Embed Size (px)
Citation preview
4
Ch−¬ng 1
CÊu tróc tinh thÓ vµ sù h×nh thµnh 1.1. CÊu t¹o vµ liª n kÕ t nguyª n tö nguyª n tö = h¹ t nh© n + electron = (proton + n¬tron) + electron n¬tron kh«ng mang ®iÖ n proton mang ®iÖ n d−¬ng = ®iÖ n tÝ ch cña electron → ng/tö trung hoµ Kh¸ i niÖ m c¬ b¶ n vÒ cÊ u t¹ o nguyª n tö CÊ u h× nh electron (electron configuration) chØ râ: sè l−îng tö chÝ nh (1, 2, 3...), ký hiÖ u ph© n líp (s, p, d...), sè l−îng electron thuéc ph© n líp (sè mò trª n ký hiÖ u ph© n líp). VÝ dô: Cu cã Z = 29 cã cÊ u h× nh electron lµ 1s22s22p6 3s23p63d104s1 qua ®ã biÕ t ®−îc sè electron ngoµ i cïng (ë ®© y lµ 1, hãa trÞ 1). C¸ c kim lo¹ i chuyÓ n tiÕ p: Fe cã Z = 26: 1s22s22p63s23p63d64s2 1.1.2. C¸c d¹ng liª n kÕ t nguyª n tö trong chÊt r¾n C¸ c lo¹ i vË t liÖ u kh¸ c nhau cã thÓ tån t¹ i c¸ c d¹ ng liª n kÕ t riª ng. Sù kh¸ c nhau cña c¸ c d¹ ng liª n kÕ t ®ã còng lµ nguyª n nh© n t¹ o nª n c¸ c tÝ nh chÊ t kh¸ c nhau. a. Liª n kÕ t ®ång hãa trÞa. Liª n kÕ t ®ång hãa trÞa. Liª n kÕ t ®ång hãa trÞa. Liª n kÕ t ®ång hãa trÞ Lµ liª n kÕ t cña hai (hoÆ c nhiÒ u) nguyª n tö gãp chung nhau mét sè electron hãa trÞ ®Ó cã ®ñ t¸ m electron ë líp ngoµ i cïng. Cã thÓ lÊ y ba vÝ dô nh− sau (h× nh 1.1). • Clo cã Z=17 (1s22s22p63s23p5), cã 7e ë líp ngoµ i cïng, 2 nguyª n tö Cl mçi nguyª n tö gãp chung 1 electron ®Ó líp ngoµ i cïng 8e (h× nh 1.1a). + a) b) c)
H× nh 1.1. S¬ ®å biÓu diÔn liªn kÕt ®ång hãa trÞ a. ph©n tö clo, b. giecmani (Ge), c. mªtan (CH4)
• 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
h¹ t nh© n. • Liª n kÕ t kh«ng ®Þ nh h−íng (®Þ nh h−íng th× x¸ c suÊ t liª n kÕ t lín nhÊ t theo
ph−¬ng nèi t© m c¸ c nguyª n tö), vË t liÖ u cã liª n kÕ t ion th× tÝ nh gißn cao.
C
H
H
H
H Ge
Ge
Ge Ge
Ge
Cl Cl Cl Cl
5
H× nh 1.2. S¬ ®å biÓu diÔn liªn kÕt ion trong ph©n tö LiF
H× nh 1.3. S¬ ®å liªn kÕt kim lo¹i
c. Liª n kÕ t kim lo¹i (c. Liª n kÕ t kim lo¹i (c. Liª n kÕ t kim lo¹i (c. Liª n kÕ t kim lo¹i (h× nh 1.3) o §/n: lµ liª n kÕ t trong ®ã c¸ c cation kim lo¹ i nhÊ n ch× m trong ®¸ m m© y electron tù
do. o N¨ ng l−îng liª n kÕ t lµ tæng hîp (c© n b» ng) → c¸ c ion kim lo¹ i cã vÞ trÝ x¸ c
®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
hîp cña nhiÒ u lo¹ i. VÝ dô: Na vµ Cl cã tÝ nh © m ®iÖ n lÇ n l−ît lµ 0,9 vµ 3,0. V× thÕ liª n kÕ t gi÷a Na vµ Cl trong NaCl gåm kho¶ ng 52% liª n kÕ t ion vµ 48% liª n kÕ t ®ång hãa trÞ . e.e.e.e. Liª n kÕ t yÕ u (Van deLiª n kÕ t yÕ u (Van deLiª n kÕ t yÕ u (Van deLiª n kÕ t yÕ u (Van der Waals)r Waals)r Waals)r Waals) Do sù kh¸ c nhau vÒ tÝ nh © m ®iÖ n t¹ o thµ nh vµ ph© n tö ph© n cùc. C¸ c cùc tr¸ i dÊ u hót nhau t¹ o ra liª n kÕ t Van der Waals. Liª n kÕ t nµ y yÕ u, rÊ t dÔ bÞ ph¸ vì khi t¨ ng nhiÖ t ®é. 1.2.1.2.1.2.1.2. S¾p xÕ p nguyª n tö trong vËt chÊtS¾p xÕ p nguyª n tö trong vËt chÊtS¾p xÕ p nguyª n tö trong vËt chÊtS¾p xÕ p nguyª n tö trong vËt chÊt 1.2.1. ChÊt khÝ1.2.1. ChÊt khÝ1.2.1. ChÊt khÝ1.2.1. ChÊt khÝ Trong chÊ t khÝ cã sù s¾ p xÕ p nguyª n tö mét c¸ ch hçn lo¹ n → kh«ng cã h× nh d¹ ng, kÝ ch th−íc x¸ c ®Þ nh. 1.2.2.1.2.2.1.2.2.1.2.2. ChÊt r¾n tinh thÓChÊt r¾n tinh thÓChÊt r¾n tinh thÓChÊt r¾n tinh thÓ
