Bài 6: Vật liệu mới | Công Nghệ Công Nghệ Cơ Khí | Chương II: Vật liệu cơ khí - Lớp 11 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 29)

Hình 6.1

Em hãy quan sát chiếc xe đua Công thức 1 ở Hình 6.1 và cho biết:

- Vỏ của xe đua làm bằng vật liệu gì?

- Vật liệu này có những tính chất gì đặc biệt so với các vật liệu thông thường? 

I – KHÁI NIỆM VẬT LIỆU MỚI 

Vật liệu mới là những loại vật liệu không nằm trong danh mục vật liệu truyền thống sẵn có đang được sử dụng để sản xuất. Vật liệu mới thường là những vật liệu có tính chất cơ học như độ bền, độ cứng,...; tính chất vật lí như nhiệt, điện, quang học,...; tính chất hoá học vượt trội so với các vật liệu truyền thống hoặc là những vật liệu có thể thay đổi tính chất, hình dạng theo môi trường hoạt động để thích nghi với sự thay đổi của môi trường.

II – MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU MỚI

1. Vật liệu nano

Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc hạt tinh thể có kích thước cỡ nanômét. Ở quy mô kích thước này, vật chất xuất hiện những tính chất vật lí, hoá học và sinh học hoàn toàn khác so với ở kích thước bình thường. Một số vật liệu trở nên bền và nhẹ hơn; một số khác dẫn điện, truyền nhiệt hoặc phản xạ ánh sáng tốt hơn do kích thước hoặc cấu trúc của chúng bị thay đổi. Những đặc tính mới này có khả năng gây ra những tác động lớn trong lĩnh vực cơ khí, điện tử, y học và các lĩnh vực khác.

(Trang 30)

Hình 6.2. Vật liệu nano

Ứng dụng của vật liệu nano trong lĩnh vực cơ khí bao gồm:

- Trong công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô, vật liệu nano được dùng để tạo ra các vật liệu siêu nhẹ – siêu bền dùng cho sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ....

- Trong công nghiệp chế tạo robot, vật liệu nano dùng để chế tạo loại robot mini để ứng dụng vào trong các lĩnh vực y tế, sinh học....

- Trong chế tạo máy, vật liệu nano được dùng để làm các lớp phủ lên các bạc trục, các trục để chống mài mòn; các lớp phủ lên các bề mặt của các chi tiết máy để chống ăn mòn,...

Kết nối năng lực

2. Vật liệu composite

Composite là vật liệu được tổ hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu thành phần khác nhau trong đó bao gồm vật liệu cốt (có tác dụng tăng độ bền) và vật liệu nền (có tác dụng liên kết vật liệu cốt lại với nhau). Vật liệu composite có độ cứng, độ bền cao, khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn, chống ăn mòn tốt nhưng có khối lượng riêng nhỏ.

Các ứng dụng của vật liệu composite trong lĩnh vực cơ khí bao gồm:

- Trong cơ khí động lực, vật liệu composite được dùng để chế tạo vỏ máy bay, ô tô, tàu thuỷ;

- Trong chế tạo máy, vật liệu composite được dùng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt; các trục truyền, bánh răng....

- Trong công nghiệp robot, vật liệu composite được dùng để chế tạo các chi tiết của robot, cánh tay robot,...

- Ngoài ra vật liệu composite còn được dùng để chế tạo các bình chịu áp lực; cánh quạt tua bin gió; ống dẫn chất lỏng, chất khí;...

(Trang 31)

Hình 6.3. Các ứng dụng của vật liệu composite

Khám phá

Kết nối năng lực

3. Vật liệu có cơ tính biến thiên

Vật liệu có cơ tính biến thiên (hay còn gọi là vật liệu phân lớp chức năng, viết tắt theo tên tiếng Anh là FGM) là vật liệu composite tiên tiến gồm hai hoặc nhiều thành phần vật liệu được thiết kế để có sự thay đổi liên tục các tính chất của vật liệu trong không gian. Điều này đạt được bằng cách thay đổi dần các phần thể tích và/hoặc cấu trúc vì mô của các vật liệu cấu thành trong quá trình chế tạo.

