blog đang trong thời gian xây dựng

- không có sự đồng nhất về phương mạng trong toàn khối  tính đẳng hướng - biên hạt luôn bị xô lệch không tuân theo quy luật sắp xếp như trong tinh thể - Quan sát được cấu trúc qua tổ ch[r]

Mở đầu

* Khoa học vật liệu nghiên cứu mối quan hệ cấu trúc tính chất của vật liệu

Vật liệu gì?

 là các vật rắn sử dụng để chế tạo dụng cụ, máy móc, thiết bị, xây dựng cơng trình…….

Kim loại Polymer Ceramic Composite 4 1 2 3

4 nhóm vật liệu chính: VL kim loại, Ceramic, Polymer Composite

1- VL bán dẫn 2- VL siêu dẫn 3- VL silicon

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: - cơ 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

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 hỗn hợp: hình thành trong vật liệu tồn nhiều loại liên kết khi có sự góp mặt nhiều loại nguyên tố

1.2 Sự xếp nguyên tử vật chất

Chất khí: các nguyên tử, phân tử chuyển động hỗn loạn

Chất rắn tinh thể: các ngun 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: các ngun tử xếp khơng có trật tự  vơ định hình

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 Ô sở:

Ô sở cách biểu diễn  b  a  c 3 véc tơ a, b c nằm các

trục Ox, Oy Oz  3 véc tớ đơn vị Độ lớn a, b c  các hằng số mạng

Các góc ,  và  là góc tạo véc tơ đơn vị

Ba nghiêng (tam tà) abc 

Một nghiêng (đơn tà) abc ==900

Trực thoi abc ===900

Ba phương (mặt thoi) a=b=c ==900

Sáu phương (lục giác) a=b c ==900, =1200 Chính phương (bốn phương) a=b c ===900

Lập phương a=b=c ===900

Nút mạng [x,x,x]: dùng để biểu thị toạ độ nguyên tử O A B C D E F H x y z A [1,1,0] B [1,1,1] C [0,1,1]

Chỉ số phương [uvw]:

 biểu diễn phương đường thẳng đi qua hai nút mạng

OH [010] OB [111] OE [101]

Chỉ số mặt (chỉ số Miller) (hkl):

Họ phương, ký hiệu <uvw>

Chỉ số mặt (chỉ số Miller-Bravais) (hkil): i = - (h+k)

DFH (111), EFAB (100), FECH (110)

Mật độ nguyên tử

Mật độ xếp:

Số xếp:

 số lượng nguyên tử cách gần nguyên tử cho

Lỗ hổng:

là không gian trống bị giới hạn phần tử nằm nút mạng

kích thước lỗ hổng xác định cầu lớn nhất lọt vào khơng gian trống đó

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}

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 Mv = 68% Ms {110} = ?????

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}

Lỗ hổng mặt: tâm khối + cạnh, d=0,414dng.t

Lỗ hổng mặt: ¼ đường chéo khối tính từ đỉnh, d=0,225dng.t Mv = 74% Ms {111} = ?????

Một số cấu trúc tinh thể điển hình vật rắn (tiếp theo)

Sáu phương xếp chặt (A3)

Số nguyên tử: n=6 c

a

- tỷ số c/a  1,57-1,64  mạng xếp chặt

Các sai lệch mạng tinh thể

* Sai lệch điểm: có xuất nút trống hay nguyên tử xen kẽ

Khuyết tật điểm

Lệch biên chuyển động nó

Sai lệch đường: hình thành dãy sai lệch điểm tạo nên

Đơn tinh thể đa tinh thể

Đơn tinh thể:  là một khối đồng có kiểu mạng số mạng, có phương khơng đổi tồn thể tích

 có tính dị hướng

Đa tinh thể:  là tập hợp nhiều đơn tinh thể có cấu trúc

thông số mạng định hướng khác nhau

Đặc điểm đa tinh thể:

- các đơn tinh thể (hạt) ngăn cách biên giới hạt - các hạt đơn tinh thể đồng nhất

- khơng có sự đồng phương mạng tồn khối  tính đẳng hướng - biên hạt bị xô lệch không tuân theo quy luật xếp tinh thể - Quan sát được cấu trúc qua tổ chức tế vi

Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại

Điều kiện xảy kết tinh

F

Nhiệt độ Ts

Fr

Fl

sự biến đổi lượng tự

trạng thái

T>Ts  vật tồn trạng thái lỏng T<Ts  vật tồn trạng thái rắn T=Ts  chuyển trạng thái lỏng  rắn  xảy kết tinh

Tsnhiệt độ kết tinh lý thuyết

T=Ts-Tkt

Tkt nhiệt độ kết tinh thực tế

Hai trình kết tinh

Qua trình tạo mầm:

- Tạo mầm đồng thể: phần tử rắn sinh trong kim loại lỏng

- Tạo mầm dị thể: xuất phần tử có sẵn trong kim loại lỏng: nguyên tố tạp chất khó chảy…

Qua trình phát triển mầm:

a) Tiến trình kết tinh

- Các mầm sinh không đạt rth bị tan vào kim loại lỏng

- Các mầm tiếp tục sinh mầm đạt rth đang phát triển

đến hết kim loại lỏng

- Mầm sinh kim loại lỏng cách ngẫu nhiên Kết luận:

- Mỗi mầm tạo nên hạt

- Hạt sinh trước phát triển nhanh hạt sau  kích thước hạt khơng đồng nhất

b) Hình dạng hạt (phụ thuộc vào)

* Cấu trúc tinh thể: * Phương tản nhiệt:

- tản nhiệt theo phương  hạt dạng cầu - tản nhiệt theo phương  dạng

c) Kích thước hạt

* Ảnh hưởng kích thước hạt đến tính:

* Đánh giá cấp hạt?

- Hạt nhỏ  cơ tính tăng (tăng mạnh độ bền  và độ dai va đập ak)

- Soi tổ chức tế vi trạng thái cân bằng  đem so sánh với bảng chuẩn

d) Các phương pháp làm nhỏ hạt

* Nguyên lý:

- Số mần nhiều  Hạt nhỏ (quá trình tạo mầm)

- Tốc độ phát triển mầm chậm  Hạt nhỏ (q trình phát triển mầm) - Cơng thức thực nghiệm:

A=1,1(v/n)3/4

A: kích thước hạt n: tốc độ sinh mầm

d) Các phương pháp làm nhỏ hạt (tiếp theo)

* Nguội nhanh

- T tăng  số mầm (n), tốc độ phát triển mầm (v) tăng - Giải pháp:

- Nhược điểm:

thay khuôn cát khuôn kim loại

Gây ứng suất nhiệt lớn  nứt chi tiết, khơng có hiệu với chi tiết lớn

* Biến tính

- Làm tăng số lượng mầm ký sinh việc sư dụng chất biến tính

e) Cấu tạo tinh thể thỏi đúc

* Vùng 1: Hạt nhỏ mịn, đẳng trục

Do KL lỏng tiếp xúc với thành khuôn nhấp nhô, với lớp chất sơn khuôn  số lượng mầm ký sinh lớn Phương tản nhiệt không rõ ràng các hạt đẳng trục

* Vùng 2: Hạt trụ hướng tâm

Phương tản nhiệt theo phương vuông góc với thành khn

* Vùng 3: Hạt lớn, đẳng trục

T rất nhỏ  tốc độ sinh mầm (n) nhỏ  hạt lớn

f) Khuyết tật thỏi đúc

* Lõm co * Rỗ co * Rỗ khí