Li+ F-
Me+ Me+ Me+ Me+
Me+ Me+ Me+ Me+
Me+ Me+ Me+ Me+
Me+ Me+ Me+ Me+
Ion d−¬ng
M© y Electron
ChÊt r¾n tinh thÓ : - TrËt tù gÇn, mµ cßn cã c¶ trËt tù xa. - C¸ c kiÓ u m¹ ng tinh thÓ x¸ c ®Þ nh: lË p ph−¬ng, lôc gi¸ c,... (h× nh 1.4)
H× nh 1.4. S¬ ®å m¹ ng tinh thÓ
6 1.2.3.1.2.3.1.2.3.1.2.3. ChÊt láng, chÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓChÊt láng, chÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓChÊt láng, chÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓChÊt láng, chÊt r¾n v« ®Þ nh h× nh vµ vi tinh thÓ
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
Tuú theo b¶ n chÊ t cña vË t liÖ u vµ tèc ®é lµ m nguéi khi ®«ng ®Æ c → tinh thÓ hoÆ c v« ®Þ nh h× nh. Thñy tinh nãng ch¶ y, c¸ c ph© n tö SiO2 [trong ®ã ion O2- ë c¸ c ®Ø nh khèi tø diÖ n (bèn mÆ t) tam gi¸ c ®Ò u, t© m cña khèi lµ ion Si4+ nh− biÓ u thÞ ë h× nh 1.5a] lµ m nguéi b× nh th−êng → v« ®Þ nh h× nh (h× nh 1.5b); lµ m nguéi v« cïng chË m c¸ c ph© n tö SiO2 cã ®ñ thêi gian s¾ p xÕ p l¹ i theo trË t tù xa sÏ ®−îc thñy tinh (cã cÊ u tróc) tinh thÓ (h× nh 1.5c). a) c)
H× nh 1.5. CÊu tróc khèi tø diÖn [ SiO4]
4- (a), thñy tinh th−êng SiO2 (b) thñy tinh tinh thÓ SiO2 (c)
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 .
- Oxy - Si
(b)
7
• TÝ nh ®èi xøng lµ tÝ nh chÊ t h× nh häc khi quay mét ®iÓ m hay mét phÇ n tö xung quanh 1 ® iÓ m hay mét ®−êng víi mét gãc α chóng sÏ trïng lÆ p nhau. §iÓ m hay ®−êng ®−îc quay xung quanh ®ã ®−îc gäi lµ t© m hay trôc ®èi xøng. §èi xøng qua mÆ t ph¼ ng ®−îc gäi lµ ®èi xøng g−¬ng. Gäi n = 2π/ α lµ bË c ®èi xøng, chØ cã n = 1, 2, 3, 4, 6; ký hiÖ u L1, L2, L3, L4, L6.
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].
C¸ c ph−¬ng cã c¸ c gi¸ trÞ tuyÖ t ®èi u, v, w gièng nhau, t¹ o nª n hä ph−¬ng <uvw>. VÝ dô hä <110> gåm c¸ c ph−¬ng sau ®© y chóng cã cïng quy luË t s¾ p xÕ p nguyª n tö:
L
a
3 5
2
1
4
H× nh 1.7. C¸c ph−¬ng ®iÓn h× nh cña
H× nh 1.8. C¸c mÆt ®iÓn h× nh cña hÖ lËp ph−¬ng hÖ lËp ph−¬ng
a x
y
z
[110]
[111]
[100] [010]
[001]
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
mÆ t ®iÓ m c¾ t c¸ c trôc nghÞ ch ®¶ o chØ sè 1 1, 1, 1/2 1, 1, 2 (112) 2 1, 1, 1 1, 1, 1 (111) 3 1, 1, ∞ 1, 1, 0 (110) 4 1, ∞, ∞ 1, 0, 0 (100) 5 1, 1, 2 1, 1, 1/2 (221)
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)
§Æ c tÝ nh cÊ u tróc cña kim lo¹ i lµ : nguyª n tö (ion) lu«n cã xu h−íng xÕ p xÝ t chÆ t víi kiÓ u m¹ ng ®¬n gi¶ n (nh− lË p ph−¬ng t© m mÆ t, lË p ph−¬ng t© m khèi, lôc gi¸ c xÕ p chÆ t). a.a.a.a. LËp ph−¬ng t©m khèi A2LËp ph−¬ng t©m khèi A2LËp ph−¬ng t©m khèi A2LËp ph−¬ng t©m khèi A2 ¤ c¬ së lµ h× nh lË p ph−¬ng, c¹ nh b» ng a, c¸ c nguyª n tö (ion) n» m ë c¸ c ®Ø nh vµ t© m khèi (h× nh 1.10a, b vµ c). Sè l−îng nguyª n tö cho mçi «: nv = 8 ®Ø nh. 1/8 + 1 gi÷a = 2 nguyª n tö (a) (b) (c) d)
Th−êng dïng c¸ ch vÏ t−îng tr−ng (h× nh c). Nguyª n tö n» m xÝ t nhau theo ph−¬ng <111>, do ®ã:
- ®−êng kÝ nh nguyª n tö dng.t = 23
a , sè s¾ p xÕ p lµ 8.
