Giáo trình vật liệu kỹ thuật pot

MÅÍ ÂÁƯU Trong lëch sỉí phạt triãøn ca x häüi loi ngỉåìi chụng ta â sỉí dủng ráút nhiãưu loải váût liãûu khạc nhau, våïi tênh nàng sỉí dủng ca chụng cng ngy cng cao hån. Âáưu tiãn l thåìi k âäư âạ, sau âọ tiãún âãún thåìi âải âäư âäưng, âäư sàõt.v .v. Cho âãún ngy nay l mäüt loảt cạc loải váût liãûu måïi nhỉ : composit, ceramit, pälyme. v.v. Cạc loải váût liãûu ny (âàûc biãût l kim loải & håüp kim, cng våïi cạc loải váût liãûu måïi) â gọp pháưn thục âáøy sỉû phạt triãøn ca x häü loi ngỉåìi mäüt cạch nhanh chọng. Ngy nay trong cạc lénh vỉûc cäng nghiãûp, qúc phng, âåìi säúng âi h i váût liãûu sỉí dủng cáưn phi cọ ráút nhiãưu tênh cháút khạc nhau. Vê dủ : khi thç cáưn cọ tênh dáùn âiãûn ráøt cao âãø dng trong ngnh âiãûn lỉûc, lục lải u cáưu cọ âäü cỉïng låïn âãø lm cạc loải dủng củ càõt gt kim loải, khi lải cáưn cọ âäü bãưn låïn âãø lm cạc cáúu kiãûn xáy dỉûng, hồûc phi cọ tênh do cao âãø cạn, dáûp, kẹo ngüi, hay cáưn âäü bãưn cao nhỉng khäúi lỉåüng riãng nh âãø dng trong cäng nghiãûp hng khäng Táút c cạc u cáưu ny âãưu cọ thãø âỉåüc âạp ỉïng båíi váût liãûu kim loải cng nhỉ cạc loải váût liãûu måïi. Män váût liãû u hck s trang bë cho sinh viãn nhỉỵng kiãún thỉïc cå bn ca cạc loải váût liãûu chênh : tinh thãø, cạc håüp kim, bạn dáùn v ion, cäüng họa trë cng nhỉ kiãún thỉïc vãư xỉí l nhiãût ca chụng. Mủc âêch ca män hc ny giụp cho sinh viãn hiãøu r cạc loải váût liãûu khạc nhau dỉûa trãn mäúi quan hãû giỉỵa cáúu trục (liãn kãút họa hc, kiãøu mảng tinh thãø) v cå l tênh, thỉûc hnh âỉåüc cạc thê nghiãûm cå bn âãø xạc âënh cå tênh ca váût liãûu v biãút lỉûa chn váût liãûu ph håüp nháút âạp ỉïng nhu cáưu sỉí dủng sau ny. Khi nghiãn cỉïu mäüt váût liãûu báút k chụng ta âãưu dỉûa vo bäún cỉûc cå b n sau âáy : Kãút cáúu ca cáúu trục, cạc tênh cháút, sỉû täøng håüp cạc phỉång phạp gia cäng v hiãûu qu sỉí dủng ca nọ. Mäüt sn pháøm cọ thãø gäưm hng chủc loải váût liãûu khạc nhau tảo nãn. Vê dủ ä tä RENAULT CLIO 1,2 RN ca Phạp gäưm mỉåìi mäüt loải váût liãûu sau âáy tảo nãn : 1- Thẹp táúm 40,9% 2-Thẹp hçnh 10,9% 2-Gang 11,3% 4-Håüp kim nhäm 4,2% 5-Cạc kim loải mu khạc 3,9% 6-Cháút do 10,2% 7-Cháút do ân häưi 3,4% 8-Váût liãûu hỉỵu cå khạc 3,4% 9-Thy tinh 4,2% 10-Sån 1,7% 11-Cháút lng 5,9% u cáưu ca ngỉåìi k sỉ cạc ngnh cå âiãûn tỉí ngoi kh năng hiãøu biãút vãư chun män sáu ca ngnh hc, cn phi nàõm âỉåüc nhỉỵng tênh cháút cå b n ca cạc loải váût liãûu âãø tỉì âọ cọ thãø sỉí dủng mäüt cạch håüp l nháút nhàòm náng cao tøi th ca mạy mọc, cäng trçnh, hả giạ thnh sn pháøm Män hc ny kãú thỉìa kiãún thỉïc ca khạ nhiãưu cạc lénh vỉûc khạc nhau : tinh thãø hc, cå lỉåüng tỉí, l thuút lãûch, váût l tia rån ghen, àn mn v bo vãû kim loải do âọ khäúi lỉåüng kiãún thỉïc khạ låïn v cọ nhiãưu màût. Vç váûy âi hi ngỉåìi hc phi nàõm vỉỵng cạc kiãún thỉïc cå bn vãư váût liãûu v thỉûc hnh nghiãm tục cạc thê nghiãûm. Khi nghiãn cỉïu män hc ny phi nàõm chàõc mäú i quan hãû giỉỵa thnh pháưn họa hc, cáúu trục v tênh cháút ca váût liãûu. Báút k sỉû thay âäøi no ca thnh pháưn họa hc v cáúu trục s dáùn tåïi sỉû biãún âäøi ca tênh cháút váût liãûu. 