This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
• Giecmani (Ge, z=32) cã 4e líp ngoµ i cïng (4s2, 4p2), 4 nguyª n tö gãp chung (h× nh 1.1b). Liª n kÕ t gi÷a c¸ c nguyª n tö cïng lo¹ i (tõ IVB VIIB nh− Cl, Ge) lµ lo¹ i ®ång cùc, cßn gi÷a c¸ c nguyª n tè kh¸ c lo¹ i nh− CH4 lµ lo¹ i dÞ cùc. • Mª tan (CH4). Cacbon (z=6), cã 4e líp ngoµ i cïng vµ 4 nguyª n tö H ®Ó mçi nguyª n tö nµ y gãp cho nã 1 electron lµ m cho líp electron ngoµ i cïng ®ñ 8 (h× nh 1.1c).
b. Liª n kÕ t ionb. Liª n kÕ t ionb. Liª n kÕ t ionb. Liª n kÕ t ion KL nhãm IB (Cu, Ag, Au), IIB (Zn, Cd, Hg) trao e c¸ c nguyª n tè : VIB (O, S...),
VIIB (H, F, Cl, Br, I). C¸ c «xit kim lo¹ i nh− Al2O3, MgO, CaO, Fe3O4, NiO... cã xu thÕ m¹ nh víi t¹ o liª n kÕ t ion. • Liª n kÕ t ion cµ ng m¹ nh khi líp ngoµ i cïng (cho) chøa Ý t e, nhË n n» m cµ ng gÇ n
®Þ nh. C¸ c nguyª n tè nhãm Ia cã tÝ nh kim lo¹ i ®iÓ n h× nh, cµ ng dÞ ch sang bª n ph¶ i tÝ nh chÊ t kim lo¹ i cµ ng gi¶ m, tÝ nh ®ång hãa trÞ trong liª n kÕ t cµ ng t¨ ng.
o TÝ nh chÊ t cña kim lo¹ i : liª n kÕ t nµ y t¹ o cho kim lo¹ i c¸ c tÝ nh chÊ t ®iÓ n h× nh: ¸nh kim hay vÎ s¸ ng, dÉ n nhiÖ t vµ dÉ n ®iÖ n tèt vµ tÝ nh dÎ o, dai cao
d.d.d.d. Liª n kÕ t hçn hîpLiª n kÕ t hçn hîpLiª n kÕ t hçn hîpLiª n kÕ t hçn hîp - Thùc ra c¸ c liª n kÕ t trong c¸ c chÊ t, vË t liÖ u th«ng dông th−êng mang tÝ nh hçn
a.a.a.a. ChÊt lángChÊt lángChÊt lángChÊt láng Trong ph¹ m vi hÑ p (kho¶ ng 0,25nm) c¸ c nguyª n tö chÊ t láng cã xu thÕ tiÕ p xóc
(xÝ t) nhau t¹ o thµ nh c¸ c ®¸ m nhá, do vË y kh«ng co l¹ i khi nÐ n nh− chÊ t khÝ , c¸ c ®¸ m nguyª n tö nµ y lu«n h× nh thµ nh vµ tan r· . ChÊ t láng chØ cã trË t tù gÇ n, kh«ng cã trË t tù xa. Gi÷a c¸ c ®¸ m cã kho¶ ng trèng do ®ã mË t ®é xÕ p cña chÊ t láng thÊ p, khi ®«ng ®Æ c th−êng kÌ m theo gi¶ m thÓ tÝ ch (co ngãt). b.b.b.b. ChÊt r¾n v« ®Þ nh h× nhChÊt r¾n v« ®Þ nh h× nhChÊt r¾n v« ®Þ nh h× nhChÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh
ë mét sè chÊ t, tr¹ ng th¸ i láng cã ®é sÖ t cao, c¸ c nguyª n tö kh«ng ®ñ ®é linh ho¹ t ®Ó s¾ p xÕ p l¹ i khi ®«ng ®Æ c; chÊ t r¾ n t¹ o thµ nh cã cÊ u tróc gièng nh− chÊ t láng tr−íc ®ã gäi lµ chÊ t r¾ n v« ®Þ nh h× nh. Thñy tinh (mµ cÊ u t¹ o c¬ b¶ n lµ SiO2) lµ chÊ t r¾ n v« ®Þ nh h× nh
Nh− vË y vÒ mÆ t cÊ u tróc, c¸ c chÊ t r¾ n gåm 2 lo¹ i: tinh thÓ vµ v« ®Þ nh h× nh. Kim lo¹ i, hîp kim vµ phÇ n lín c¸ c chÊ t v« c¬, rÊ t nhiÒ u polyme - tinh thÓ
c. c. c. c. ChÊt r¾n vi tinh thÓChÊt r¾n vi tinh thÓChÊt r¾n vi tinh thÓChÊt r¾n vi tinh thÓ Còng víi vË t liÖ u tinh thÓ kÓ trª n khi lµ m nguéi tõ tr¹ ng th¸ i láng rÊ t nhanh (trª n
d−íi 104®é/s) sÏ nhË n ®−îc cÊ u tróc tinh thÓ nh−ng víi kÝ ch th−íc h¹ t rÊ t nhá (cì nm), ®ã lµ vË t liÖ u cã tª n gäi lµ vi tinh thÓ (cßn gäi lµ finemet hay nanomet).
