Cấu trúc và tính chất của vật liệu tổ hợp nền Cu cốt hạt phân tán TiB2 chế tạo bằng phương pháp phối hợp nghiền cơ học, phản ứng tự sinh nhiệt ở nhiệt độ cao và thiêu kết xung plasma

   Tác động của thời gian nghiền trộn trên máy nghiền hành tinh đến tổ chức tế vi của mẫu sau thiêu kết được thể hiện trên hình 2. Với tốc độ nghiền trộn ổn định 300 vòng/phút, sau 30 phút nghiền trộn, các hạt sản phẩm SHS bị biến dạng dẻo và phá huỷ tạo ra những vệt màu tối trong nền Cu (hình 2a). Còn sau 60 phút nghiền trộn, toàn bộ hạt sản phẩm SHS bị phá vỡ hoàn toàn và phân tán đồng đều trong nền Cu (hình 2b). Nếu như tăng tiếp thời gian nghiền lên đến 150 và 180 phút, tổ chức tế vi của mẫu giống hệt như với thời gian nghiền 60 phút. Như vậy, thời gian nghiền 60 phút được khẳng định là tối ưu, vật liệu đã đạt đến trạng thái đồng đều tới hạn.

   Các tính chất của vật liệu tổ hợp Cu-4.5%TiB₂ bao gồm tỷ trọng tương đối, độ cứng, giới hạn bền kéo, giới hạn chảy, môđun đàn hồi, độ mài mòn và độ dẫn điện được chế tạo theo các chế độ nghiền trộn khác nhau được trình bày trong bảng 1.

   Tất cả các mẫu đều đạt tỷ trọng tương đối γ > 98%. Đây là kết quả của quá trình thiêu kết xung điện SPS, một phương pháp tiên tiến và hiệu quả. Thời gian nghiền tăng, cơ tính tăng mãnh liệt, và độ dẫn điện có giảm nhẹ. Sự thành công trong việc tăng cơ tính mà vẫn đảm bảo độ dẫn điện cao cho hệ vật liệu tổ hợp này là kết quả của việc tạo ra cốt hạt phân tán siêu mịn phân tán trong nền đồng bằng phản ứng SHS và sự đồng đều hoá bằng phương pháp nghiền trộn cơ học trong máy nghiền hành tinh.

   Các cơ tính cao nhất của vật liệu tổ hợp Cu-TiB₂ đạt tại điều kiện thí nghiệm: nghiền trộn trên máy nghiền hành tinh với thời gian nghiền 60 phút, tốc độ nghiền 300 vòng/phút, được thể hiện trong bảng 1 và bảng 2 để so sánh với tính chất của các hệ vật liệu được sử dụng làm điện cực mới được phát triển trong thời gian gần đây. Các chỉ số về cơ tính và tính dẫn điện của vật liệu tổ hợp Cu-4,5%TiB₂ trong công trình này đã vượt ngưỡng chuẩn vật liệu điện cực tổ hợp Cu-Al₂O₃ và nó đã thiết lập nên một chuẩn mới cho hệ vật liệu điện cực.

4. Kết luận

   Hệ vật liệu tổ hợp nền Cu – 4,5% TiB₂ về thể tích với cỡ hạt nhỏ hơn 250 nm đã được chế tạo thành công bằng sự phối hợp các phương pháp nghiền trộn cơ học, phản ứng tự sinh nhiệt ở nhiệt độ cao và thiêu kết bằng xung plasma. Các tính chất cơ học và tính dẫn điện vượt ngưỡng chuẩn và ưu việt hơn hẳn so với một số hệ vật liệu tổ hợp điện cực được phát triển gần đây. Công trình cũng khảo sát ảnh hưởng quá trình nghiền trộn đến cấu trúc và tính chất của vật liệu và đã đưa ra được chế độ công nghệ hợp lý cho việc chế tạo hệ vật liệu này.

Cảm ơn

   Các thực nghiệm của công trình này được thực hiện tại phòng thí nghiệm NPMP, Trường Đại học Ulsan, Hàn Quốc. Các tác giả xin chân thành cảm ơn GS Ji-Soon Kim và GS Kwon Yoong-Soo về sự hỗ trợ thực hiện công trình.

[symple_box color=”gray” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]

Tài liệu trích dẫn

1. Arthur K. Lee, Nicholas J. Grant, Mat. Sci. Eng. A, Vol. 60 (1983), pp 213-223
2. D.W. Lee, B.K. Kim, Mat. Lett. Vol. 58 (2004), pp 378– 383
3. Wang Mengjun, Zhang Liyong and Liu Xinyu, J. Mat. Pro. Tech., Vol. 169 (2005) pp 62–66
4. Kae Myung Kang, and Jong Unchoi, Korean J. Mat. Re. Vol. 14. No.1 (2004) 
5. William D. Callister, Fundamentals of Materials Science and Enginerring, John Wiley&Sons, Inc (2003), USA.
6. Yong-Soon Kwon, D.V. Dudina, O.I. Lomovsky, Michail A. Korchagin, Ji-Soon Kim, Korean J. Mat. Re., Vol. 10. No.3 (2003).
7. http://www.scm-sps.com
8. M. Lopez. D. Crredor, C. Camurri, V. Vergara, J. Jimenez, Mat. Charac., Vol. 55 (2005), pp 252-262
9. Rodrigo H. Palma, Aquiles H. Sep´ulveda, Rodrigo A. Espinoza, Roberto C. Montiglio, J. Mat. Pro. Tech., Vol. 169 (2005), pp 62–66

[/symple_box][symple_clear_floats]