1 PHÁƯN 1 : CÅ SÅÍ VÁÛT LIÃÛU HC CHỈÅNG 1 : CÁÚU TRỤC TINH THÃØ CA VÁÛT LIÃÛU 1.1.CÁÚU TẢO NGUN TỈÍ V CẠC LOẢI LIÃN KÃÚT ÂIÃØN HÇNH TRONG CHÁÚT RÀÕN : 1.1.1.Mä hçnh cáúu tảo ngun tỉí : Ngun tỉí l mäüt hãû thäúng bao gäưm hảt nhán mang âiãûn dỉång v cạc âiãûn tỉí mang âiãûn ám chuøn âäüng xung quanh. Hảt nhán ngun tỉí cáúu tảo båíi cạc präton v nåtron. Präton mang âiãûn dỉång cọ âiãûn têch bàòng âiãûn têch ca âiãûn tỉí, nåtron khäng mang âiãûn. Trong trảng thại bçnh thỉåìng ngun tỉí trung ha âiãûn vç säú lỉåüng präton bàòng säú lỉåüng âiãûn tỉí. Säú ny âỉåüc âàûc trỉng bàòng säú thỉï tỉû (Z) trong bng tưn hon Menâãlãẹp. Khäúi lỉåüng ngun tỉí bàòng khäúi lỉåüng hảt nhán ca nọ vç khäúi lỉåüng ca präton v nåtron låïn hån ráút nhiãưu so våïi khäúi lỉåüng âiãûn tỉí. Våïi cng khäúi lỉåüng âiãûn tỉí v präton, hảt nhán cọ thãø chỉïa säú lỉåüng nåtron khạc nhau v tảo nãn cạc âäưng vë ca cng mäüt ngun täú họa hc. Xạc sút tçm tháúy âiãûn tỉí trãn mäüt qu âảo nạo âọ xung quanh hảt nhán âỉåüc xạc âënh bàòng bäún tham säú gi l säú lỉåüng tỉí. Cọ nghéa l trảng thại nàng lỉåüng ca mäùi âiãûn tỉí trong ngun tỉí âỉåüc xạc âënh båíi bäún säú lỉåüng tỉí. Cạc säú lỉåüng tỉí gäưm cọ : a-Säú lỉåüng tỉí chênh n : cọ cạc giạ trë bàòng 1, 2, 3, 4 xạc âënh nàng lỉåüng cho phẹp ca âiãûn tỉí. Cạc âiãûn tỉí cọ cng säú lỉåüng tỉí chênh n håüp thnh mäüt låïp âiãûn tỉí. Cạc låïp âiãûn tỉí láưn lỉåüt l : K, L, M, N tỉång ỉïng våïi n = 1, 2, 3, 4 b-Säú lỉåüng tỉí phỉång vë l : xạc âënh cạc giạ trë cho phẹp ca mämen xung lỉåüng qu âảo, cọ trë säú bàòng 0, 1, 2, 3 (n - 1). Cạc âiãûn tỉí våïi l khạc nhau ca cng låïp tảo thnh nhỉỵng phán låïp tỉång ỉïng, k hiãûu láưn lỉåüt l s, p, d, f ỉïng våïi l = 0, 1, 2, 3 c-Säú lỉåüng tỉí tỉì m l : xạc âënh kh nàng âënh hỉåïng cho phẹp ca vẹc tå mämen xung lỉåüng qu âảo âäúi våïi chiãưu ca tỉì trỉåìng bãn ngoi, cọ trë säú bàòng 0, . 1, 2, 3 l±±± ± d-Säú lỉåüng tỉí spin m s : xạc âënh kh nàng âënh hỉåïng ngỉåüc chiãưu nhau ca vẹc tå mämen xung lỉåüng spin ca âiãûn tỉí, m s = 1/2. ± Ngoi ra sỉû phán bäú âiãûn tỉí theo cạc mỉïc khạc nhucon phi tn theo ngun l loải trỉì Pauly : mäùi trảng thại våïi ba säú lỉåüng tỉí n, l, m l xạc âënh chè cọ thãø chỉïa hai âiãûn tỉí våïi spin ngỉåüc chiãưu nhau. Dỉûa vo ngun l ny ta cọ thãø dỉû âoạn säú âiãûn tỉí cho phẹp trãn cạc báûc nàng lỉåüng. Vê dủ : ngun tỉí âäưng Cu cọ säú thỉï tỉû Z = 29, phán bäú âiãûn tỉí nhỉ sau : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 (Cn gi l cáúu