Tãm l¹ i c¸ c vË t liÖ u cã ba kiÓ u cÊ u tróc: tinh thÓ (th−êng gÆ p nhÊ t), v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓ (Ý t gÆ p). 1.3.1.3.1.3.1.3. Kh¸i niÖ m vÒ m¹ng tinh thÓKh¸i niÖ m vÒ m¹ng tinh thÓKh¸i niÖ m vÒ m¹ng tinh thÓKh¸i niÖ m vÒ m¹ng tinh thÓ §/n: m¹ ng tinh thÓ lµ m« h× nh kh«ng gian biÓ u diÔ n quy luË t h× nh häc cña sù s¾ p xÕ p nguyª n tö . PhÇ n lín vË t liÖ u cã cÊ u tróc tinh thÓ , tÝ nh chÊ t rÊ t ®a d¹ ng phô thuéc vµ o kiÓ u m¹ ng. 1.3.1.1.3.1.1.3.1.1.3.1. TÝ nh ®èi xøngTÝ nh ®èi xøngTÝ nh ®èi xøngTÝ nh ®èi xøng • M¹ ng tinh thÓ mang tÝ nh ®èi xøng, lµ mét trong nh÷ng ®Æ c ®iÓ m quan träng, thÓ
hiÖ n c¶ ë h× nh d¸ ng bª n ngoµ i, cÊ u tróc bª n trong còng nh− c¸ c tÝ nh chÊ t cña vË t r¾ n tinh thÓ .
n=2 (L2) n=3 (L3) n=4 (L4) n=6 (L6) 1.3.2.1.3.2.1.3.2.1.3.2. ¤ c¬ së ¤ c¬ së ¤ c¬ së ¤ c¬ së ---- ký hiÖ u ph−¬ng, mÆt tinh thÓ ký hiÖ u ph−¬ng, mÆt tinh thÓ ký hiÖ u ph−¬ng, mÆt tinh thÓ ký hiÖ u ph−¬ng, mÆt tinh thÓ a.a.a.a. ¤ c¬ së¤ c¬ së¤ c¬ së¤ c¬ së • §/n: lµ h× nh khèi nhá nhÊ t cã c¸ ch s¾ p xÕ p nguyª n tö ®¹ i diÖ n cho toµ n bé m¹ ng tinh thÓ . • Do tÝ nh ®èi xøng b» ng ph−¬ng ph¸ p xoay vµ tÞ nh tiÕ n ta sÏ suy ra toµ n bé m¹ ng tinh thÓ • Th«ng sè m¹ ng (h» ng sè m¹ ng) lµ kÝ ch th−íc cña « c¬ së, th−êng lµ kÝ ch th−íc c¸ c c¹ nh cña « c¬ së tõ ®ã cã thÓ H× nh 1.6. ¤ c¬ së vµ hÖ täa ®é x¸ c ®Þ nh toµ n bé kÝ ch th−íc cña « c¬ së (h× nh 1.6) b.b.b.b. Nót m¹ngNót m¹ngNót m¹ngNót m¹ng
Nót m¹ ng t−¬ng øng víi vÞ trÝ c¸ c nguyª n tö trong m¹ ng tinh thÓ . c.c.c.c. ChØ sè ph−¬ngChØ sè ph−¬ngChØ sè ph−¬ngChØ sè ph−¬ng
Ph−¬ng lµ ®−êng th¼ ng ®i qua c¸ c nót m¹ ng, ®−îc ký hiÖ u b» ng [u v w]; Ba chØ sè u, v, w lµ ba sè nguyª n tû lÖ thuË n víi täa ®é cña nót m¹ ng n» m trª n ph−¬ng ®ãë gÇ n gèc täa ®é nhÊ t (h× nh 1.7).
Chó ý: Ph−¬ng vµ mÆ t tinh thÓ cã kÝ ch th−íc v« h¹ n Trª n h× nh 1.7 giíi thiÖ u ba ph−¬ng ®iÓ n h× nh trong m¹ ng tinh thÓ cña hÖ lË p
ph−¬ng: - ®−êng chÐ o khèi [111], ®−êng chÐ o mÆ t [110], c¹ nh [100].
