4. Cấu trúc tinh thể điển hình của vật rắn Mục tiêu:
4.5. Dạng thù hình
Đó là sự tồn tại hai hay nhiều cấu trúc mạng tinh thể khác nhau của cùng một nguyên tố hoặc một hợp chất hóa học. Q trình thay đổi cấu trúc mạng từ dạng thù hình này sang dạng thù hình khác gọi là chuyển biến hình. Các dạng thù hình thường được ký hiệu bằng các chữ cái Hy Lạp như : α, ß, γ,…
Cacbon là một trong những nguyên tố có nhiều dạng thù hình rất nhiều dạng thù hình rất khác nhau, khơng những về cấu trúc mạng mà cịn ở tính chất: bồ hóng (vơ định hình), graphit (mạng A9), kim cương (mạng A4), sợi cacbon ( cấu trúc lớp cuộn), fullere (cấu trúc cầu C60, C100,…)
Sự tồn tại các dạng thù hình phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản là nhiệt độ và áp suất. Ví dụ, graphit có thể tạo được ở điều kiện bình thường, trong khi chuyển biến thù hình graphit sang kim cương chỉ xảy ra ở nhiệt độ và áp suất rất cao.
Các dạng thù hình của sắt (Fe) cũng có thể được coi là một ví dụ điển hình, có nhiều ý nghĩa trong kỹ thuật. Cấu trúc mạng A2 của α-Fe tồn tại ở nhiệt
độ thấp hơn 911ºC, α-Fe là vật liệu sắt từ điển hình ở nhiệt độ dưới 769ºC. Từ 911ºC đến 1392ºC là γ-Fe, mạng A1. Nhiệt độ 1932ºC là nhiệt độ chuyển biến thù hình γ-Fe → δ-Fe (mạng A2 giống α-Fe).
Sự khác nhau về cấu trúc mạng tinh thể (số lượng, kích thước lỗ hổng cho phép γ-Fe có khả năng hịa tan được nhiều hơn đáng kể các nguyên tử của một số nguyên tố khác nhau (ví dụ: 2,14% C (trọng lượng) ở 1147ºC) so với α-Fe (tương ứng 0,02%C (trọng lượng) ở 727ºC). Đó chính là cơ sở của các cơng nghệ nhiệt luyện như tơi, ram, hóa – nhiệt luyện nhằm điều chỉnh tính chất của thép theo yêu cầu và điều kiện làm việc cụ thể.