hçnh âiãûn tỉí) K L M N Trong mäüt säú âiãưu kiãûn xạc âënh, âiãûn tỉí cọ thãø chuøn tỉì trảng thại ny sang trảng thại khạc, khi âọ s phạt ra hay háúp thủ nàng lỉåüng dỉåïi dảng ∆E dỉåïi dảng cạc lỉåüng tỉí ạnh sạng cọ táưn säú ν : ∆E = E l -E l+1 = h ν våïi h = 6,627.10 -27 ec.s (hàòng säú Planck) 2 1.1.2.Cạc loải liãn kãút ngun tỉí thỉåìng gàûp : Trong cháút ràõn thỉåìng gàûp bäún loải liãn kãút sau âáy : liãn kãút âäưng họa tri, liãn kãút ion, liãn kãút kim loải, liãn kãút häùn håüp v liãn kãút Vanderval. 1-Liãn kãút âäng họa trë : Liãn kãút ny tảo ra khi hai hồûc nhiãưu ngun tỉí gọp chung nhau mäüt säú âiãûn tỉí ãø cọ â tạm âiãûn tỉí åí låïp ngoi cng (âiãûn tỉí họa trë). Vê dủ liãn kãút âäưng họa trë giỉỵa hai ngun tỉí clo trong phán tỉí Cl 2 . Hai ngun tỉí ny cọ säú âiãûn tỉí låïp ngoi cng l 7. Do váûy chụng phi gọp chung hai âiãûn tỉí låïp ngoi cng âãø â tạm âiãûn tỉí. Âàûc âiãøm ca liãn kãút âäưng họa trë : 1-Liãn kãút cọ tênh âënh hỉåïng, nghéa l xạc sút täưn tải cạc âiãûn tỉí liãn kãút låïn nháút theo phỉång näúi tám cạc nguyn tỉí. 2-Cỉåìng âäü liãn kãút phủ thüc ráút mảnh vo âàûc tênh liãn kãút giỉỵa cạc âiãûn tỉí họa trë våïi hảt nhán. Vê dủ cạc bon åí dảng âa hçnh kim cỉång cọ liãn kãút âäưng họa trë ráút mảnh vç bäún âiãûn tỉí họa trë (trong säú sạu âiãûn tỉí) liãn kãút háưu nhỉ trỉûc tiãúp våïi hảt nhán. Do váûy nhiãût âäü nọ ng chy ca nọ cao hån 3550 o C. Trong khi âọ thiãúc (Sn) cọ liãn kãút âäưng họa trë ráút úu vç bäún âiãûn tỉí họa trë (trong säú 50 âiãûn tỉí) nàòm xa hảt nhán nãn lỉûc liãn kãút úu âäúi våïi hảt nhán do âọ nhiãût âäü nọng chy tháúp 270 o C. 3-Liãn kãút âäưng họa trë cọ thãø xy ra giỉỵa cạc ngun tỉí cng loải (ca mäüt ngun täú họa hc trong cạc nhọm tỉì IVA âãún VIIA), gi l liãn kãút âäưng họa trë âäưng cỉûc. Vê dủ trong phán tỉí Cl 2 hay cạc tinh thãø kim cỉång, si lêc, gẹcmani Liãn kãút âäưng họa trë giỉỵa cạc ngun tỉí khạc loải (cạc ngun täú họa hc nhọm IIIA våïi nhọm VIA) gi l liãn kãút âäưng họa trë dë cỉûc. 2-Liãn kãút ion : Âáy l loải liãn kãút mảnh, cạc ngun tỉí cho båït âiãûn tỉí låïp ngoi cng v rtråí thn ion dỉång hay nháûn thãm âiãûn tỉí âãø bo ha låïp ngoi cng v tråí thnh ion ám. Vê dủ : trong liãn kãút LiF, Li cho båït mäüt âiãûn tỉí låïp ngoi cng tråí thnh Li + , cn F nháûn thãm mäüt âiãûn tỉí v tråí thnh F - . Liãn kãút ion thỉåìng tảo nãn giỉỵa cạc ngun täú cọ nhiãưu âiãûn tỉí họa trë (nhọm VIB, VIIB) våïi cạc nhọm ngun täú cọ êt âiãûn tỉí họa trë (nhọm IB, IIB). Cạc ä xyt kim loải Al 2 O 3 , MgO, CaO, Fe 3 O 4 cọ liãn kãút ch úu l liãn kãút ion. Liãn kãút ion cng bãưn vỉỵng (cng mảnh) khi cạc ngun tỉí chỉïa cng êt âiãûn tỉí, nghéa l cạc âiãûn tỉí cho v nháûn nàòm gáưn hảt nhán. Liãn kãút ion l loải liãn kãút khäng âënh hỉåïng. Vê dủ : hydrä tảo våïi F, Cl, Br, I cạc håüp cháút