8 [110], [011], [101], [110], [011], [101], [110], [011], [101], [110], [011], [101] (c¸ c ®−êng chÐ o) d. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓd. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓd. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓd. ChØ sè Miller cña mÆt tinh thÓ
MÆ t tinh thÓ lµ tË p hîp c¸ c mÆ t cã c¸ ch s¾ p xÕ p nguyª n tö gièng hÖ t nhau, song song vµ c¸ ch ®Ò u nhau, chóng cã cïng mét ký hiÖ u. Ng−êi ta ký hiÖ u mÆ t b» ng chØ sè Miller (h k l). C¸ c chØ sè h, k, l ®−îc x¸ c ®Þ nh theo c¸ c b−íc nh− sau: . t× m giao ®iÓ m cña mÆ t ph¼ ng trª n ba trôc theo thø tù Ox, Oy, Oz, . x¸ c ®Þ nh täa ®é c¸ c giao ®iÓ m, råi lÊ y c¸ c gi¸ trÞ nghÞ ch ®¶ o, . quy ®ång mÉ u sè, lÊ y c¸ c gi¸ trÞ cña tö sè, ®ã chÝ nh lµ c¸ c chØ sè h, k, l . VÝ dô, x¸ c ®Þ nh c¸ c chØ sè Miller cho c¸ c mÆ t
H× nh 1.8 S¬ ®å ký hiÖ u mÆ t tinh thÓ theo chØ sè Miller C¸ c mÆ t cã c¸ c chØ sè gi¸ trÞ tuyÖ t ®èi h, k, l gièng nhau t¹ o nª n hä mÆ t {h k l}.
VÝ dô, c¸ c mÆ t hép t¹ o nª n hä {100} gåm (100), (010), (001), (100), (010), (001). e.e.e.e. ChØ sè Miller ChØ sè Miller ChØ sè Miller ChØ sè Miller ---- Bravais trong hÖ Bravais trong hÖ Bravais trong hÖ Bravais trong hÖ lôc gi¸clôc gi¸clôc gi¸clôc gi¸c ChØ sè Miller - Bravais víi hÖ cã bèn trôc täa ®é Ox, Oy, Ou, Oz (h× nh 1.9). ChØ sè Miller - Bravais ®−îc ký hiÖ u b» ng (h k i l), trong ®ã chØ sè thø ba i (cña trôc Ou) cã quan hÖ : i = - (h + k) H· y thö so s¸ nh hai chØ sè nµ y cho c¸ c mÆ t trong hÖ lôc gi¸ c ®−îc tr× nh bµ y ë h× nh 1.9:
mÆ t chØ sè Miller chØ sè Miller - Bravais ABHG (100) (1010) BCIH (010) (0110) AGLF (110) (1100)
ABCDEF (001) (0001) ACIG (1120)
H× nh 1.9. HÖ täa ®é trong hÖ lôc gi¸ c vµ c¸c mÆt
C¸ ch ký hiÖ u theo Miller - Bravais thÓ hiÖ n ®−îc c¸ c mÆ t bª n cïng hä vµ cïng
c¸ ch s¾ p nguyª n tö. 1.3.3.1.3.3.1.3.3.1.3.3. MËt ®é nguyª n töMËt ®é nguyª n töMËt ®é nguyª n töMËt ®é nguyª n tö a. a. a. a. MËt ®é xÕ pMËt ®é xÕ pMËt ®é xÕ pMËt ®é xÕ p
Lµ møc ®é dµ y ®Æ c cña nguyª n tö trong m¹ ng tinh thÓ . MË t ®é xÕ p theo ph−¬ng (chiÒ u dµ i) Ml, theo mÆ t Ms hay trong toµ n bé thÓ tÝ ch m¹ ng Mv ®−îc x¸ c ®Þ nh theo c¸ c c«ng thøc: Ml = l / L, Ms = s / S, Mv = v / V
x
y
u
A B
C D E
F
z
G H
I
J K
L
3
52
1
4
9 trong ®ã:
• l, s, v lÇ n l−ît lµ chiÒ u dµ i, diÖ n tÝ ch, thÓ tÝ ch bÞ nguyª n tö (ion) chiÕ m chç, • L, S, V lÇ n l−ît lµ tæng chiÒ u dµ i, diÖ n tÝ ch, thÓ tÝ ch xem xÐ t.
