Week1 2 crystal structure

1/25/2015 NỘI DUNG • • • • • • • • • KIM LOẠI HỌC VẬT LÝ Nguyễn Văn Hoàng – VL & CNVL Hoangmta01@gmail.com Chương 1: Cấu trúc tinh thể Chương 2: Kết tinh Chương 3: Biến dạng kim loại Chương 4: Giản đồ pha Chương 5: Ủ thường hóa thép Chương 6: Tôi ram thép Chương 7: Hóa bền bề mặt Chương 8: Thép gang Chương 9: Hợp kim màu 1/25/2015 9:59 PM KHÁI NIỆM Nguyễn Văn Hoàng Vật liệu vật rắn • Vật liệu gì? • Vật liệu học gì? Nguyễn Văn Hoàng 1/25/2015 9:59 PM 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng ỨNG DỤNG PHÂN LOẠI Kim loại Siêu dẫn Polyme dẫn điện Polyme 1/25/2015 9:59 PM Compozit Silicon Nguyễn Văn Hoàng Bán dẫn Gốm 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 1/25/2015 NỘI DUNG 30/15WEEK ỨNG DỤNG Chất dẻo 1020% Các chất khác Nhôm 5-10% 1/25/2015 9:59 PM Hợp kim sắt 5060% (15-20 HSLA) Nguyễn Văn Hoàng Phần Cơ sở vật liệu học (9 LT) • Cấu tạo vật liệu • Kết tinh • Biến dạng dẻo Phần Nhiệt luyện thép (12LT) • Giản đồ pha • Ủ thường hóa • Tôi ram • Hóa bền bề mặt Phần Các loại vật liệu (9LT) • Thép gang • Hợp kim màu 1/25/2015 9:59 PM TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Hoàng THI - KIỂM TRA • Vật liêu học – Bộ môn vật liệu – HVKTQS, 2007 • Vật liệu học – Lê Công Dưỡng – NXB KHKT Hà Nội 1997 • Kim loại học nhiệt luyện – Nghiêm Hùng – Hà Nội 1979 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng • • • - Điểm chuyên cần Điểm danh lớp Điểm thường xuyên Kiểm tra kỳ Làm tập Điểm thi (Viết) ĐK dự thi: Nghỉ học không 20%(≤3B), thi kỳ ≥ 5đ; - Thi viết: câu (60 phút) 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 10 Các trạng thái tồn vật chất CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VẬT LIỆU • Các khái niệm • Các kiểu mạng tinh thể 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 11 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 12 1/25/2015 CÁC TRẠNG THÁI TỒN TẠI CỦA VẬT CHẤT 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng Tinh thể muối ăn 14 13 How atoms assemble into solid structures? How does the density of a material depend on its structure? When material properties vary with the sample (i.e., part) orientation? Tinh thể thạch anh – SiO2 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 15 Nguyễn Văn Hoàng 1/25/2015 9:59 PM 16 KHÁI NIỆM TINH THỂ Vật có hình dáng đối xứng định, phản ánh quy luật xếp nguyên tử bên vật liệu Tinh thể đường 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 17 1/25/2015 9:59 PM Hoa tuyết Nguyễn Văn Hoàng Tinh thể silic 18 1/25/2015 MẠNG TINH THỂ Ô CƠ BẢN Mạng tinh thể: Là mạng không gian tạo nên ion, nguyên tử, phân tử xếp theo quy luật hình học định Ô bản: Phần thể tích nhỏ đặc trưng cho tinh thể 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 19 Ô CƠ BẢN NaCl 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng Nguyễn Văn Hoàng 20 CÁCH CHỌN Ô CƠ BẢN 21 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 22 CÁCH CHỌN Ô CƠ BẢN CÁCH CHỌN Ô CƠ BẢN • • • • 1/25/2015 9:59 PM Tính đối xứng Số cạnh số góc nhiều Số góc vuông nhiều Thể tích nhỏ 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 23 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 24 1/25/2015 THÔNG SỐ MẠNG 1811-1863 a French physicist • Kích thước mạng tinh thể (các cạnh góc) • Từ thông số mạng tính khoảng cách mạng • Đơn vị đo Ăng-strôn (Å): 1Å = 10-8 cm 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 25 KÝ HIỆU PHƯƠNG , MẶT TINH THỂ - CHỈ SỐ MILLER William Hallowes Miller (6 April 1801 20 May 1880), British