HF, HCl, HBr, HI cọ nàng lỉåüng liãn kãút láưn lỉåüt l 5,81; 4,44; 3,75 v 3,06 eV/mol. 3-Liãn kãút kim loải : Cạc ion dỉång kim loải tảo thnh mảng xạc âënh, âàût trong khäng gian âiãûn tỉí tỉû do chung. Nàng lỉåüng liãn kãút l täøng håüp lỉûc âáøy v hụt ténh âiãûn giỉỵa cạc ion dỉång v máy âiãûn tỉí tỉû do . Liãn kãút kim loải thỉåìng âỉåüc tảo nãn tỉì nhỉỵng ngun tỉí cọ êt âiãûn tỉí họa trë. Vê dủ : cạc ngun tỉí åí nhọm IA trong bng tưn hon Menâãlãep våïi mäüt âiãûn tỉí họa trë cọ tênh kim loải âiãøn hçnh. Cng âi vãư bãn phi ca bng tưn hon tênh cháút âäưng họa trë trong liãn kãút cng cao. Cạc cháút ràõn cọ liãn kãút kim loải trong cáúu trục tinh thãø ca nọ cọ tênh âäúi xỉïng cao. 3 + + + + + - - + - - + - - + + + + - - - + + + ++ H çnh 1.1- Liãn kãút kim loải. 4-Liãn kãút häùn håüp : Liãn kãút âäưng họa trë thưn tụy chè cọ âỉåüc trong trỉåìng håüp kiãn kãút âäưng cỉûc (giỉỵa cạc ngun tỉí ca cng mäüt ngun täú họa hc). Trong trỉåìng håüp liãn kãút dë cỉûc (giỉỵa cạc ngun tỉí ca cạc ngun täú khạc nhau) âiãûn tỉí họa trë tham gia liãn kãút chëu hai nh hỉåíng trại ngỉåüc : -Bë hụt båíi hảt nhán ca nọ -Bë hụt båíi hảt nhán ca ngun tỉí thỉï hai âãø tảo âiãûn tỉí chung. Kh nàng ca hảt nhán hụt âiãûn tỉí họa trë âỉåüc gi l tênh ám âiãûn ca ngun tỉí. Sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn giỉỵa cạc ngun tỉí trong liãn kãút âäưng họa trë lm âạm máy âiãûn tỉí "chung" bë biãún dảng v tảo thnh ngáùu cỉûc âiãûn, âọ l tiãưn täú ca liãn kãút ion. Tênh ion ca liãn kãút s cng låïn nãúu sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn ca cạc ngun tỉí cng låïn. Vê dủ : Na cọ tênh ám âiãûn bàòng 0,9 cn Cl cọ tênh ám âiãûn bàòng 3,0. Do váûy trong liãn kãút NaCl gäưm khong 58% liãn kãút ion v 48% liãn kãút âäưng họa trë. Táút c nhỉỵng liãn kãút dë cỉûc âãưu mang tênh cháút häùn håüp giỉỵa liãn kãút ion v âäưng họa trë 5-Liãn kãút úu (liãn kãút Val der Val) : Liãn kãút âäưng họa trë cho phẹp gii thêch sỉû tảo thnh cạc phán tỉí nhỉ nỉåïc (H 2 O) hay poltylen (C 2 H 4 ) n nhỉng khäng thãø gii thêch sỉû tảo thnh mäüt säú váût ràõn tỉì nhỉỵng phán tỉí trung ha nhỉ nỉåïc âạ, polyme Trong nhiãưu phán tỉí cọ liãn kãút âäưng họa trë, do sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn ca cạc nguøn tỉí, trng tám âiãûn têch dỉång v âiãûn têch ám khäng trng nhau s tảo thnh ngáùu cỉûc âiãûn v phán tỉí bë phán cỉûc. Liãn kãút Val der Val l liãn kãút do hiãûn tỉåüng hụt nhau giỉỵa cạc ngun tỉí hồûc phán tỉí bë phán cỉûc åí trảng thại ràõn . Âáy l loải liãn kãút úu, ráút dãù bë phạ hy do ba âäüng nhiãût. Do váûy cạc cháút ràõn trãn cå såí liãn kãút Val der Val cọ nhiãût âäü nọng chy tháúp. 1.2.