b.b.b.b. Sè phèi trÝ (sè s¾p xÕ p)Sè phèi trÝ (sè s¾p xÕ p)Sè phèi trÝ (sè s¾p xÕ p)Sè phèi trÝ (sè s¾p xÕ p): lµ sè l−îng nguyª n tö c¸ ch ®Ò u gÇ n nhÊ t mét nguyª n tö ®· cho. Sè s¾ p xÕ p cµ ng lín chøng tá m¹ ng tinh thÓ cµ ng dµ y ®Æ c. c.c.c.c. Lç hængLç hængLç hængLç hæng Lµ kh«ng gian trèng gi÷a c¸ c nguyª n tö (coi nguyª n tö lµ h× nh cÇ u ®Æ c). KÝ ch th−íc lç hæng ®−îc ®¸ nh gi¸ b» ng ®−êng kÝ nh hay b¸ n kÝ nh qu¶ cÇ u lín nhÊ t cã thÓ ®Æ t lät vµ o. 1.4.1.4.1.4.1.4. CÊu tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊt r¾nCÊu tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊt r¾nCÊu tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊt r¾nCÊu tróc tinh thÓ ®iÓ n h× nh cña chÊt r¾n 1.4.11.4.11.4.11.4.1. ChÊt r¾n cã liª n kÕ t kim lo¹i (kim lo¹i nguyª n chÊt)ChÊt r¾n cã liª n kÕ t kim lo¹i (kim lo¹i nguyª n chÊt)ChÊt r¾n cã liª n kÕ t kim lo¹i (kim lo¹i nguyª n chÊt)ChÊt r¾n cã liª n kÕ t kim lo¹i (kim lo¹i nguyª n chÊt)
o C¸ c mÆ t tinh thÓ dµ y ®Æ c nhÊ t lµ hä {111}. MË t ®é xÕ p thÓ tÝ ch Mv =74%, m¹ ng A1 nµ y lµ kiÓ u xÕ p dµ y ®Æ c h¬n A2 vµ lµ mét trong hai kiÓ u xÕ p dµ y ®Æ c nhÊ t.
Kh¸ nhiÒ u kim lo¹ i ®iÓ n h× nh cã kiÓ u m¹ ng nµ y: s¾ t (Feγ), Ni, Cu, Al víi h» ng sè a m¹ ng lÇ n l−ît b» ng 0,3656, 0,3524, 0,3615, 0,4049nm; ngoµ i ra cßn cã Pb, Ag, Au.
C¸ c kim lo¹ i cã kiÓ u m¹ ng nµ y Ý t th«ng dông h¬n lµ : Tiα víi a = 0,2951nm, c = 0,4679nm, c/a = 1,5855 (xÕ p chÆ t), Mg víi a = 0,3209nm, c = 0,5210nm, c/a = 1,6235 (xÕ p chÆ t), Zn víi a = 0,2664nm, c = 0,4945nm, c/a = 1,8590 (kh«ng xÕ p chÆ t).
1.4.2.1.4.2.1.4.2.1.4.2. ChÊt r¾n cã liª n kÕ t ®ång hãa trÞChÊt r¾n cã liª n kÕ t ®ång hãa trÞChÊt r¾n cã liª n kÕ t ®ång hãa trÞChÊt r¾n cã liª n kÕ t ®ång hãa trÞ a.a.a.a. Kim c−¬ng A4Kim c−¬ng A4Kim c−¬ng A4Kim c−¬ng A4
Kim c−¬ng lµ mét d¹ ng tån t¹ i (thï h× nh) cña cacbon víi cÊ u h× nh electron lµ 1s2 2s2 2p2, vË y sè e líp tham gia liª n kÕ t lµ N = 4, sè s¾ p xÕ p sÏ lµ 4 tøc lµ mçi mét nguyª n tö cacbon cã 4 nguyª n tö bao quanh gÇ n nhÊ t.
¤ c¬ së m¹ ng kim c−¬ng (h× nh 1.14a), ®−îc t¹ o thµ nh trª n c¬ së cña « c¬ së A1 cã thª m bèn nguyª n tö bª n trong víi c¸ c täa ®é (xem h× nh 1.14b):
H× nh 1.5a, lµ m« h× nh s¾ p xÕ p kh«ng cña c¸ c khèi tø diÖ n tam gi¸ c ®Ò u SiO4
4- cña SiO2. Th¹ ch anh víi cÊ u tróc lôc gi¸ c (h× nh 1.16a), cristobalit β víi cÊ u tróc lË p
ph−¬ng (h× nh 1.16b). Trong ®iÒ u kiÖ n nguéi nhanh sÏ nhË n ®−îc thñy tinh (v« ®Þ nh h× nh) nh− ë h× nh 1.5b. H× nh 1.15. S¾p xÕp khèi tø diÖn (SiO4)
4- trong th¹ch anh (a), cristobalit β (b). 1.4.3.1.4.3.1.4.3.1.4.3. ChÊt r¾n cã liª n kÕ t ionChÊt r¾n cã liª n kÕ t ionChÊt r¾n cã liª n kÕ t ionChÊt r¾n cã liª n kÕ t ion
CÊ u tróc tinh thÓ cña hîp chÊ t hãa häc cã liª n kÕ t ion phô thuéc vµ o hai yÕ u tè:
Cacbon ngoµ i d¹ ng v« ®Þ nh h× nh cßn tån t¹ i: c¸ c d¹ ng thï h× nh (c¸ c h× nh 1.13, 1.14): kim c−¬ng (A4), grafit (A9). sîi cacbon (cÊ u tróc líp cuén), fullerene (cÊ u tróc mÆ t cÇ u C60) trong ®ã. grafit lµ d¹ ng th−êng gÆ p vµ æn ®Þ nh nhÊ t.