mineralogist and crystallographer 1/25/2015 9:59 PM Các phương mặt song song nhau, cách xếp nút mạng giống có ký hiệu Nguyễn Văn Hoàng 27 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 26 CÁCH XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TINH THỂ • Từ gốc trục tọa độ vẽ đường thẳng song song với phương cần xác định • Tìm tọa độ nút mạng gần gốc tọa độ đường thẳng Nếu tọa độ nút mạng số nguyên (p, q, r) ký hiệu phương [pqr] • Nếu tọa độ phân số qui đồng mẫu số Tử số u, v, w ký hiệu [uvw] • Nếu tọa độ có dấu âm đầu số tương ứng ghi dấu – 1/25/2015 9:59 PM Ex: 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng Nguyễn Văn Hoàng 28 Ex: 29 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 30 1/25/2015 CÁCH XÁC ĐỊNH MẶT TINH THỂ Ex: • Tìm giao điểm mặt với trục x, y, z Tọa độ giao điểm (p,0,0) (0,q,0) (0,0,r) • Lấy nghịch đảo • Quy đồng mẫu số Tử số h, k, l ký hiệu mặt (hkl) • Nếu tọa độ có dấu trừ đặt dấu – đầu số tương ứng NX: Các mặt song song có cách xếp nút giống đại diện ký hiệu mặt gần gốc (nằm ô sở) số mặt song song 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng C(0,0, 1) B(0,1, 0) A(1,0, 0) 31 Ex: Ex Characteristics of Selected Elements at 20C Các kiểu mạng tinh thể Element Aluminum Argon Barium Beryllium Boron Bromine Cadmium Calcium Carbon Cesium Chlorine Chromium Cobalt Copper Flourine Gallium Germanium Gold Helium Hydrogen Symbol Al Ar Ba Be B Br Cd Ca C Cs Cl Cr Co Cu F Ga Ge Au He H Crystal Structure FCC -BCC HCP Rhomb -HCP FCC Hex BCC -BCC HCP FCC -Ortho Dia cubic FCC - Atomic radius (nm) 0.143 -0.217 0.114 0.149 0.197 0.071 0.265 -0.125 0.125 0.128 -0.122 0.122 0.144 - Adapted from Table, "Characteristics of Selected Elements", inside front cover, Callister 6e 1/25/2015 LẬP PHƯƠNG THỂ TÂM – A2 (K8) Ⅻ 90% of the metals have either Body Centered Cubic (BCC), Face Centered Cubic (FCC) or Hexagonal Close Packed (HCP) crystal structure BCC Structure FCC Structure HCP Structure - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cr, W, Mo - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 +1 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = - Mật độ khối: Mv = 68% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(110) = 83,3% LẬP PHƯƠNG THỂ TÂM – A2 (K8) - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cr, W, Mo - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 +1 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = - Mật độ khối: Mv = 68% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(110) = 83,3% Số xếp, hay số phối trí K: Số lượng nút bao quanh gần LẬP PHƯƠNG THỂ TÂM – A2 (K8) - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cr, W, Mo - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 +1 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = - Mật độ khối: Mv = 68% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(110) = 83,3% 1/25/2015 Mật độ xếp: Là đại lượng đánh giá mức độ xếp sít chặt chất điểm kiểu mạng n s πr 100 % S Ms Mv n πr 3 100 % V LẬP PHƯƠNG THỂ TÂM – A2 (K8) - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cr, W, Mo - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 +1 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = - Mật độ khối: Mv = 68% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(110) = 83,3% LẬP PHƯƠNG THỂ TÂM – A2 (K8) 4r a a 3 ) x( 2x x 100% a3 a Mv r 68% - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cr, W, Mo - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 +1 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = - Mật độ khối: Mv = 68% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(110) = 83,3% a r r M s (110 ) a 2.