C¸ c mÆ t tinh thÓ xÕ p dµ y ®Æ c nhÊ t lµ hä {110}. MË t ®é xÕ p thÓ tÝ ch Mv = 68%. Cã hai lo¹ i lç hæng: h× nh 4 mÆ t vµ h× nh 8 mÆ t nh− tr× nh bµ y ë h× nh d. Lo¹ i 8 mÆ t cã kÝ ch th−íc b» ng 0,154 dng.t n» m ë t© m c¸ c mÆ t bª n {100} vµ gi÷a c¸ c c¹ nh a. Lo¹ i 4
mÆ t cã kÝ ch th−íc lín h¬n mét chót, b» ng 0,291 dng.t n» m ë 41 trª n c¹ nh nèi ®iÓ m
gi÷a c¸ c c¹ nh ®èi diÖ n cña c¸ c mÆ t bª n. Nh− vË y trong m¹ ng A2 cã nhiÒ u lç hæng
a
lç hæng 4 mÆ t lç hæng 8
a
a
{100} {110} H× nh 1.10. ¤ c¬ së m¹ng lËp ph−¬ng t©m khèi (a, b), c¸c lç hæng (c) vµ c¸ch xÕp c¸c mÆt tinh thÓ {100} vµ {110} (d)
10 nh−ng kÝ ch th−íc ®Ò u nhá, lín nhÊ t còng kh«ng qu¸ 30% kÝ ch th−íc (®−êng kÝ nh) nguyª n tö . C¸ c kim lo¹ i cã kiÓ u m¹ ng A1 th−êng gÆ p lµ : Feα, Cr, Mo, W. M¹ ng chÝ nh ph−¬ng t© m khèi chØ kh¸ c m¹ ng A2 ë a = b ≠ c b.b.b.b. LËp ph−¬ng t©m mÆt A1LËp ph−¬ng t©m mÆt A1LËp ph−¬ng t©m mÆt A1LËp ph−¬ng t©m mÆt A1 o Kh¸ c víi kiÓ u m¹ ng A2 lµ thay cho nguyª n tö n» m ë trung t© m khèi lµ nguyª n tö
n» m ë trung t© m c¸ c mÆ t bª n, nh− biÓ u thÞ ë c¸ c h× nh 1.11a, b vµ c. a) b) c) d) o Sè nguyª n tö trong 1 « lµ : nv = 8 ®Ø nh. 1/8 + 6 mÆ t. 1/2 = 4 nguyª n tö . o Trong m¹ ng A1, c¸ c nguyª n tö xÕ p xÝ t nhau theo ph−¬ng ®−êng chÐ o mÆ t <110>,
do ®ã:
®−êng kÝ nh dng.t = 22
a , sè s¾ p xÕ p lµ 12.
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.
Cã 2 lo¹ i lç hæng h× nh 4 mÆ t vµ h× nh 8 mÆ t nh− tr× nh bµ y ë c¸ c h× nh 1.11c. Lo¹ i bèn mÆ t cã kÝ ch th−íc 0,225 dng.t (®Ø nh1 vµ t© m ba mÆ t 2,3,4). §̧ ng chó ý lµ lo¹ i lç hæng h× nh t¸ m mÆ t, nã cã kÝ ch th−íc lín h¬n c¶ , b» ng 0,414dng.t, n» m ë trung t© m khèi vµ gi÷a c¸ c c¹ nh a. So víi m¹ ng A2, m¹ ng A1 tuy dµ y ®Æ c h¬n song sè l−îng lç hæng l¹ i Ý t h¬n mµ kÝ ch th−íc lç hæng l¹ i lín h¬n h¼ n (0,225 vµ 0,41 so víi 0,154 vµ 0,291). ChÝ nh ®iÒ u nµ y (kÝ ch th−íc lç hæng) míi lµ yÕ u tè quyÕ t ®Þ nh cho sù hßa tan d−íi d¹ ng xen kÏ .
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.
a
1
23
4
A B
{100} {111}
B A C
H× nh 1.11. ¤ c¬ së m¹ng lËp ph−¬ng t©m mÆt (a, b), c¸c lç hæng (c) vµ c¸ch xÕp c¸c mÆt tinh thÓ {100} vµ {111} (d)
11 c.c.c.c. Lôc gi¸cLôc gi¸cLôc gi¸cLôc gi¸c xÕ p chÆt A3 xÕ p chÆt A3 xÕ p chÆt A3 xÕ p chÆt A3 C¸ c nguyª n tö n» m trª n 12 ®Ø nh, t© m cña 2 mÆ t ®¸ y vµ t© m cña ba khèi l¨ ng
trô tam gi¸ c c¸ ch ®Ò u nhau (h× nh 1.12a, b vµ c).