Các vật liệu cấu thành cho vật liệu có cơ tính biển thiên được chọn dựa trên các yêu cầu về tính năng sử dụng của vật liệu. Điều này cho phép vật liệu có được chất lượng tốt nhất từ các loại vật liệu thành phần, tránh được ăn mòn, mỏi, đứt gãy và bong tách do sự chuyển đổi đột ngột về tính chất vật liệu trên bề mặt phân cách giữa các vật liệu khác nhau như trong các loại vật liệu composite thông thường.

Hình 6.4. Các ứng dụng của vật liệu có cơ tính biến thiên

a) Động cơ tên lửa

b) Thân máy bay vũ trụ

(Trang 32)

Các ứng dụng của vật liệu có cơ tính biến thiên trong lĩnh vực cơ khí bao gồm:

- Trong công nghiệp hàng không, vũ trụ, vật liệu có cơ tính biến thiên tham gia trong thành phần của động cơ tên lửa, thân máy bay, tàu vũ trụ,... (Hình 6.4a, 6.4b).

- Trong cơ khí động lực, vật liệu có cơ tính biến thiên được dùng để chế tạo linh kiện động cơ, dùng làm lớp vỏ cản nhiệt để giảm thất thoát nhiệt từ các bộ phận của hệ thống xả động cơ.

- Ngoài ra, vật liệu có cơ tính biến thiên còn được ứng dụng làm các chi tiết trong các máy công cụ, dụng cụ cắt,...

Thông tin bổ sung

Kết nối năng lực

4. Hợp kim nhớ hình

Hợp kim nhớ hình là một loại vật liệu có thể ghi nhớ được hình dạng ban đầu của nó. Các chi tiết làm bằng hợp kim nhớ hình khi bị biến dạng bởi tác động của ngoại lực sẽ khôi phục lại hình dạng ban đầu nhờ một quá trình cơ nhiệt thích hợp. Hiện nay người ta đã chế tạo được hàng chục loại hợp kim nhớ hình nhưng loại hợp kim nhớ hình điển hình nhất là hợp kim nitinol, một hợp kim của nickel và titanium.

Hình 6.5. Hợp kim nhớ hình

DÂY NITINOL - DÂY NHỚ HÌNH

Sợi dây bằng hợp kim nhớ hình nitinol

Sợi dây bằng hợp kim nhớ hình nitinol có thể uốn theo dạng bất kì khi làm lạnh

Sợi dây bằng hợp kim nhớ hình nitinol trong nước lạnh

Đun nóng nước sợi dây bằng hợp kim nhớ hình nitinol trở về hình dạng ban đầu

(Trang 32)

Hình 6.6. Các ứng dụng của hợp kim nhớ hình

a) Bộ truyền động cho bàn tay giả

b) Chuồn chuồn robot

Các ứng dụng của hợp kim nhớ hình trong lĩnh vực cơ khí bao gồm:

- Trong công nghiệp chế tạo robot, các hợp kim nhớ hình được dùng để chế tạo các chi tiết máy, cơ cấu ở cấp độ micro như bộ kẹp micro thụ động, bộ truyền động cho bàn tay giả (Hình 6.6a), chuồn chuồn robot (Hình 6.6b)....

- Trong công nghiệp ô tô, hợp kim nhớ hình được sử dụng để làm các bộ truyền động thay thế cho các bộ truyền động điện từ trong ô tô.

- Trong công nghiệp hàng không, vũ trụ, hợp kim nhớ hình được dùng để chế tạo cánh quạt máy bay thông minh và cánh máy bay có thể tăng khả năng cơ động và khả năng điều khiển bằng cách thay đổi hình dạng của bề mặt điều khiến. Bằng cách này có thể thực hiện thao tác nâng và vặn hoặc nó có thể được sử dụng để giảm lực cản.

Kết nối năng lực

Khám phá

Vận dụng