S¾ t (Fe) cã hai kiÓ u m¹ ng lµ : Feα-A2, T < 911oC, Feγ-A1, T= 911 ÷ 1392oC, Feδ T> 1392oC -1539oC; → tÝ nh chÊ t ≠.
Phô thuéc vµ o kÝ ch th−íc theo ba chiÒ u trong kh«ng gian, sai lÖ ch m¹ ng chia thµ nh: ®iÓ m, ®−êng vµ mÆ t.
14 1.5.1.1.5.1.1.5.1.1.5.1. Sai lÖ ch ®iÓ mSai lÖ ch ®iÓ mSai lÖ ch ®iÓ mSai lÖ ch ®iÓ m
§ã lµ lo¹ i sai lÖ ch cã kÝ ch th−íc rÊ t nhá (cì kÝ ch th−íc nguyª n tö) theo ba chiÒ u kh«ng gian, cã d¹ ng bao quanh mét ®iÓ m. H× nh 1.17 tr× nh bµ y tæng qu¸ t c¸ c d¹ ng sai lÖ ch ®iÓ m nµ y. a.a.a.a. Nót trèng vµ nguyª n tö tù xen kÏNót trèng vµ nguyª n tö tù xen kÏNót trèng vµ nguyª n tö tù xen kÏNót trèng vµ nguyª n tö tù xen kÏ (H× nh 1.17a)
MË t ®é cña nót trèng t¨ ng nhanh theo nhiÖ t ®é (n= KTQ
e−
), khi s¾ p ch¶ y láng nmax . Nót trèng cã ¶ nh h−ëng lín ®Õ n c¬ chÕ vµ tèc ®é khuÕ ch t¸ n cña kim lo¹ i vµ hîp kim ë tr¹ ng th¸ i r¾ n. b.b.b.b. Nguyª n tö t¹p chÊtNguyª n tö t¹p chÊtNguyª n tö t¹p chÊtNguyª n tö t¹p chÊt Trong thùc tÕ vË t liÖ u hoÆ c kim lo¹ i th−êng cã t¹ p chÊ t: xen kÏ (h× nh 1.17b).
Do sù sai kh¸ c vÒ ®−êng kÝ nh nguyª n tö gi÷a c¸ c nguyª n tè nÒ n vµ t¹ p chÊ t → sai lÖ ch 1.5.2.1.5.2.1.5.2.1.5.2. Sai lÖ ch ®−êSai lÖ ch ®−êSai lÖ ch ®−êSai lÖ ch ®−êng ng ng ng ---- LÖ ch LÖ ch LÖ ch LÖ ch Sai lÖ ch ®−êng lµ lo¹ i cã kÝ ch th−íc nhá (cì kÝ ch th−íc nguyª n tö) theo hai chiÒ u vµ lín theo chiÒ u thø ba, tøc cã d¹ ng cña mét ®−êng (cã thÓ lµ th¼ ng, cong, xo¸ y tr«n èc). Sai lÖ ch ®−êng cã thÓ lµ mét d· y c¸ c sai lÖ ch ®iÓ m kÓ trª n. Chóng gåm: hai d¹ ng lµ biª n vµ xo¾ n. a.a.a.a. LÖ ch biª nLÖ ch biª nLÖ ch biª nLÖ ch biª n (edge dislocation hay dislocation line) (h× nh 1.18a) Cã thÓ h× nh dung lÖ ch biª n ®−îc t¹ o thµ nh nhê chÌ n thª m b¸ n mÆ t ABCD vµ o nöa phÇ n trª n cña m¹ ng tinh thÓ lý t−ëng (h× nh 1.18a), khi ®ã, c¸ c mÆ t nguyª n tö kh¸ c ë hai phÝ a trë nª n kh«ng cßn song song víi nhau n÷a. (a) (b) (c)
c. c. c. c. LÖ ch xo¾nLÖ ch xo¾nLÖ ch xo¾nLÖ ch xo¾n (screw dislocation) (h× nh 1.19a) a) b) c) H× nh 1.19. LÖch xo¾n: tinh thÓ kh«ng lÖch (a), m« h× nh t¹o thµnh (a),
®Æc ®iÓm s¾p xÕp nguyªn tö trong vïng lÖch (c). C¸ c nguyª n tö trong vïng hÑ p gi÷a hai ®−êng AD vµ BC s¾ p xÕ p l¹ i cã d¹ ng ®−êng xo¾ n èc gièng nh− mÆ t vÝ t nª n lÖ ch cã tª n lµ lÖ ch xo¾ n nh− thÊ y râ ë h× nh 1.19c. VÐ c t¬ Burgers song song víi trôc lÖ c AD=L c.c.c.c. §Æc tr−ng vÒ h× nh th¸i cña lÖ ch§Æc tr−ng vÒ h× nh th¸i cña lÖ ch§Æc tr−ng vÒ h× nh th¸i cña lÖ ch§Æc tr−ng vÒ h× nh th¸i cña lÖ ch