a) b) c) d) H× nh 1.12. ¤ c¬ së m¹ng lôc gi¸c xÕp chÆt (a,b,c) vµ
c¸ch xÕp c¸c mÆt tinh thÓ {0001} (d)
Sè l−îng nguyª n tö trong 1 « : nv = 12 ®Ø nh/6 + 2 gi÷a mÆ t/2 + 3 t© m = 6 nguyª n tö Nguyª n tö xÕ p xÝ t nhau theo c¸ c mÆ t ®¸ y (0001). 3 nguyª n tö ë gi÷a song song víi mÆ t ®¸ y s¾ p xÕ p nguyª n tö gièng nh− 2 mÆ t ®¸ y, nh−ng n» m ë c¸ c hâm c¸ ch ®Ò u nhau (h× nh 1.12d). M¹ ng lôc gi¸ c xÕ p chÆ t th× c/a = 38 hay 1,633. Tuy nhiª n trong thùc tÕ c/a cã xª dÞ ch nª n quy −íc: c/a = 1,57 ÷ 1,64 th× m¹ ng ®−îc coi lµ xÕ p chÆ t, 1,57 < c/a < 1,64 kh«ng xÕ p chÆ t.
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.
H× nh 1.14. « c¬ së cña m¹ng tinh thÓ kim c−¬ng (a), vÞ trÝ c¸c nguyªn tö (b) vµ liªn kÕt (c)
¤ 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):
1/4, 1/4, 1/4 (1); 3/4, 3/4, 1/4 (2); 1/4, 3/4,3/4 (3); 3/4, 1/4, 3/4 (4). n» m ë t© m cña bèn khèi 1/8 c¸ ch ®Ò u nhau.
C¸ c nguyª n tö cacbon ®Ò u cã liª n kÕ t ®ång hãa trÞ víi n¨ ng l−îng lín nª n kim c−¬ng cã ®é cøng rÊ t cao (cao nhÊ t trong thang ®é cøng).
A
B
12 b.b.b.b. M¹ng grafitM¹ng grafitM¹ng grafitM¹ng grafit Cã m¹ ng lôc gi¸ c líp (h× nh 1.15a), trong mét líp kho¶ ng c¸ ch gi÷a c¸ c nguyª n tö a = 0,246nm, liª n kÕ t ®ång ho¸ trÞ . Kho¶ ng c¸ ch gi÷a c¸ c líp c = 0,671nm, t−¬ng øng víi liª n kÕ t yÕ u Van der Waals, grafit rÊ t dÔ bÞ t¸ ch líp , rÊ t mÒ m, nã ®−îc coi nh− lµ mét trong nh÷ng chÊ t r¾ n cã ®é cøng thÊ p nhÊ t. c.c.c.c. CÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullereneCÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullereneCÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullereneCÊu tróc cña sîi cacbon vµ fullerene Ph© n tö cacbon C60 gäi lµ fullerene do hai nhµ khoa häc H. Kroto (Anh) vµ R. Smalley (Mü) t¹ o ra 1985 (Nobel n¨ m 1995) (h× nh 1.15c): 60 nguyª n tö C n» m trª n mÆ t cÇ u gåm 12 ngò gi¸ c vµ 20 lôc gi¸ c ®Ò u, n» m xen kÏ nhau t¹ o ®èi xøng trßn, øng víi ®é bÒ n vµ ®é cøng rÊ t cao cña nã ch¾ c ch¾ n høa hÑ n sÏ cã nh÷ng øng dông kú l¹ trong kü thuË t. Sîi cacbon ®−îc tr× nh bµ y ë h× nh 1.15b
H× nh 1.15. CÊu tróc m¹ng cña grafit (a), sîi cacbon (b) vµ fullerene (c). d.d.d.d. CÊu tróc cña SiOCÊu tróc cña SiOCÊu tróc cña SiOCÊu tróc cña SiO2222
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:
13
• Tû sè cña ion © m vµ ion d−¬ng ®¶ m b¶ o trung hßa vÒ ®iÖ n. • T−¬ng quan kÝ ch th−íc gi÷a ion © m vµ ion d−¬ng: trong tinh thÓ ion, c¸ c ion lu«n cã xu h−íng s¾ p xÕ p ®Ó ®é xÕ p chÆ t vµ tÝ nh ®èi xøng cao nhÊ t.
M¹ ng tinh thÓ cña hîp chÊ t víi liª n kÕ t ion vÉ n cã c¸ c kiÓ u m¹ ng ®¬n gi¶ n (A1, A2) nh−ng sù ph© n bè c¸ c ion trong ®ã kh¸ phøc t¹ p nª n vÉ n ®−îc coi lµ cã m¹ ng phøc t¹ p.
Cã thÓ h× nh dung m¹ ng tinh thÓ c¸ c hîp chÊ t hãa häc víi liª n kÕ t ion ®−îc t¹ o thµ nh trª n c¬ së cña « c¬ së cña ion © m, c¸ c ion d−¬ng cßn l¹ i chiÕ m mét phÇ n hay toµ n bé c¸ c lç hæng.