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ L TỈÅÍNG : 1.2.1.Cạc khại niãû m cå bn : 4 1-Màût tinh thãø : trong kim loải cạc ngun tỉí sàõp xãúp cọ tráût tỉû , tỉïc l chụng âãưu nàòm trãn nhỉỵng màût phàóng song song v cạch âãưu nhau gi l màût tinh thãø .Táûp håüp vä säú cạc màût nhỉ váûy tảo nãn mảng tinh thãø . 2-Khäúi cå såí (cn gi l ä cå bn) :l pháưn nh nháút âàûc trỉng cho mäüt loải mảng tinh thãø .Cọ thãø xem nhỉ mảng tinh thãø l do vä säú cạc khäúi cå såí xãúp liãn tiãúp nhau tảo nãn. 3-Thäng säú mảng (cn gi l hàòng säú mảng) : l khong cạch giỉỵa hai ngun tỉí trãn mäüt cảnh ca khäúi cå såí .Thäng säú mảng l kêch thỉåïc cå bn ca mảng tinh thãø, tỉì âọ cọ thãø suy ra cạc khong cạch báút k trong mảng .Âån vë âo thäng säú mảng l kx (nano mẹt) hay àngsträng , våïi 1kx = 1,00202A o = 1,00202.10 -8 cm. Theo thäng säú mảng ta cọ thãø tênh âỉåüc âỉåìng kênh ngun tỉí kim loải . Thäng säú mảng thỉåìng k hiãûu l a . 1.2.2.Cạc kiãøu mảng tinh thãø thỉåìng gàûp : Trong cạc kim loải thäng dủng thỉåìng gàûp ba kiãøu mảng tinh thãø sau âáy : 1-Láûp phỉång tám khäúi A2 (thãø tám) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v åí trung tám ca khäúi láûp phỉång . Nãúu coi cạc ngun tỉí l hçnh cáưu v biãøu diãùn gáưn nhỉ tháût thç cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh chẹo nhau thç tiãúp xục våïi nhau qua ngun tỉí åí trung tám .Cạc ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục våïi nhau . Kiãøu mảng ny cọ trong cạc kim loải Fe α Cr, Mo, V. Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d = 2 3a v r = 4 3a . Kiãøu mảng ny cọ mäüt thäng säú mảng l a. Kiãøu mảng ny cọ säú sàõp xãúp l K8, nghéa l báút k ngun tỉí no cng cọ tạm ngun tỉí cạch âãưu nọ mäüt khong gáưn nháút. 2- Láûp phỉång tám màût A1 (diãûn tám) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v tám ca cạc màût bãn . Nãúu coi cạc ngun tỉí l hçnh cáưu v biãøu diãùn gáưn nhỉ tháût thç ngun tỉí nàòm åí âènh v tám ca cạc màût bãn thç tiãúp xục våïi nhau .Cạc ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục våïi nhau . Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d = 2 2a v r = 4 2a . Kiãøu mảng ny chè cọ mäüt thäng säú mảng l a . Thỉåìng gàûp trong cạc kim loải Fe γ , Cu, Ni, Al, Pb Säú sàõp xãúp ca mảng A1 l K12. 3-Sạu phỉång xãúp chàût A3 (lủc giạc xãúp chàût) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v åí tám hai màût âạy ca hçnh làng trủ lủc giạc âãưu .Ba ngun tỉí nàòm åí trung tám ba làng trủ tam giạc cạch nhau .Sạu phỉång xãúp chàût cọ hai thäng säúù mảng l a v c , tè säú c/a gi l hãû säú xãúp chàût .Trong trỉåìng håüp l tỉåíng 3 8 = a c ≈ 1,633 .Trong thỉûc tãú tè säú c/a khäng âụng l 1,633 m dao âäüng trong trong khong 1,57 ÷ 1,64 v cng âỉåüc coi l xãúp chàût . Cạc kim loải cọ kiãøu mảng ny l : Zn, Cd, Co α , Mg, Ti, Ru 4-Chênh phỉång tám khäúi (thãø tám) : Trong täø chỉïc ca thẹp sau khi täi (mactexit) cn cọ kiãøu mảng chênh phỉång tám khäúi . Cọ thãø coi kiãøu mảng ny l láûp phỉång tám khäúi âỉåüc kẹo di theo mäüt chiãưu . Nọ cọ hai thäng säú mảng l a v c , tè säú c/a gi l âäü chênh phỉång . Trong thỉûc tãú sỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí trong kim loải theo xu hỉåïng dy âàûc nháút . Do âọ khäng cọ kim loải no cọ kiãøu mảng âån gin chênh phỉång tám khäúi c . 