π ( ) 100% 83,3 % a r a r 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 48 1/25/2015 LẬP PHƯƠNG DIỆN TÂM – A1 - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cu, Ni, Al, Pb - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 + 6.1/2 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = 12 - Mật độ khối: Mv = 74% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(111) = 91% LẬP PHƯƠNG DIỆN TÂM – A1 4x Mv a ) x( x 100% a3 74% - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cu, Ni, Al, Pb - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 + 6.1/2 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = 12 - Mật độ khối: Mv = 74% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(111) = 91% LẬP PHƯƠNG DIỆN TÂM – A1 S(111) n s (111) - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cu, Ni, Al, Pb - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 + 6.1/2 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = 12 - Mật độ khối: Mv = 74% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(111) = 91% a xa 2x 2 a2 1 x3 x3 a 2 ) x 100% 91% a2 2 ( M s (111) a 1/25/2015 LẬP PHƯƠNG DIỆN TÂM – A1 - Các kim loại có kiểu mạng là: Fe , Cu, Ni, Al, Pb - Số nguyên tử ô sở: n = 8.1/8 + 6.1/2 = - Số xếp(số phối trí) mạng: K = 12 - Mật độ khối: Mv = 74% - Mật độ mặt sít chặt nhất: Ms(111) = 91% Nguyễn Văn Hoàng 1/25/2015 9:59 PM KHUYẾT TẬT MẠNG KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI • Khuyết tật mạng sai hỏng trật tự xếp chất điểm mạng tinh thể • Có bốn loại khuyết tật mạng: - Khuyết tật điểm – 0D - Khuyết tật đường – 1D - Khuyết tật mặt – 2D - Khuyết tật khối – 3D • Khái niệm, phân loại • Khuyết tật điểm • Lệch 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 57 DEFECT DEFINITION Nguyễn Văn Hoàng Nguyễn Văn Hoàng 1/25/2015 9:59 PM 58 KÍCH THƯỚC CỦA KHUYẾT TẬT MẠNG Defects may be classified into four categories depending on their dimension: • 0D- Point defects: atoms missing or in irregular places in the lattice (vacancies, interstitials, impurities) • 1D- Linear / line defects: groups of atoms in irregular positions (e.g screw and edge dislocations) • 2D- Planar / area / interfacial defects: the interfaces between homogeneous regions of the material (grain boundaries, external surfaces) • 3D- Volume / bulk defects: extended defects (pores, cracks, precipitates) 1/25/2015 9:59 PM 56 59 Khuyết tật mặt Khuyết tật điểm 10-12 10-8 1/25/2015 9:59 PM Khuyết tật đường 10-6 10-4 Khuyết tật khối 10-2 100 Nguyễn Văn Hoàng 101 102 cm 60 10 1/25/2015 KHUYẾT TẬT ĐIỂM RELATIVE SIZE RANGES OF DEFECTS Interfacial defect Electronic point defect Atomic point defect Line defect 10-12 10-8 10-6 10-4 Bulk defect 10-2 100 101 102 Nguyễn Văn Hoàng 1/25/2015 9:59 PM cm 61 Nguyên t t p ch t xen k 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 62 KHUYẾT TẬT ĐƯỜNG – LỆCH KHUYẾT TẬT ĐIỂM Nút tr ng 1/25/2015 9:59 PM Nguyên t t p ch t thay th Nguyên t t xen k Nguyễn Văn Hoàng 63 CÁCH HÌNH DUNG LỆCH BIÊN 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 64 MÔ HÌNH CHÈN BÁN MẶT • Mô hình chèn bán mặt • Mô hình trượt ép 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 65 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 66 11 1/25/2015 MÔ HÌNH TRƯỢT ÉP 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng KÝ HIỆU – TÊN GỌI 67 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 