TØ mØ vÒ cÊ u tróc cña chÊ t r¾ n cã liª n kÕ t ion ®−îc tr× nh bµ y ë ch−¬ng 7. 1.4.4.1.4.4.1.4.4.1.4.4. CÊu tróc cña polymeCÊu tróc cña polymeCÊu tróc cña polymeCÊu tróc cña polyme Kh¸ c víi kim lo¹ i vµ c¸ c chÊ t v« c¬, « c¬ së chØ t¹ o nª n bëi sè l−îng h¹ n chÕ (tõ vµ i ®Õ n vµ i chôc) nguyª n tö (ion), mçi ph© n tö polyme cã thÓ gåm hµ ng triÖ u nguyª n tö . VÝ dô PE (C2H4)n:
H H H H H H H H C = C → C C → C C C C H H H H H H H H
m¹ ch kÝ n bÎ liª n kÕ t kÐ p t¹ o m¹ ch th¼ ng C¸ c ph© n tö (m¹ ch) polyme ®−îc liª n kÕ t Van der Waals víi nhau (liª n kÕ t yÕ u). Mét sè vïng c¸ c m¹ ch s¾ p xÕ p cã trË t tù t¹ o nª n cÊ u tróc tinh thÓ , phÇ n cßn l¹ i lµ v« ®Þ nh h× nh. 1.4.5.1.4.5.1.4.5.1.4.5. D¹ng thï h× nhD¹ng thï h× nhD¹ng thï h× nhD¹ng thï h× nh Thï h× nh hay ®a h× nh lµ sù tån t¹ i hai hay nhiÒ u cÊ u tróc m¹ ng tinh thÓ kh¸ c nhau cña cïng mét nguyª n tè hay mét hîp chÊ t hãa häc, mçi cÊ u tróc kh¸ c biÖ t ®ã ®−îc gäi lµ d¹ ng thï h× nh: ký hiÖ u α, β, γ, δ, ε.... Qu¸ tr× nh thay ®æi tõ d¹ ng thï h× nh nµ y sang d¹ ng thï h× nh kh¸ c ®−îc gäi lµ chuyÓ n biÕ n thï h× nh. C¸ c yÕ u tè dÉ n ®Õ n chuyÓ n biÕ n thï h× nh th−êng gÆ p h¬n c¶ lµ nhiÖ t ®é, sau ®ã lµ ¸ p suÊ t.
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 ≠.
ChuyÓ n biÕ n thï h× nh bao giê còng ®i kÌ m víi sù thay ®æi vÒ thÓ tÝ ch (në hay co) vµ c¬ tÝ nh. VÝ dô: khi nung nãng s¾ t qua 911oC s¾ t l¹ i co l¹ i ®ét ngét (do t¨ ng mË t ®é xÕ p tõ 68 lª n 74% khi chuyÓ n tõ Feα → Feγ) vµ hoµ n toµ n ng−îc l¹ i khi lµ m nguéi (®iÒ u nµ y h¬i tr¸ i víi quan niÖ m th−êng gÆ p lµ nung nãng th× në ra, cßn lµ m nguéi th× co l¹ i) → rÌ n khu«n?. 1.5.1.5.1.5.1.5. Sai lÖ ch m¹ng tinh thÓSai lÖ ch m¹ng tinh thÓSai lÖ ch m¹ng tinh thÓSai lÖ ch m¹ng tinh thÓ Trong thùc tÕ kh«ng ph¶ i 100% nguyª n tö ®Ò u n» m ®óng vÞ trÝ quy ®Þ nh, g© y nª n nh÷ng sai lÖ ch ®−îc gäi lµ sai lÖ ch m¹ ng tinh thÓ hay khuyÕ t tË t m¹ ng. Tuy sè nguyª n tö n» m lÖ ch vÞ trÝ quy ®Þ nh chiÕ m tû lÖ rÊ t thÊ p (chØ 1 ÷ 2%) song ¶ nh h−ëng lín ®Õ n c¬ tÝ nh: kh¶ n¨ ng biÕ n d¹ ng dÎ o, biÕ n cøng...).
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)
Do dao ®éng nhiÖ t quanh vÞ trÝ c© n b» ng, ë møc ph© n bè n¨ ng l−îng kh«ng ®Ò u, mét sè nguyª n tö bøt khái nót m¹ ng ®Ó l¹ i nót trèng vµ t¹ o nguyª n tö xen kÏ gi÷a.
H× nh 1.17. C¸c d¹ng sai lÖch ®iÓm: nót trèng vµ nguyªn tö tù xen kÏ (a) vµ c¸c nguyªn tö t¹p chÊt (b).
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)
H× nh 1.18. LÖch biªn: tinh thÓ kh«ng lÖch (a), m« h× nh t¹o thµnh (b), sù s¾p xÕp nguyªn tö trong vïng lÖch (c)
┴
B
A
C
D
┴
vÐ c t¬
54
32
1
1
2 3
4
15 Nh− thÊ y râ ë h× nh 1.18b: ®−êng AD ®−îc gäi lµ trôc lÖ ch, nã chÝ nh lµ biª n cña b¸ n mÆ t nª n cã tª n lµ lÖ ch biª n. Víi sù ph© n bè nh− vË y nöa tinh thÓ cã chøa b¸ n mÆ t sÏ chÞ u øng suÊ t nÐ n, nöa cßn l¹ i chÞ u øng suÊ t kÐ o. VÐ c t¬ Burgers: lµ vÐ c t¬ ®ãng kÝ n vßng trßn Burgers vÏ trª n mf vu«ng gãc víi trôc lÖ ch khi chuyÓ n tõ tinh thÓ kh«ng lÖ ch sang tinh thÓ cã lÖ ch. LÖ ch th¼ ng ADb ⊥
r
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).
