Bài giảng Vật liệu học: Chương 1- Cấu trúc tinh thể và sự hình thành được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Cấu tạo và liên kết nguyên tử; Sự sắp xếp các nguyên tử trong vật chất; Khái niệm về mạng tinh thể. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng dưới đây để nắm được nội dung chi tiết nhé!
Mở đầu * Khoa học vật liệu nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc tính chất vật liệu Vật liệu gì? vật rắn sử dụng để chế tạo dụng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng cơng trình…… Kim loại nhóm vật liệu chính: VL kim loại, Ceramic, Polymer Composite 1- VL bán dẫn 2- VL siêu dẫn Composite 3- VL silicon 4- VL polymer dẫn điện Polymer Ceramic Mở đầu (tiếp theo) Vai trò vật liệu: Đối tượng vật liệu học cho chuyên ngành khí: nghiên cứu mối quan hệ tính chất cấu trúc vật liệu Tính chất: - học (cơ tính) - vật lý (lý tính) - hóa học (hố tính) - cơng nghệ sử dụng Cấu trúc: - nghiên cứu tổ chức tế vi - cấu tạo tinh thể Các tiêu chuẩn vật liệu: TCVN, Nga, Mỹ, Nhật, Châu Âu Chương 1: Cấu trúc tinh thể hình thành 1.1 Cấu tạo liên kết nguyên tử: Cấu tạo nguyên tử: e chuyển động bao quanh hat nhân (p+n) Các dạng liên kết chất rắn: * Liên kết đồng hố trị: hình thành ngun tử góp chung điện tử hoá trị liên kết (H2, Cl2, CH4….) Liên kết có tính định hướng * Liên kết ion: hình thành lực hút nguyên tố dễ nhường e hoá trị (tạo ion dương) với nguyên tố dễ nhận e hoá trị (tạo ion âm) liên kết (LiF….) Liên kết khơng có tính định hướng * Liên kết kim loại: hình thành tương tác e tự chuyển động mạng tinh thể ion dương * Liên kết hỗn hợp: hình thành vật liệu tồn nhiều loại liên kết có góp mặt nhiều loại nguyên tố * Liên kết yếu: có tương tác phần tử bị phân cực 1.2 Sự xếp nguyên tử vật chất Chất khí: nguyên tử, phân tử chuyển động hỗn loạn Chất rắn tinh thể: nguyên tử có vị trí hồn tồn xác định (có trật tự gần trật tự xa) Chất lỏng: có trật tự gần, khơng có trật tự xa Chất rắn vơ định hình: ngun tử xếp khơng có trật tự vơ định hình Chất rắn vi tinh thể: có cấu trúc tinh thể trạng thái cỡ hạt nano 1.3 Khái niệm mạng tinh thể Vì cần nghiên cứu mạng tinh thể Tính chất vật liệu bị đinh cấu trúc mạng tinh thể Tính đối xứng: - tâm đối xứng - trục đối xứng - mặt đối xứng Ơ sở: phần khơng gian nhỏ đặc trưng cho toàn quy luật xếp toàn mạng tinh thể Một số cấu trúc tinh thể điển hình vật rắn Lập phương tâm khối (A2) Số nguyên tử: n=2 Bán kính nguyên tử: r=a.31/2 /4 Mặt xếp dày họ {110} Mv = 68% Ms {110} = ????? Lỗ hổng mặt: tâm mặt bên + cạnh, d=0,154dng.t Lỗ hổng mặt: ¼ cạnh nối điểm cạnh đối diện, d=0,291dng.t Fe, Cr, Mo, W…… Một số cấu trúc tinh thể điển hình vật rắn (tiếp theo) Lập phương tâm mặt (A1) Số nguyên tử: n=4 Bán kính nguyên tử: r=a.21/2 /4 Mặt xếp dày họ {111} Mv = 74% Ms {111} = ????? Lỗ hổng mặt: tâm khối + cạnh, d=0,414dng.t Lỗ hổng mặt: ¼ đường chéo khối tính từ đỉnh, d=0,225dng.t Fe, Ni, Cu, Al… Một số cấu trúc tinh thể điển hình vật rắn (tiếp theo) Sáu phương xếp chặt (A3) c a Số nguyên tử: n=6 - tỷ số c/a 1,57-1,64 mạng xếp chặt - tỷ số c/a 1,57-1,64 mạng không xếp chặt Ti, Mg, Zn… Các sai lệch mạng tinh thể * Sai lệch điểm: có xuất nút trống hay nguyên tử xen kẽ Khuyết tật điểm Sai lệch đường: hình thành dãy sai lệch điểm tạo nên Lệch biên chuyển động Sai lệch mặt: hình thành biên giới hạt siêu hạt bề mặt tinh thể Đơn tinh thể đa tinh thể Đơn tinh thể: khối đồng có kiểu mạng số mạng, có phương khơng đổi tồn thể tích có tính dị hướng Đa tinh thể: tập hợp nhiều đơn tinh thể có cấu trúc thông số mạng định hướng khác Đặc điểm đa tinh thể: - đơn tinh thể (hạt) ngăn cách biên giới hạt - hạt đơn tinh thể đồng - khơng có đồng phương mạng tồn khối tính đẳng hướng - biên hạt ln bị xô lệch không tuân theo quy luật xếp tinh thể - Quan sát cấu trúc qua tổ chức tế vi Độ hạt: ASTM có 16 cấp, số lớn hạt nhỏ Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại Điều kiện xảy kết tinh T>Ts vật tồn trạng thái lỏng F T