68 BURGER’S VECTORS đại lượng đặc trưng cho mức độ xô lệch mạng tinh thể = lượng tăng thêm mạng tinh thể chứa lệch Martin Julian Burger (1903-1986) 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 69 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 70 MẬT ĐỘ LỆCH số lượng đường lệch mạng BURGER’S VECTORS cm-2 • Trong đó: l – tổng chiều dài đường lệch (cm); V – thể tích kim loại (cm3) Vòng Burger mạng lý tưởng 1/25/2015 9:59 PM Mật độ lệch phụ thuộc vào trạng thái kim loại, phương pháp gia công chế tạo: trạng thái ủ mật độ lệch thấp ρ = 104 – 106 cm-2, trạng thái sau biến dạng ρ = 1010 – 1012 cm-2 Vòng Burger chứa trục lệch mạng có lệch Nguyễn Văn Hoàng 71 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 72 12 1/25/2015 TỔNG KẾT • • • • • • 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 73 1/25/2015 9:59 PM CÂU HỎI Nguyễn Văn Hoàng Nguyễn Văn Hoàng 74 NỘI DUNG CHUẨN BỊ TIẾP THEO • - • Vật rắn tinh thể gì? • Trình bày kiểu mạng A1, A2? • Nêu cách hình dung lệch biên? 1/25/2015 9:59 PM Vật rắn tinh thể Ô Ký hiệu phương mặt tinh thể A1, A2 Khuyết tật điểm Lệch biên 75 Kết tinh Khái niệm? Các giai đoạn xảy kết tinh? Cách làm nhỏ hạt kết tinh? Cấu tạo thỏi đúc? 1/25/2015 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 76 13 [...]... 104 – 106 cm -2, trạng thái sau biến dạng thì ρ = 1010 – 10 12 cm -2 Vòng Burger chứa trục lệch trong mạng có lệch Nguyễn Văn Hoàng 71 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 72 12 1 /25 /20 15 TỔNG KẾT • • • • • • 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 73 1 /25 /20 15 9:59 PM CÂU HỎI Nguyễn Văn Hoàng Nguyễn Văn Hoàng 74 NỘI DUNG CHUẨN BỊ TIẾP THEO • - • Vật rắn tinh thể là gì? • Trình bày về kiểu mạng A1, A2? • Nêu cách... th Nguyên t t xen k Nguyễn Văn Hoàng 63 CÁCH HÌNH DUNG LỆCH BIÊN 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 64 MÔ HÌNH CHÈN BÁN MẶT • Mô hình chèn bán mặt • Mô hình trượt ép 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 65 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 66 11 1 /25 /20 15 MÔ HÌNH TRƯỢT ÉP 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng KÝ HIỆU – TÊN GỌI 67 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 68 BURGER’S VECTORS đại lượng đặc trưng...1 /25 /20 15 KHUYẾT TẬT ĐIỂM RELATIVE SIZE RANGES OF DEFECTS Interfacial defect Electronic point defect Atomic point defect Line defect 10- 12 10-8 10-6 10-4 Bulk defect 10 -2 100 101 1 02 Nguyễn Văn Hoàng 1 /25 /20 15 9:59 PM cm 61 Nguyên t t p ch t xen k 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 62 KHUYẾT TẬT ĐƯỜNG – LỆCH KHUYẾT TẬT ĐIỂM Nút tr ng 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyên t t p ch t... tăng thêm khi mạng tinh thể chứa lệch Martin Julian Burger (1903-1986) 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 69 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 70 MẬT ĐỘ LỆCH số lượng đường lệch trong mạng BURGER’S VECTORS cm -2 • Trong đó: l – tổng chiều dài các đường lệch (cm); V – thể tích kim loại (cm3) Vòng Burger trong mạng lý tưởng 1 /25 /20 15 9:59 PM Mật độ lệch phụ thuộc vào trạng thái kim loại, phương pháp gia... • Vật rắn tinh thể là gì? • Trình bày về kiểu mạng A1, A2? • Nêu cách hình dung lệch biên? 1 /25 /20 15 9:59 PM Vật rắn tinh thể Ô cơ bản Ký hiệu phương mặt tinh thể A1, A2 Khuyết tật điểm Lệch biên 75 Kết tinh Khái niệm? Các giai đoạn xảy ra khi kết tinh? Cách làm nhỏ hạt khi kết tinh? Cấu tạo thỏi đúc? 1 /25 /20 15 9:59 PM Nguyễn Văn Hoàng 76 13