ý nghÜ a: lÖ ch biª n gióp cho dÔ biÕ n d¹ ng (tr−ît), khi mË t ®é qu¸ lín l¹ i g© y c¶ n tr−ît (t¨ ng bÒ n). Ngoµ i ra, lÖ ch xo¾ n gióp cho mÇ m ph¸ t triÓ n nhanh khi kÕ t tinh. 1.5.3.1.5.3.1.5.3.1.5.3. Sai lÖ ch mÆtSai lÖ ch mÆtSai lÖ ch mÆtSai lÖ ch mÆt Sai lÖ ch mÆ t lµ lo¹ i sai lÖ ch cã kÝ ch th−íc lín theo hai chiÒ u ®o vµ nhá theo chiÒ u thø ba, tøc cã d¹ ng cña mét mÆ t (cã thÓ lµ ph¼ ng, cong hay uèn l−în). C¸ c d¹ ng ®iÓ n h× nh cña sai lÖ ch mÆ t lµ : - biª n giíi h¹ t vµ siª u h¹ t (sÏ tr× nh bµ y ë môc sau) vµ bÒ mÆ t tinh thÓ . 1.6.1.6.1.6.1.6. §¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ§¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ§¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ§¬n tinh thÓ vµ ®a tinh thÓ 1.6.1.1.6.1.1.6.1.1.6.1. §¬n tinh thÓ§¬n tinh thÓ§¬n tinh thÓ§¬n tinh thÓ
§¬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
B
A
C
D
B
A
C
D
B
A
C
D
vÐ c t¬ L
16 th«ng sè m¹ ng song ph−¬ng l¹ i ®Þ nh h−íng kh¸ c nhau (mang tÝ nh ngÉ u nhiª n) vµ liª n kÕ t víi nhau qua vïng ranh giíi ®−îc gäi lµ biª n h¹ t (hay biª n giíi h¹ t) nh− tr× nh bµ y ë h× nh 1.20b. Tõ m« h× nh ®ã thÊ y râ: - Mçi h¹ t lµ mét khèi tinh thÓ hoµ n toµ n ®ång nhÊ t, thÓ hiÖ n tÝ nh dÞ h−íng. - C¸ c h¹ t ®Þ nh h−íng ngÉ u nhiª n víi sè l−îng rÊ t lín nª n thÓ hiÖ n tÝ nh ®¼ ng h−íng - Biª n h¹ t chÞ u ¶ nh h−ëng cña c¸ c h¹ t xung quanh nª n cã cÊ u tróc “trung gian” vµ v× vË y s¾ p xÕ p kh«ng trË t tù (x« lÖ ch) nh− lµ v« ®Þ nh h× nh , kÐ m xÝ t chÆ t víi tÝ nh chÊ t kh¸ c víi b¶ n th© n h¹ t. - Cã thÓ quan s¸ t cÊ u tróc h¹ t ®a tinh thÓ hay c¸ c h¹ t nhê kÝ nh hiÓ n vi quang häc (h× nh 1.20c).
b.b.b.b. §é h¹t§é h¹t§é h¹t§é h¹t §é h¹ t cã thÓ quan s¸ t ®Þ nh tÝ nh qua mÆ t g· y, ®Ó chÝ nh x¸ c ph¶ i x¸ c ®Þ nh trª n tæ chøc tÕ vi.
CÊ p h¹ t theo tiª u chuÈ n ASTM: ph© n thµ nh 16 cÊ p chÝ nh ®¸ nh sè tõ 00, 0, 1, 2...., 14 theo trË t tù h¹ t nhá dÇ n, trong ®ã tõ 1 ®Õ n 8 lµ th«ng dông.
CÊ p h¹ t N=3,322lgZ+1, víi Z lµ sè h¹ t cã trong 1inch2 (2,542≈ 6,45cm2) d−íi ®é phãng ®¹ i 100 lÇ n.
Ng−êi ta th−êng x¸ c ®Þ nh cÊ p h¹ t b» ng c¸ ch so s¸ nh víi b¶ ng chuÈ n ë ®é phãng ®¹ i (th−êng lµ x100) hoÆ c x¸ c ®Þ nh trª n tæ chøc tÕ vi. C¸ c sè liÖ u ph© n cÊ p h¹ t xem trong b¶ ng 1.2.
B¶ ng 1.2. C¸c cÊp h¹t chuÈn chÝ nh theo ASTM CÊ p h¹ t 00 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Z(x100)/inch2 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 64 128 Z thùc/mm2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048
S h¹ t, mm2 0,258 0,129 0,0645 0,032 0,016 0,008 0,004 0,002 0,001 0,0005 CÊ p h¹ t 9 10 11 12 13 14 Z(x100)/inch2 256 512 1024 2048 4096 8200 Z thùc/mm2 4096 8200 16400 32800 65600 131200 S h¹ t, mm2 2.10-4 1.10-4 6.10-5 3.10-5 1,6.10-5 7,88.10-6
H× nh 1.20. M« h× nh ®¬n tinh thÓ (a), ®a tinh thÓ (b), tæ chøc tÕ vi kim lo¹i ®a tinh thÓ (c), cÊu tróc cña siªu h¹t (d).