MË t ®é lÖ ch (ký hiÖ u lµ ρ) lµ tæng chiÒ u dµ i trôc lÖ ch trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝ ch cña tinh thÓ , cã thø nguyª n lµ cm/cm3 hay cm-2. MË t ®é lÖ ch phô thuéc rÊ t m¹ nh vµ o ®é s¹ ch vµ tr¹ ng th¸ i gia c«ng. VÝ dô, ®èi víi kim lo¹ i ρ cã gi¸ trÞ nhá nhÊ t (~ 108 cm-2) øng víi ®é s¹ ch cao vµ tr¹ ng th¸ i ñ; hîp kim vµ kim lo¹ i sau biÕ n d¹ ng nguéi, t«i... ρ tí i 1010 ÷ 1012 cm-2) (cã thÓ coi mË t ®é lÖ ch lµ trôc lÖ ch ch¹ y qua/1 cm2).
§¬n tinh thÓ (h× nh 1.20a): lµ mét khèi chÊ t r¾ n cã m¹ ng ®ång nhÊ t (cïng kiÓ u vµ h» ng sè m¹ ng), cã ph−¬ng m¹ ng kh«ng ®æi trong toµ n bé thÓ tÝ ch. Trong thiª n nhiª n: mét sè kho¸ ng vË t cã thÓ tån t¹ i d−íi d¹ ng ®¬n tinh thÓ . Chóng cã bÒ mÆ t ngoµ i nh½ n, h× nh d¸ ng x¸ c ®Þ nh, ®ã lµ nh÷ng mÆ t ph¼ ng nguyª n tö giíi h¹ n (th−êng lµ c¸ c mÆ t xÕ p chÆ t nhÊ t). C¸ c ®¬n tinh thÓ kim lo¹ i kh«ng tån t¹ i trong tù nhiª n, muèn cã ph¶ i dïng c«ng nghÖ "nu«i" ®¬n tinh thÓ .
§Æ c ®iÓ m: cã tÝ nh chÊ t rÊ t ®Æ c thï lµ dÞ h−íng v× theo c¸ c ph−¬ng mË t ®é xÕ p chÆ t nguyª n tö kh¸ c nhau. §¬n tinh thÓ chØ ®−îc dïng trong b¸ n dÉ n. 1.6.2.1.6.2.1.6.2.1.6.2. §a tinh thÓ§a tinh thÓ§a tinh thÓ§a tinh thÓ a. H¹ta. H¹ta. H¹ta. H¹t Trong thùc tÕ hÇ u nh− chØ gÆ p c¸ c vË t liÖ u ®a tinh thÓ . §a tinh thÓ gåm rÊ t nhiÒ u (®¬n) tinh thÓ nhá (cì µm) ®−îc gäi lµ h¹ t tinh thÓ , c¸ c h¹ t cã cïng cÊ u tróc vµ
H× nh 1.21. Thang ¶nh cÊp h¹t chuÈn øng víi ®é phãng ®¹i x100 c.c.c.c. Siª u h¹tSiª u h¹tSiª u h¹tSiª u h¹t
NÕ u nh− khèi ®a tinh thÓ gåm c¸ c h¹ t (kÝ ch th−íc hµ ng chôc - hµ ng tr¨ m µm) víi ph−¬ng m¹ ng lÖ ch nhau mét gãc ®¸ ng kÓ (hµ ng chôc ®é), ®Õ n l−ît mçi h¹ t nã còng gåm nhiÒ u thÓ tÝ ch nhá h¬n (kÝ ch th−íc cì 0,1 ÷ 10µm) víi ph−¬ng m¹ ng lÖ ch nhau mét gãc rÊ t nhá (≤ 1-2o) gäi lµ siª u h¹ t hay block (h× nh 1.20d). Biª n giíi siª u h¹ t còng bÞ x« lÖ ch nh−ng víi møc ®é rÊ t thÊ p. 1.6.3.1.6.3.1.6.3.1.6.3. TextuaTextuaTextuaTextua
Do biÕ n d¹ ng dÎ o lµ m ph−¬ng m¹ ng ®Þ nh h−íng t¹ o nª n textua. VÝ dô, khi kÐ o sîi nh«m (h× nh 1.22), tinh thÓ h× nh trô khi ®óc, khi phñ. CÊ u tróc ®a tinh thÓ cã textua → vË t liÖ u cã tÝ nh dÞ h−íng. øng dông cho thÐ p biÕ n thÕ , t/c tõ cùc ®¹ i theo chiÒ u textua, cùc tiÓ u theo ph−¬ng vu«ng gãc → gi¶ m tæn thÊ t.