5 Hçnh 1.2- Mä hçnh v cạc sàõp xãúp ngun tỉí trong khäúi cå såí. a) Láûp phỉång tám màût b) Lápû phỉång tám khäúi c) Sau phỉång xãúp chàût 1.3.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ THỈÛC TÃÚ : 1.3.1.Phán loải cạc sai lãûch trong mảng tinh thãø : Cạc cáúu trục trçnh by åí trãn gi l cáúu trục ca tinh thãø l tỉåíng vç khi xem xẹt â b qua dao âäüng nhiãût v cạc sai hng trong tráût tỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí (ion, phán tỉí). Cạc sai hng âọ gi l sai lãûch mảng tinh thãø hay khuút táût mảng. Hnh vi ca tinh thãø dỉåïi tạc dủng ca ngoải lỉûc (biãún cỉïng, biãún dảng do), âäü dáùn âiãûn, tênh cạch âiãûn v tênh bạn dáùn s bë nh hỉåíng ráút låïn do sai lãûch mảng tinh thãø. Dỉûa vo kêch thỉåïc theo ba 6 chiãưu sai lãûch mảng âỉåüc phán ra lm ba loải : sai lãûch âiãøm, sai lãûch âỉåìng, sai lãûch màût v khäúi. 1.Sai lãûch âiãøm : Sai lãûch âiãøm l cạc sai lãûch cọ kêch thỉåïc ráút nh theo ba chiãưu âo khäng gian (cåỵ kêch thỉåïc ngun tỉí). Cọ cạc dảng sau : nụt träúng, ngun tỉí xen k v ngun tỉí tảp cháút. a-Nụt träúng v ngun tỉí xen k : Trong tinh thãø ngun tỉí ln ln dao âäüng nhiãût xung quanh vë trê cán bàòng ca mçnh. Tải nhiãût âäü xạc âënh, nàng lỉåüng dao âäüng ca mäùi ngun tỉí tn theo l thuút thäúng kã Mạc xoen - Bol zå man nãn khäng giäúng nhau. Khi mäüt säú ngun tỉí no âọ cọ nàng lỉåüng cao, våïi biãn âäü dao âäüng låïn, chụng cọ kh nàng råìi b nụt mảng v âãø lải nụt khäng cọ ngun tỉí , âọ l nụt träúng. Sau âọ ngun tỉí cọ thãø chuøn sang vë trê giỉỵa cạc nụt ( cå chãú tảo nụt träúng Frenken) tảo ra sai lãûch âiãøm dảng ngun tỉí xen k . Khi ngun tỉí råìi khi vë trê cán bàòng âi ra bãư màût tinh thãø gi l cå chãú nụt träúng Sätky Sỉû xút hiãûn nụt träúng v ngun tỉí xen k ln lm xút hiãûn trỉåìng ỉïng sút hçnh cáưu (kẹo xung quanh nụt träúng v nẹn xung quanh ngun tỉí xen k). Näưng âäü nụt träúng thỉûc tãú låïn hån nhiãưu so våïi ngun tỉí xen k vç nàng lỉåüng tảo nụt träúng nh hån nhiãưu so våïi ngun tỉí xen k. Máût âäü nụt träúng biãøu diãùn theo cäng thỉïc : exp( ) nQ NK =− T Trong âọ : -n,N : säú nụt träúng v säú nụt mảng. -Q : nàng lỉåüng tảo nụt träúng -K : hàòng säú Bolzåman -T : nhiãût âäü tuût âäúi. Qua cäng thỉïc trãn ta tháúy ràòng näưng âäü nụt träúng tàng nhanh theo nhiãût âäü v cọ giạ trë låïn nháút åí kim loải lng. b-Ngun tỉí tảp cháút : Trong thỉûc tãú khäng thãø cọ váût liãûu kim loải ngun cháút tuût âäúi. Våïi cäng nghãû náúu luûn hiãûn âải ngy nay