Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Vật liệu kĩ thuật – Đề 2

Silicon (Si) là vật liệu bán dẫn phổ biến nhất do tính chất bán dẫn phù hợp, sự phong phú trong tự nhiên, và công nghệ chế tạo silicon đã được phát triển rộng rãi và hiệu quả về chi phí. Mặc dù các vật liệu khác như Germanium và Gallium Arsenide cũng là bán dẫn, nhưng Silicon chiếm ưu thế trong sản xuất vi mạch tích hợp.

Phân hủy quang hóa là quá trình suy thoái vật liệu do tác động của ánh sáng, đặc biệt là tia cực tím trong ánh sáng mặt trời. Nó gây ra sự phá vỡ liên kết hóa học trong polyme, dẫn đến suy giảm tính chất cơ học như độ bền và độ dẻo. Các lựa chọn khác không liên quan trực tiếp đến tác động của ánh sáng mặt trời lên polyme.

Màu sắc bề mặt của vật liệu không có tác động đáng kể đến độ bền cơ học của nó. Độ bền vật liệu phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể (ví dụ: kích thước hạt, khuyết tật mạng), thành phần hóa học (loại và tỷ lệ các nguyên tố), và phương pháp gia công (ví dụ: nhiệt luyện, biến dạng dẻo). Màu sắc là tính chất quang học, không liên quan trực tiếp đến độ bền.

Kim loại là vật liệu điển hình có cấu trúc tinh thể (ngoại trừ kim loại vô định hình), dẫn điện và dẫn nhiệt tốt do sự di chuyển tự do của electron, và có ánh kim do khả năng phản xạ ánh sáng tốt. Các loại vật liệu khác không có đầy đủ các đặc tính này.

Mỏi vật liệu là hiện tượng suy giảm độ bền và phá hủy vật liệu dưới tác dụng của tải trọng tuần hoàn (hoặc tải trọng biến đổi theo chu kỳ) có giá trị nhỏ hơn nhiều so với độ bền tĩnh của vật liệu. Tải trọng tĩnh là tải trọng không đổi, tải trọng va đập là tải trọng tác dụng nhanh và mạnh, tải trọng nhiệt là tải trọng do nhiệt độ gây ra.

Điểm nóng chảy là tính chất vật lý, cụ thể là tính chất nhiệt, mô tả nhiệt độ mà tại đó vật liệu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Độ bền kéo, độ cứng và độ dẻo là các tính chất cơ học, mô tả phản ứng của vật liệu khi chịu tác dụng của lực hoặc ứng suất.

Tôi ram là quá trình nhiệt luyện thép được thực hiện sau khi tôi cứng để giảm độ giòn, là nhược điểm của thép đã tôi cứng. Tôi ram giúp cải thiện độ dẻo dai và độ bền va đập của thép bằng cách giảm ứng suất dư và điều chỉnh cấu trúc tế vi, mà không làm giảm đáng kể độ cứng.

Đúc khuôn (injection molding) là phương pháp gia công rất hiệu quả để sản xuất hàng loạt các sản phẩm polyme nhiệt dẻo có hình dạng phức tạp. Polyme nhiệt dẻo được nung chảy và ép vào khuôn, sau đó làm nguội để tạo hình sản phẩm. Gia công cắt gọt có thể tạo hình phức tạp nhưng thường chậm và tốn kém hơn cho sản xuất hàng loạt. Hàn và rèn không phù hợp với polyme nhiệt dẻo.

Gốm Alumina (Al₂O₃) thường được sử dụng làm chất nền trong vi điện tử do tính chất cách điện tốt, độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt và chi phí tương đối thấp. Silicon là vật liệu bán dẫn chính, không phải chất nền cách điện. Đồng và nhôm là chất dẫn điện, không phù hợp làm chất nền cách điện.

Đồng (Cu) có độ dẫn điện cao nhất trong số các vật liệu được liệt kê ở nhiệt độ phòng. Đồng là vật liệu dẫn điện tiêu chuẩn trong nhiều ứng dụng điện và điện tử. Nhôm cũng là chất dẫn điện tốt nhưng độ dẫn điện thấp hơn đồng. Sắt và vonfram có độ dẫn điện thấp hơn đáng kể so với đồng và nhôm.

Thấm carbon (carburizing) là quá trình xử lý nhiệt bề mặt thép carbon thấp để khuếch tán carbon vào lớp bề mặt. Lớp bề mặt giàu carbon sau đó có thể được tôi cứng để tạo ra lớp vỏ cứng và chống mài mòn, trong khi lõi thép vẫn giữ được độ dẻo dai ban đầu do hàm lượng carbon thấp. Tôi toàn phần làm cứng toàn bộ tiết diện, ủ làm mềm, và ram giảm độ cứng của thép đã tôi.