17
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
H× nh 1.22. M« h× nh textua trong d©y nh«m sau khi kÐo sîi (vect¬ V biÓu thÞ h−íng kÐo, trôc textua lµ [111]).
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
ChÊ t láng chØ cã trË t tù gÇ n, trong ®ã cã nh÷ng nhãm nguyª n tö s¾ p xÕ p trË t tù , chóng ë tr¹ ng th¸ i c© n b» ng ®éng. VÒ mÆ t cÊ u tróc tr¹ ng th¸ i láng gÇ n tr¹ ng th¸ i tinh thÓ h¬n, c¸ c ®¸ m nguyª n tö → lµ t© m mÇ m gióp cho kÕ t tinh. b.b.b.b. BiÕ n ®æi n¨ng l−îng khi kÕ t tinhBiÕ n ®æi n¨ng l−îng khi kÕ t tinhBiÕ n ®æi n¨ng l−îng khi kÕ t tinhBiÕ n ®æi n¨ng l−îng khi kÕ t tinh H× nh 1.23 biÓ u thÞ sù biÕ n ®æi n¨ ng l−îng ∆G cña c¸ c tr¹ ng th¸ i láng (∆GL) vµ r¾ n (∆GR) (tinh thÓ ) theo nhiÖ t ®é:
- 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
c.c.c.c. §é qu¸ nguéi§é qu¸ nguéi§é qu¸ nguéi§é qu¸ nguéi §é qu¸ nguéi ∆T: nguéi d−íi TO
∆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
T¹ o mÇ m lµ qu¸ tr× nh sinh ra c¸ c phÇ n tö r¾ n cã cÊ u tróc tinh thÓ , víi kÝ ch th−íc ®ñ lín, chóng kh«ng bÞ tan ®i nh− tr−íc ®ã mµ ph¸ t triÓ n lª n nh− lµ trung t© m cña tinh thÓ (h¹ t), hai lo¹ i mÇ m: tù sinh vµ ngo¹ i lai. MÇ m tù sinh
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.
H× nh 1.24. KÕt tinh nh¸nh c©y (a), tinh thÓ nh¸nh c©y (b)
Khi ®−îc lµ m nguéi t−¬ng ®èi nhanh, tho¹ t tiª n sù ph¸ t triÓ n mÇ m mang tÝ nh dÞ h−íng tøc lµ ph¸ t triÓ n rÊ t nhanh theo mét sè ph−¬ng t¹ o nª n nh¸ nh c© y, trôc bË c I (A) (h× nh 1.24), råi tõ trôc chÝ nh nµ y t¹ o nª n trôc bË c II (B) vu«ng gãc víi trôc bË c I, råi tõ trôc bË c II ph© n nh¸ nh tiÕ p t¹ o nª n trôc bË c III (C)... cø nh− vË y nh¸ nh c© y ®−îc h× nh thµ nh. Sau ®ã kim lo¹ i gi÷a c¸ c nh¸ nh c© y míi kÕ t tinh t¹ o nª n h¹ t (tinh thÓ ) ®Æ c kÝ n, kh«ng thÊ y trùc tiÕ p ®−îc nh¸ nh c© y n÷a. Nh¸ nh c© y chØ ®−îc ph¸ t hiÖ n thái ®óc lín, phÇ n kÕ t tinh tr−íc lµ m tr¬ ra nh¸ nh c© y mµ kh«ng cßn kim lo¹ i láng ®iÒ n ®Ç y. Còng cã thÓ tÈ m thùc hîp kim ®Ó thÊ y ®−îc nh¸ nh c© y.
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
kÕt thóc ë gi©y thø n (d).