cọ thãø âảt âäü sảch âãún 99,99999%. Do váûy trong kim loải ln cọ tảp cháút. Ty theo kêch thỉåïc ngun tỉí m tảp cháút cọ thãø thay thãú vo vë trê ngun tỉí kim loải trãn nụt mảng hay xen giỉỵa cạc nụt . Xung quanh cạc nguøn tỉí tảp cháút ln cọ trỉåìng ỉïng sút hçnh cáưu. 2-Sai lãûch âỉåìng - Lãûch Sai lãûch âỉåìng l loải sai lãûch cọ kêch thỉåïc nh (kêch cåỵ ngun tỉí) theo hai chiãưu âo v ráút låïn theo chiãưu thỉï ba trong tinh thãø (s gi l lãûch). L thuút vãư lãûch l cå såí l thuút bãưn trong váût l kim loải. Nhåì cọ l thuút lãûch ta cọ thãø gii thêch âỉåüc nhiãưu váún âãư vãư cå tinh, l tênh ca kim loải v håüp kim. Trãn cå såí âọ chãú tảo cạc kim loải v håüp kim âàûc biãût : siãu bãưn, siãu do a-Lãûch âỉåìng : Gi thãm vo phêa trãn mảng tinh thãø l tỉåíng mäüt nỉía màût phàóng ngun tỉí ABCD. Pháưn nỉía phêa trãn ca tinh thãø (trãn âỉåìng AB) s chëu ỉïng sút nẹ n, nỉía dỉåïi chëu ỉïng sút kẹo . Âỉåìng AB di hng nghçn hng vản thäng säú mảng gi l trủc lãûch. AB l biãn giåïi phêa trong ca nỉía màût ABCD nãn gi l lãûch biãn. Nãúu nỉía màût ngun tỉí nàòm phêa trãn gi l lãûch dỉång, k hiãûu ⊥, nàòm phêa dỉåïi gi l lãûch ám, k hiãûu T. 7 Hỗnh 1.3 -Caùc daỷng sai lóỷch õióứm trong maỷng tinh thóứ a) Nuùt trọỳng Frenkel; b) Nuùt trọỳng Schottky c,d) Nguyón tổớ xen keợ vaỡ thay thóỳ e,f) Sai lóỷch õióứm Schottky vaỡ Frenkel trong ion Hỗnh 1.4- Mọ hỗnh taỷo lóỷch õổồỡng trong maỷng tinh thóứ 8 b-Lãûch xồõn : ta cọ thãø hçnh dung lãûch xồõn nhỉ sau : càõt mảng tinh thãø l tỉåíng bàòng nỉía màût phàóng ABCD, sau âọ xã dëch hai mẹp ngoi ngỉåüc chiãưu nhau sao cho cạc ngun tỉí màût ngoi s xã dëch mäüt âoản bàòng mäüt thäng säú mảng theo âỉåìng CD. Do âọ cạc ngun tỉí s sàõp xãúp lải quanh AB theo âỉåìng xồõn äúc v ta cọ lãûch xồõn. AB gi l trủc lãûch xồõn. Nãúu âỉåìng xồõn äúc ngun tỉí xung quanh trủc lãûch theo chiãưu kim âäưng häư gi l lãûch xồõn phi, k hiãûu ngỉåüc lải gi l lãûch xồõn trại, k hiãûu . H çnh 1.5- Lãûch xồõn: mä hçnh tảo thnh (a), mä hçnh khäng gian (b) v sỉû sàõp xãúp ngun tỉí trong vng lãûch (c) c) b)a) D C B A c-Lãch häùn håüp : Trong nhiãưu trỉåìng håüp mäüt lãûch cọ âàûc trỉng c a c lãûch biãn v lãûch xồõn gi l lãûch häùn håüp. H çnh 1. 6 - Cạch xạc âënh vectå trỉåüt (Burgers) a) Trong tinh thãø han chènh b) trong lãûch âỉåìng c) Trong lãûch xồõn 3-Sai lãûch màût : Sai lãûch màût l cạc sai lãûch cọ kêch thỉọc låïn theo hai chiãưu âo v nh theo chiãưu âo thỉï ba. Gäưm cọ cạc loải : biãn giåïi hảt, biãn giåïi siãu hảt, màût ngoi tinh thãø 9 a-Biãn giåïi hảt : l vng tiãúp giạp giỉỵa cạc hảt trong âa tinh thãø. Cạc ngun tỉí åí vng biãn giåïi hảt khäng sàõp xãúp theo tráût tỉû mảng v cọ thãø coi nhỉ vng cáúu trục vä âënh hçnh. Chiãưu dy biãn giåïi hảt phủ thüc vo âäü sảch cụa váût liãûu, cọ thãø âảt hng tràm thäng säú mảng. Kim