Bài 6: Vật liệu mới

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 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.

- Ngoài ra, vật liệu mới cũng có thể thay đổi tính chất, hình dạng theo môi trường hoạt động để thích nghi với sự thay đổi của môi trường.

I. MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU MỚI

1. Vật liệu nano

- Vật liệu nano là loại có cấu trúc hạt tinh thể với kích thước cỡ nanômét.

- Ở quy mô này, vật liệu có những tính chất vật lí, hoá học và sinh học khác so với kích thước bình thường.

- Một số vật liệu trở nên bền và nhẹ hơn, một số khác có khả năng:

+ Dẫn điện.

+ Truyền nhiệt.

+ Phản xạ ánh sáng tốt hơn.

=> Thúc đẩy sự phát triển trong mọi lĩnh vực cơ khí, điện tử, y học và các lĩnh vực khác.

- 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.

=> Để sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay,...

+ Trong công nghiệp chế tạo robot, vật liệu nano được dùng để chế tạo loại robot mini.

=> Để ứng dụng vào các lĩnh vực y tế, sinh học,...

+ Trong chế tạo máy, vật liệu nano được sử dụng để làm lớp phủ trên các bạc trục, lớp phủ lên bề mặt của các chi tiết máy.

=> Để chống ăn mòn.

2. Vật liệu composite

- Composite là vật liệu được tổ hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu thành phần khác nhau, gồm:

+ Vật liệu cốt (tăng độ bền).

+ Vật liệu nền (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.

+ Khối lượng riêng nhỏ.

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

+ Trong cơ khí động lực được dùng để chế tạo vỏ máy bay, ô tô, tàu thuỷ.

+ Trong chế tạo máy được dùng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt, các trục truyền,...

+ Trong công nghiệp robot được dùng để chế tạo các chi tiết của robot, cánh tay robot,...

+ Ngoài ra còn chế tạo các bình chịu áp lực, cánh quạt tua bin gió,...

3. Vật liệu có cơ tính biến thiên

* Vật liệu có cơ tính biến thiên là vật liệu composite tiên tiến có tính chất thay đổi liên tục trong không gian.

* Điều này đạt được bằng cách thay đổi dần các phần thể tích, cấu trúc vi mô của các vật liệu cấu thành trong quá trình chế tạo.

* Vật liệu có cơ tính biến thiên được chọn từ các vật liệu thành phần.

=> Để đáp ứng yêu cầu về tính năng sử dụng của vật liệu.

* Vật liệu có cơ tính biến thiên tránh được các vấn đề ăn mòn, mỏi, đứt gãy và bong tách giữa các vật liệu khác nhau như trong các loại vật liệu composite thông thường.

* Các ứng dụng của vật liệu có cơ tính biến thiên trong lĩnh vực cơ khí 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,...

- Trong cơ khí động lực, vật liệu có cơ tính biến thiên được sử dụng để:

+ Chế tạo linh kiện động cơ.

+ Làm lớp vỏ cản nhiệt.

=> Để giảm thất thoát nhiệt từ các bộ phận của hệ thống xả động cơ.

- Ngoài ra, vật liệu này còn được ứng dụng làm các chi tiết trong các:

+ Máy công cụ.

+ Dụng cụ cắt.

4. Hợp kim nhớ hình

* Hợp kim nhớ hình là loại vật liệu có khả năng ghi nhớ được hình dạng ban đầu của nó.

* Khi bị biến dạng, các chi tiết làm bằng hợp kim nhớ hình có thể khôi phục lại hình dạng ban đầu qua một quá trình cơ nhiệt thích hợp.

* Hiện nay có hàng chục loại hợp kim nhớ hình được chế tạo.

* Tuy nhiên loại điển hình nhất là hợp kim nitinol, một hợp kim của nickel và titanium.

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

- Trong công nghiệp chế tạo robot, dùng để chế tạo các chi tiết máy, cơ cấu ở cấp độ micro như:

+ Bộ kẹp micro thụ động.

+ Chuồn chuồn robot,...

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

- Trong công nghiệp hàng không, vũ trụ, được dùng để:

+ Chế tạo cánh quạt máy bay thông minh.

+ 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 khiển.