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
3
nv
, ®Ó t¹ o
h¹ t nhá → t¨ ng n vµ gi¶ m v b.b.b.b. C¸c ph−¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®ócC¸c ph−¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®ócC¸c ph−¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®ócC¸c ph−¬ng ph¸p lµm h¹t nhá khi ®óc T¨ ng tèc ®é nguéi Khi t¨ ng ®é qu¸ nguéi ∆To, tèc ®é sinh mÇ m n vµ tèc ®é ph¸ t triÓ n dµ i cña mÇ m v ®Ò u t¨ ng (h× nh 1.26) . ∆T < ∆T1(~103 ®é/s): ∆T ↑ → c¶ n&v ®Ò u ↑ . ∆T1<∆T < ∆T2(~104-105 ®é/s): ∆T↑ → n↑, v ↓ → nano . ∆T > ∆T2: ∆T ↑ → v« ®Þ nh h× nh . §óc khu«n c¸ t → khu«n kim lo¹ i → h¹ t nhá BiÕ n tÝ nh: . T¹ o mÇ m ngo¹ i lai : 2 lo¹ i: - kim lo¹ i cã cïng kiÓ u m¹ ng hoÆ c gÇ n gièng nhau: FeSi, FeSiCa (gang), Ti (thÐ p) H× nh 1.26. ¶nh h−ëng cña ∆T ®Õn n vµ v - cho chÊ t t¹ o oxit, nitrit : Al2O3, AlN khi ®óc thÐ p . HÊ p phô : Na cho Silumin (AlSi) . CÇ u ho¸ graphit : Mg, Ce, §h T¸ c ®éng vË t lý: Rung, siª u © m → bÎ gÉ y tinh thÓ → h¹ t nhá §óc ly t© m → h¹ t nhá 1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc1.7.5. CÊu t¹o tinh thÓ cña thái ®óc a.a.a.a. Ba vïng tinh thÓ cña thái ®ócBa vïng tinh thÓ cña thái ®ócBa vïng tinh thÓ cña thái ®ócBa vïng tinh thÓ cña thái ®óc
∆T2 ∆T1 ∆T
n,v n
v
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):
H× nh 1.27. CÊ u tróc 3 vïng cña thái ®óc
21
Vá ngoµ i cïng lµ líp h¹ t nhá ®¼ ng trôc 1: do ∆T lín, mÇ m ngo¹ i lai nhiÒ u → h¹ t nhá mÞ n. Do thµ nh khu«n cã ®é nhÊ p nh« → c¸ c mÇ m ph¸ t triÓ n theo c¸ c ph−¬ng ngÉ u nhiª n c¾ t nhau, chÌ n Ð p nhau → h¹ t ph¸ t triÓ n ®Ò u theo mäi phÝ a. Vïng tiÕ p theo lµ líp h¹ t t−¬ng ®èi lín h× nh trô 2: vu«ng gãc víi thµ nh khu«n, do thµ nh khu«n míi b¾ t ®Ç u nãng lª n → ∆To ↓, h¹ t lín h¬n vµ ph¸ t triÓ n m¹ nh theo ph−¬ng ph¸ p tuyÕ n víi thµ nh khu«n lµ ph−¬ng truyÒ n nhiÖ t → h¹ t h× nh trô . Vïng ë gi÷a lµ vïng c¸ c h¹ t lín ®¼ ng trôc 3. Kim lo¹ i láng ë gi÷a kÕ t tinh sau cïng, thµ nh khu«n ®· nãng lª n nhiÒ u do ®ã: - ∆T ↓ → h¹ t lín, - nhiÖ t t¶ n ®Ò u theo mäi ph−¬ng → h¹ t ®¼ ng trôc. . Vïng ngoµ i cïng lu«n lu«n lµ líp vá máng, 2 vïng sau phô thuéc vµ o ®iÒ u kiÖ n lµ m nguéi khu«n: + nguéi m· nh liÖ t th× vïng 2 sÏ lÊ n ¸ t vïng 3, thË m chÝ mÊ t vïng 3 → xuyª n tinh → khã biÕ n d¹ ng dÎ o, kh«ng phï hîp víi thái c¸ n + nguéi chË m th× vïng 3 l¹ i lÊ n ¸ t vïng 2, thái trë nª n dÔ c¸ n h¬n. b.b.b.b. C¸c khuyÕ t tËt cña vËt ®óc C¸c khuyÕ t tËt cña vËt ®óc C¸c khuyÕ t tËt cña vËt ®óc C¸c khuyÕ t tËt cña vËt ®óc Rç co vµ lâm co: Do khi kÕ t tinh kim lo¹ i co l¹ i kh«ng ®−îc bï → co: rç co n» m ph© n t¸ n, r¶ i r¸ c gi÷a c¸ c nh¸ nh c© y trª n kh¾ p vË t ®óc ®−îc gäi lµ rç co→ gia c«ng ¸ p lùc ë nhiÖ t ®é cao th× chóng ®−îc hµ n kÝ n kh«ng ¶ nh h−ëng ®¸ ng kÓ ®Õ n c¬ tÝ nh. co tË p trung → lâm co th−êng n» m ë n¬i kÕ t tinh sau cïng: chç dµ y, phÝ a trª n. PhÇ n thái cã lâm co ph¶ i ®−îc c¾ t bá → tû lÖ sö dông chØ cßn kho¶ ng 85 ®Õ n 95%. §óc liª n tôc o cã lâm co §èi víi chi tiÕ t ®óc ph¶ i ®Ó phÇ n lâm co ë ®Ë u ngãt → c¾ t bá ®i. Rç khÝ
KhÝ hoµ tan tho¸ t ra kh«ng kÞ p → rç khÝ hay bät khÝ . Khi c¸ n kh«ng thÓ hµ n kÝ n ®−îc (líp «xyt ng¨ n c¶ n khuÕ ch t¸ n lµ m liÒ n chç bÑ p), g© y ra trãc vá hoÆ c nøt khi sö dông → khö khÝ tèt tr−íc khi rãt khu«n, sÊ y kh« khu«n c¸ t hoÆ c ®óc trong ch© n kh«ng. Thiª n tÝ ch (segregation)
Lµ sù kh«ng ®ång nhÊ t vÒ thµ nh phÇ n vµ tæ chøc cña s¶ n phÈ m ®óc, c¶ víi hîp kim (khi thµ nh phÇ n phøc t¹ p) vµ kim lo¹ i do tÝ ch tô t¹ p chÊ t. Cã nhiÒ u d¹ ng thiª n tÝ ch: theo träng l−îng, trong b¶ n th© n h¹ t, cña P, S trong thÐ p.