18 1.7.1.7.1.7.1.7. Sù kÕ t tinh vµ h× nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹iSù kÕ t tinh vµ h× nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹iSù kÕ t tinh vµ h× nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹iSù kÕ t tinh vµ h× nh thµnh tæ chøc cña kim lo¹i PhÇ n lín kim lo¹ i hîp kim ®−îc chÕ t¹ o (luyÖ n) ra → ®óc, tøc qua kÕ t tinh, sau ®ã → c¸ n → b¸ n thµ nh phÈ m vµ s¶ n phÈ m. KÕ t tinh lµ b−íc khëi t¹ o h× nh thµ nh tæ chøc h¹ t, tinh thÓ . → ®é h¹ t, tæ chøc mong muèn. 1.7.1.1.7.1.1.7.1.1.7.1. §iÒ u kiÖ n x¶y ra kÕ t tinh§iÒ u kiÖ n x¶y ra kÕ t tinh§iÒ u kiÖ n x¶y ra kÕ t tinh§iÒ u kiÖ n x¶y ra kÕ t tinh a.a.a.a. CÊu tróc ë tr¹ng th¸i lángCÊu tróc ë tr¹ng th¸i lángCÊu tróc ë tr¹ng th¸i lángCÊu tróc ë tr¹ng th¸i láng
- ë nhiÖ t ®é T > TO vË t thÓ tån t¹ i ë tr¹ ng th¸ i láng ∆GL<∆GR
- ë nhiÖ t ®é To < TO, ∆GR<∆GL → ®«ng ®Æ c TO ®−îc gäi lµ nhiÖ t ®é kÕ t tinh hay nãng ch¶ y T = TO → kÕ t tinh (nãng ch¶ y) ch−a x¶ y ra KT&NC chØ x¶ y ra khi cã ∆T ≠ 0 H× nh 1.23. BiÕn ®æi n¨ng l−îng tù do cña hÖ
∆T = T - TO < 0 ∆T thay ®æi tõ rÊ t nhá (1 ÷ 2oC) ®Õ n rÊ t lín (hµ ng chôc, tr¨ m ®Õ n ngh× n oC) tïy
theo tèc ®é lµ m nguéi khi kÕ t tinh. Nguéi chË m trong khu«n c¸ t ∆T lín h¬n khi nguéi nhanh trong khu«n kim lo¹ i.
Khi nung nãng: sù nãng ch¶ y sÏ x¶ y ra ë nhiÖ t ®é T > TO, ∆T ®−îc gäi lµ ®é qu¸ nung. 1.7.2.1.7.2.1.7.2.1.7.2. Hai qu¸ tr× nh cña sù kÕ t tinhHai qu¸ tr× nh cña sù kÕ t tinhHai qu¸ tr× nh cña sù kÕ t tinhHai qu¸ tr× nh cña sù kÕ t tinh Gåm hai qu¸ tr× nh c¬ b¶ n nèi tiÕ p nhau x¶ y ra lµ t¹ o mÇ m vµ ph¸ t triÓ n mÇ m. a. T¹o mÇma. T¹o mÇma. T¹o mÇma. T¹o mÇm
C¸ c ®¸ m nguyª n tö cã kÝ ch th−íc ®ñ lín r ≥ rth (coi chóng lµ c¸ c h× nh cÇ u b¸ n kÝ nh r) mµ theo tÝ nh to¸ n vÒ nhiÖ t ®éng häc, rth (b¸ n kÝ nh tíi h¹ n cña mÇ m) ®−îc
tÝ nh theo c«ng thøc: rth = vG∆σ2
, trong ®ã: σ - søc c¨ ng bÒ mÆ t gi÷a
r¾ n vµ láng, ∆Gv - chª nh lÖ ch n¨ ng l−îng tù do (GL - GR) tÝ nh cho mét ®¬n vÞ thÓ tÝ ch.
Mét khi mÇ m cã r ≥ rth → ph¸ t triÓ n lª n thµ nh h¹ t.