Thiêu kết là giai đoạn quan trọng trong luyện kim bột. Sau khi bột kim loại được ép thành hình dạng 'phôi xanh', phôi này được nung nóng ở nhiệt độ cao (nhưng dưới điểm nóng chảy của kim loại chính). Nhiệt độ cao tạo điều kiện cho các hạt bột kim loại khuếch tán và liên kết với nhau, tạo thành vật liệu đặc chắc và có độ bền cơ học. Ép bột tạo hình, nghiền bột và phủ lớp bảo vệ là các công đoạn khác trong quá trình luyện kim bột.

Thép không gỉ Austenitic, ví dụ như thép 304 và 316, chứa cả crom và niken. Niken giúp ổn định pha Austenitic và cải thiện độ dẻo và độ dai, trong khi crom tạo ra lớp màng oxit bảo vệ chống ăn mòn. Loại thép này rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong đồ gia dụng, thiết bị y tế và nhiều ứng dụng khác đòi hỏi khả năng chống ăn mòn tốt. Các loại thép không gỉ khác có thành phần và đặc tính khác nhau.

Kiểm tra siêu âm sử dụng sóng âm tần số cao để truyền vào vật liệu. Khi sóng âm gặp khuyết tật (như vết nứt, rỗng), một phần sóng âm sẽ bị phản xạ trở lại đầu dò. Việc phân tích sóng phản xạ giúp xác định vị trí, kích thước và hình dạng của khuyết tật. Các phương pháp NDT khác dựa trên các nguyên lý vật lý khác nhau.

Gốm sứ kỹ thuật, đặc biệt là alumina, nổi tiếng với độ cứng cao và khả năng chịu mài mòn, làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng như dụng cụ cắt và các bộ phận chịu mài mòn. Các lựa chọn khác có độ cứng và khả năng chịu mài mòn kém hơn đáng kể.

Vị trí trống (vacancy) là loại khuyết tật điểm trong đó một vị trí nguyên tử bình thường trong mạng tinh thể bị bỏ trống. Sự hiện diện của vị trí trống làm giảm số lượng nguyên tử trên một đơn vị thể tích, do đó làm giảm mật độ vật liệu. Nguyên tử thay thế và nguyên tử xen kẽ có thể làm tăng hoặc ít thay đổi mật độ, còn đường xoắn ốc là khuyết tật đường, không phải khuyết tật điểm.

Liên kết kim loại tạo ra 'biển' electron tự do bao quanh các ion kim loại dương. Các electron tự do này cho phép các lớp nguyên tử kim loại trượt lên nhau một cách dễ dàng mà không phá vỡ liên kết mạnh, dẫn đến tính chất dẻo và dễ uốn đặc trưng của kim loại. Các loại liên kết khác không tạo ra cấu trúc và đặc tính này.

Ủ là quá trình nhiệt luyện bao gồm nung nóng kim loại đến nhiệt độ nhất định và làm nguội chậm. Mục đích chính của ủ là giảm hoặc loại bỏ ứng suất dư bên trong vật liệu, làm mềm kim loại, cải thiện độ dẻo và độ gia công. Các lựa chọn khác mô tả các mục tiêu ngược lại hoặc các quá trình nhiệt luyện khác.

Thủy tinh là vật liệu cách điện rất tốt, có điện trở suất rất cao, ngăn chặn dòng điện chạy qua. Đồng và nhôm là chất dẫn điện tốt, graphite là chất bán dẫn. Vì vậy, thủy tinh là lựa chọn tốt nhất trong các lựa chọn để làm vật liệu cách điện.

Silica (SiO₂), đặc biệt là dạng sợi silica và gốm silica xốp, có độ bền nhiệt và khả năng chịu sốc nhiệt rất cao. Chúng được sử dụng rộng rãi làm lớp bảo vệ nhiệt cho tàu vũ trụ và các ứng dụng nhiệt độ cao khác. Alumina và Zirconia có độ bền nhiệt tốt nhưng khả năng chịu sốc nhiệt kém hơn silica. Silicon carbide có độ bền nhiệt cao nhưng thường được sử dụng cho các ứng dụng khác như dụng cụ cắt và vật liệu chịu mài mòn.

Đúc (casting) là phương pháp gia công kim loại bằng cách rót kim loại lỏng vào khuôn và để nguội đông đặc. Đây là phương pháp gia công nóng chảy, không phải gia công biến dạng dẻo. Cán, kéo và rèn là các phương pháp gia công biến dạng dẻo, trong đó kim loại được định hình bằng cách tác dụng lực cơ học để gây ra biến dạng dẻo ở trạng thái rắn.