loải cng tinh khiãút chiãưu dy biãn gåïi hảt cng mng. b-Biãn giåïi siãu hảt : Siãu hảt (bläúc) l nhỉỵng vng tinh thãø nh (kêch thỉåïc trung bçnh cåỵ 10 2 - 10 4 nm, våïi cáúu trục tinh thãø khạ hon chènh, âënh hỉåïng lãûch nhau mäüt gọc nh, ngàn cạch bàòng biãn giåïi siãu hảt. Biãn giåïi siãu hảt thỉûc cháút l nhỉỵng tỉåìng lãûch, tảo nãn do nhỉỵng lãûch cng dáúu tỉång tạc láùn nhau khi chụng trỉåüt trãn nhỉỵng màût trỉåüt song song v giỉỵ nhau åí vë trê cán bàòng. Hai siãu hảt lán cáûn âënh hỉåïng lãûch nhau mäüt gọc bàòng : b D θ = b D θ = . D - khong cạch trung bçnh giỉỵa cạc lãûch biãn cng dáúu trãn trỉåìng lãûch. b - vẹc tå trỉåüt (Bure). Biãn giåïi cạc siãu hảt thỉåìng xút hiãûn trong qụa trçnh kãút tinh lải, cọ tạc dủng cn tråí trỉåüt v tỉång tạc våïi cạc loải sai lãûch âiãøm khạc nãn cng âọng vai tr trong tênh do ca váût liãûu. c-Sai lãûch xãúp : Sai lãûch xãúp (cn gi l khuút táût xãúp) l sỉû phạ våỵ tráût tỉû xãúp chàût ca tinh thãø. Gi sỉí mảng A1 cọ tráût tỉû sàõp xãúp l ABCABCABC, vç l do no âọ, tráût tỉû âọ bë phạ våỵ, chàóng hản thỉìa mäüt låïp xãúp chàût âãø cọ sai lãûch xãúp thỉìa ABACA Nãúu trong tráût tỉû xãúp thiãúu mäüt låïp s tảo sai lãûch xãúp thiãúu ABCABABC Sai lãûch xãúp âàûc trỉng bàòng nàng lỉåüng γ SLX gi l nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp. ÅÍ âiãưu kiãûn cán bàòng âäü räüng ca sai lãûch xãúp l : d o = 23 () 2 SLX Gbb πγ rr Trong âọ : G - mä âun trỉåüt 23 bb uurur - vẹc tå trỉåüt ca cạc lãûch khäng hon chènh giåïi hản SLX SLX γ - nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp. Sai lãûch xãúp cọ vai tr ráút låïn trong lénh vỉûc họa bãưn váût liãûu, âáy l mäüt trong nhỉỵng phỉång hỉåïng quan trng náng cao âäü bãưn l håüp kim họa, lm tàng âäü räüng d o , lm gim SLX γ , tỉïc l tàng cn tråí chuøn âäüng ca lãûch bàòng sai lãûch xãúp. d-Cáúu trục màût ngoi tinh thãø : Màût ngoi tinh thãø cọ hçnh thại täưn tải khạc so våïi nhỉỵng màût phàóng tinh thãø åí bãn trong. Cọ thãø hçnh dung dãù dng ràòng âäúi våïi cạc ngun tỉí åí màût ngoi (màût giåïi hản tinh thãø) khäng cọ â säú sàõp xãúp nhỉ ngun tỉí bãn trong. Vç váûy åí màût ngoi chụng khäng sàõp xãúp theo tráût tỉû quy âënh ca tinh thãø v tảo thnh vng sai lãûch. Sỉïc càng bãư màût tinh thãø (nàng lỉåüng bãư màût) âàûc trỉng pháưn gia tàng nàng lỉåüng tỉû do âãø giỉỵ cạc ngun tỉí bãư màût åí trảng thại äøn âënh. Do âàûc âiãøm cáúu trục sai lãûch cho nãn låïp màût ngoi tinh thãø cng cọ nhỉỵng tỉång tạc âàûc biãût våïi cạc sai lãûch khạc. 4-Sai lãûch khäúi : Nhỉỵng sai lãûch cọ kêch thỉåïc låïn theo ba chiãưu trong mảng tinh thãø gi l sai lãûch khäúi. Sai lãûch khäúi v mä l nhỉỵng sai hng sinh ra khi náúu, âục håüp kim nhỉ räù co, táûp trung xè, tảp cháút trong váût âục. Trãn khêa cảnh vi mä cọ thãø coi sai lãûch khäúi nhỉ cạc pha 10