3.1 Công đoạn nghiền trộn cơ học 3.1 Mục đích của quá trình nghiễn bí 3.2 Phương pháp thực nghiệm.3 Tỉnh toán phối liệu 3.4 Các giai đoạn trong quả trình nghiên 3.2 Công đoạn ép tạo hình sơ bộ 3.3 Phương pháp ép 3.4 Thiết bi ép 3.3 Công đoạn thiêu kết 3.2 Chế độ thiêu kết 3.3 Thiết bị thiêu kết 3.1 Ep tạo hình kim loại bột - Ép sơ bô 2.2 Quả trình thiêu kết 2.1 Cơ sở hỏa lý của quả trình thiên kết 58 2.2 Phân loại các đạng thiêu kết 60 2.3 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản đến quá trình.3 Qui trình công nghệ chế tạo vật Hệu nanocompozlt Cu-ALO, bang phương pháp cơ - hóa kết hợp 62 3.
L Cơ sở lựa chọn phương pháp công nghệ 62 2.2 Đề xuÃI qui Irinh cong nghệ chế tạo vật liệu Cu-Al-O; 64 2.4 Kết luận chương 2 65 CHƯƠNG 3. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VAT LIEU NANOCOMPOZIT Cu-ALO; 3.1 Công đoạn nghiền trộn cơ học 3.1 Mục đích của quá trình nghiễn bí 3.2 Phương pháp thực nghiệm.3 Tỉnh toán phối liệu 3.4 Các giai đoạn trong quả trình nghiên 3.2 Công đoạn ép tạo hình sơ bộ 3.3 Phương pháp ép 3.4 Thiết bi ép 3.3 Công đoạn thiêu kết 3.2 Chế độ thiêu kết 3.3 Thiết bị thiêu kết Hình Tựa hình Trang 33 — Cân điện tử, độ chính xác l0”g 7 3.4 Ảnh SEM hình đạng mẫu hỗn họp bệt ban dau Cu-CuO-Al (a) va sau khi nghiên với tắc độ nghiễn 620 vg/ph trong thỏi gian 16h (b) T2 35 May phân tích rơnghen D5005 - SIEMENS 72 3. Giản đỗ nhiều xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột ban đầu 75 37. Giản đỗ nhiễu xa X~ay mẫu hỗn hợp vậi liệu bội san 4h nghiên 76 3.8 Giản để nhiễu xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột sau 6h nghiễn 71 3.
Giản đỗ nhiều xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột sau 12h nghiễn.10 Giản để nhiễu xạrơnghen của mẫu hễn hợp vật liệu bột 9 3.11 Mẫu bị nứt tách lớp khi ép sơ bộ với áp lực ép 400 MPa 80 312 Khuôn vả chảy ép sơ bộ RI 3.13 May ép thủy lực 100T 81 3.14 Giản đỗ thiêu kết mẫu Cu-Al©› 82 3.15 Lo thiéu két Linn 1300 83 3.16 _ Giản đã nhiễu xạ X-ray mẫu Cn-Al;O; sau khi thiểu kết 84 41 Môhinhxác định độ xốp của vật liệu Cu-Al:O; 37 42 — Anh bién vi quang hoc mau Cu-l0%(khdi lượng)Al-O; sau khi thiêu kết ở 700°C trong 3h, X200 (a), X500 (b) 91 43 Kinhhiến vi điện tử quét phát xạ trường HITACHI 3-4800 92 44 Ảnh 8§EM mẫu Cu-10%(khối luợng)Al;O; sau khi thiêu kết ở 700°C trong 3h (30.000) 92 45 Anh SEM min Cu-l0%(khdi Inong)ALO; sau khi thiểu kết ở 760°C: trang 3h (X50.000) 93 46 — Ảnh SEM mẫu Cu-I0O%(khỗi lượng)AlaO; sau khí thiêu kế! ở 760°C trong 3h (80.000) 9 47 Mô hinh nghiên cửu qui hoạch thực nghiệm 95 3.1 Ep tạo hình kim loại bột - Ép sơ bô 2.2 Quả trình thiêu kết 2.1 Cơ sở hỏa lý của quả trình thiên kết 58 2.2 Phân loại các đạng thiêu kết 60 2.3 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ cơ bản đến quá trình.3 Qui trình công nghệ chế tạo vật Hệu nanocompozlt Cu-ALO, bang phương pháp cơ - hóa kết hợp 62 3. L Cơ sở lựa chọn phương pháp công nghệ 62 2.2 Đề xuÃI qui Irinh cong nghệ chế tạo vật liệu Cu-Al-O; 64 2.4 Kết luận chương 2 65 CHƯƠNG 3. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VAT LIEU NANOCOMPOZIT Cu-ALO; 3.1 Công đoạn nghiền trộn cơ học 3.1 Mục đích của quá trình nghiễn bí 3.2 Phương pháp thực nghiệm.3 Tỉnh toán phối liệu 3.4 Các giai đoạn trong quả trình nghiên 3.2 Công đoạn ép tạo hình sơ bộ 3.3 Phương pháp ép 3.4 Thiết bi ép 3.3 Công đoạn thiêu kết 3.2 Chế độ thiêu kết 3.3 Thiết bị thiêu kết Hình Tựa hình Trang 33 — Cân điện tử, độ chính xác l0”g 7 3.4 Ảnh SEM hình đạng mẫu hỗn họp bệt ban dau Cu-CuO-Al (a) va sau khi nghiên với tắc độ nghiễn 620 vg/ph trong thỏi gian 16h (b) T2 35 May phân tích rơnghen D5005 - SIEMENS 72 3. Giản đỗ nhiều xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột ban đầu 75 37.
Giản đỗ nhiễu xa X~ay mẫu hỗn hợp vậi liệu bội san 4h nghiên 76 3.8 Giản để nhiễu xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột sau 6h nghiễn 71 3. Giản đỗ nhiều xạ X-ray mẫu hỗn hợp vật liệu bột sau 12h nghiễn.10 Giản để nhiễu xạrơnghen của mẫu hễn hợp vật liệu bột 9 3.11 Mẫu bị nứt tách lớp khi ép sơ bộ với áp lực ép 400 MPa 80 312 Khuôn vả chảy ép sơ bộ RI 3.13 May ép thủy lực 100T 81 3.14 Giản đỗ thiêu kết mẫu Cu-Al©› 82 3.15 Lo thiéu két Linn 1300 83 3.16 _ Giản đã nhiễu xạ X-ray mẫu Cn-Al;O; sau khi thiểu kết 84 41 Môhinhxác định độ xốp của vật liệu Cu-Al:O; 37 42 — Anh bién vi quang hoc mau Cu-l0%(khdi lượng)Al-O; sau khi thiêu kết ở 700°C trong 3h, X200 (a), X500 (b) 91 43 Kinhhiến vi điện tử quét phát xạ trường HITACHI 3-4800 92 44 Ảnh 8§EM mẫu Cu-10%(khối luợng)Al;O; sau khi thiêu kết ở 700°C trong 3h (30.000) 92 45 Anh SEM min Cu-l0%(khdi Inong)ALO; sau khi thiểu kết ở 760°C: trang 3h (X50.000) 93 46 — Ảnh SEM mẫu Cu-I0O%(khỗi lượng)AlaO; sau khí thiêu kế! ở 760°C trong 3h (80.