∆G
∆GR
∆GL
nhiÖ t ®é TO
19
Khi ®é qu¸ nguéi ∆T cµ ng lín th× ∆GV còng cµ ng lín, rth cµ ng nhá → sè l−îng mÇ m cµ ng lín → h¹ t nhá. MÇ m ký sinh Lµ c¸ c hË t r¾ n n» m l¬ löng trong kim lo¹ i láng, thµ nh khu«n ®óc → mÇ m ngo¹ i lai. Thùc tÕ lµ trong nhiÒ u tr−êng hîp ng−êi ta cßn cè ý t¹ o ra vµ ®−a c¸ c phÇ n tö r¾ n vµ o ®Ó gióp kÕ t tinh, sÏ ®−îc nãi tíi ë môc sau. b.b.b.b. Ph¸t triÓ n mÇmPh¸t triÓ n mÇmPh¸t triÓ n mÇmPh¸t triÓ n mÇm MÇ m ph¸ t triÓ n lµ nhê c¸ c ®¸ m nguyª n tö b¸ m lª n bÒ mÆ t mÇ m ®Æ c biÖ t lµ trª n c¸ c bË c lÖ ch xo¾ n.
1.7.3.1.7.3.1.7.3.1.7.3. Sù h× nh thµnh h¹tSù h× nh thµnh h¹tSù h× nh thµnh h¹tSù h× nh thµnh h¹t a.a.a.a. TiÕ n tr× nh kÕ t tinhTiÕ n tr× nh kÕ t tinhTiÕ n tr× nh kÕ t tinhTiÕ n tr× nh kÕ t tinh Ta thÊ y: tõ mçi mÇ m t¹ o nª n mét h¹ t, c¸ c h¹ t ph¸ t triÓ n tr−íc → to h¬n; h¹ t sau sÏ nhá h¬n → kÝ ch th−íc h¹ t ≠ (chª nh lÖ ch Ý t) b.b.b.b. H× nh d¹ng h¹tH× nh d¹ng h¹tH× nh d¹ng h¹tH× nh d¹ng h¹t H× nh d¹ ng h¹ t phô thuéc vµ o ph−¬ng thøc lµ m nguéi: - Nguéi ®Ò u theo mäi ph−¬ng → h¹ t cã d¹ ng ®a c¹ nh hay cÇ u (h× nh 1.25). - Nguéi nhanh theo hai ph−¬ng (tøc theo mét mÆ t) → h¹ t cã d¹ ng tÊ m, l¸ , phiÕ n nh− grafit trong gang x¸ m.
- do c¸ c mÇ m ®Þ nh h−íng ngÉ u nhiª n → h¹ t kh«ng ®ång h−íng, lÖ ch nhau mét c¸ ch ®¸ ng kÓ → vïng biª n h¹ t víi m¹ ng tinh thÓ bÞ x« lÖ ch.
H× nh 1.25. Qu¸ tr× nh t¹o vµ ph¸t triÓn mÇm theo thêi gian (c¸c h× nh a,b,c) vµ
20 - Nguéi nhanh theo mét ph−¬ng nµ o ®ã, h¹ t sÏ cã d¹ ng ®òa, cét hay h× nh trô . - D¹ ng tinh thÓ h× nh kim (®Ç u nhän) → chØ khi nhiÖ t luyÖ n. 1.7.4.1.7.4.1.7.4.1.7.4. C¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®ócC¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®ócC¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®ócC¸c ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t nhá khi ®óc H¹ t nhá → c¬ tÝ nh cao h¬n (bÒ n vµ dÎ o h¬n = ®é dai cao h¬n) → ? h¹ t nhá. a.a.a.a. Nguyª n lýNguyª n lýNguyª n lýNguyª n lý KÝ ch th−íc h¹ t còng phô thuéc vµ o t−¬ng quan cña hai qu¸ tr× nh: t¹ o mÇ m vµ ph¸ t triÓ n mÇ m. Sè mÇ m ®−îc t¹ o ra cµ ng nhiÒ u th× h¹ t cµ ng nhá, mÇ m lín lª n (ph¸ t triÓ n) cµ ng nhanh th× h¹ t cµ ng lín. KÝ ch th−íc h¹ t A phô thuéc vµ o tèc ®é sinh mÇ m
n vµ tèc ®é ph¸ t triÓ n v (mm/s) theo c«ng thøc thùc nghiÖ m: A = 1,1 4
C¸ c thái (thÐ p) ®óc th−êng cã tiÕ t diÖ n trßn hoÆ c vu«ng, chóng ®−îc ®óc trong khu«n kim lo¹ i, ®«i khi khu«n cßn ®−îc lµ m nguéi b» ng n−íc chóng th−êng cã cÊ u tróc 3 vïng ®iÓ n h× nh (h× nh 1.27):