Ferrite là pha dung dịch rắn của carbon trong sắt alpha (α-Fe). Pha Ferrite có cấu trúc tinh thể BCC và độ hòa tan carbon rất thấp (tối đa khoảng 0.025% ở 727°C). Austenite là dung dịch rắn của carbon trong sắt gamma (γ-Fe) và có độ hòa tan carbon cao hơn. Cementite là carbide sắt (Fe₃C), một hợp chất hóa học, không phải dung dịch rắn. Pearlite là hỗn hợp eutectoid của ferrite và cementite.

Liên kết Van der Waals là loại liên kết thứ cấp (liên kết yếu) tồn tại giữa các phân tử polyme. Mặc dù yếu hơn liên kết chính (cộng hóa trị) trong mạch polyme, liên kết Van der Waals có vai trò quan trọng trong việc xác định nhiều tính chất vật lý của polyme, bao gồm điểm nóng chảy, độ bền kéo, và độ hòa tan. Các loại liên kết khác là liên kết chính, không phải liên kết giữa các phân tử polyme.

Thuốc hàn (flux) là hợp chất hóa học được sử dụng trong hàn để ngăn chặn sự hình thành oxit trên bề mặt kim loại trong quá trình hàn. Thuốc hàn thường chứa các chất khử oxit và chất tạo xỉ để làm sạch và bảo vệ mối hàn. Borax và muối fluoride là các ví dụ về thuốc hàn. Kim loại độn là vật liệu bổ sung để tạo mối hàn, khí bảo vệ dùng để bảo vệ hồ quang và vũng hàn, điện cực hàn là vật liệu dẫn điện và có thể là kim loại độn.

Thạch anh (Quartz) là vật liệu áp điện. Vật liệu áp điện tạo ra điện tích khi bị biến dạng cơ học (áp suất, lực) và ngược lại, biến dạng cơ học khi có điện trường tác dụng. Thạch anh được sử dụng rộng rãi trong các cảm biến áp suất, bộ tạo dao động và các ứng dụng khác dựa trên hiệu ứng áp điện. Các lựa chọn khác không có tính chất áp điện đáng kể.

Composite nền polyme sợi carbon sử dụng sợi carbon có độ bền cao và độ cứng cao làm vật liệu gia cường trong ma trận polyme, tạo ra vật liệu composite vượt trội về tỷ lệ độ bền trên trọng lượng. Điều này làm cho chúng rất phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao như hàng không vũ trụ và xe thể thao.

Superalloy, hay hợp kim siêu bền, được thiết kế đặc biệt để duy trì độ bền và chống ăn mòn ở nhiệt độ rất cao. Chúng thường dựa trên nền niken, coban hoặc sắt và chứa nhiều nguyên tố hợp kim khác. Điều này làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng nhiệt độ cao như tua bin khí và lò công nghiệp. Các lựa chọn khác không thể chịu được điều kiện khắc nghiệt như vậy.

Composite hạt sử dụng các hạt hoặc sợi ngắn (không liên tục) được phân tán ngẫu nhiên trong ma trận. Loại composite này thường dễ gia công và có thể được sản xuất hàng loạt bằng các phương pháp như ép phun và ép đùn. Composite sợi liên tục sử dụng sợi dài và định hướng, composite lớp có cấu trúc lớp, và composite cấu trúc tổ ong có cấu trúc đặc biệt giống tổ ong.

Ăn mòn điện hóa xảy ra khi có sự khác biệt về điện thế (ví dụ: do thành phần không đồng nhất, ứng suất không đều, tiếp xúc với kim loại khác) trên bề mặt kim loại tiếp xúc với môi trường điện ly (ví dụ: nước, dung dịch muối). Sự khác biệt điện thế tạo ra dòng điện và gây ra quá trình oxy hóa (ăn mòn) ở vùng anode và khử ở vùng cathode. Ăn mòn hóa học xảy ra do phản ứng hóa học trực tiếp với môi trường, ăn mòn cơ học do tác động cơ học, và ăn mòn do mỏi do tải trọng tuần hoàn trong môi trường ăn mòn.

Epoxy là một loại polyme nhiệt rắn. Polyme nhiệt rắn trải qua quá trình khâu mạch không thuận nghịch trong quá trình đóng rắn. Sau khi đóng rắn, chúng không thể bị nóng chảy hoặc định hình lại. Các lựa chọn khác (PE, PVC, PS) là polyme nhiệt dẻo (thermoplastic), có thể nóng chảy và định hình lại nhiều lần.