bài giảng vật liệu học đại cương

Cấu trúc chương trình1: Đại cương về tinh thể2: Một số loại giản đồ pha3: Tính chất của vật liệu4: Một số loại vật liệu Mạng tinh thể là một tập hợp vô hạn các nút (nguyên tử, phân tử hoặc ion) sắp xếp theo một trật tự nhất định. Mạng có thể xem như được tạo thành bằng cách sắp xếp liên tiếp theo các cạnh a, b, c những hình khối giống nhau. Các khối này gọi là ô cơ sở và cách sắp xếp các nút trong ô cơ sở là đại diện chung cho toàn mạng.

Vật liệu học

VT 1/2011

Cấu trúc chương trình

1: Đại cương về tinh thể

2: Một số loại giản đồ pha

3: Tính chất của vật liệu

4: Một số loại vật liệu

Đại cương về tinh thể

Một số khái niệm

• Mạng tinh thể là một tập hợp vô hạn các nút (nguyên tử, phân tử hoặc ion) sắp xếp theo một trật tự nhất định

• Mạng có thể xem như được tạo thành bằng cách sắp xếp liên tiếp theo các cạnh

a, b, c những hình khối giống nhau Các khối này gọi là ô cơ sở và cách sắp xếp các nút trong ô cơ sở là đại diện chung cho toàn mạng

Mạng tinh thể và ô cơ sở

O A

D

G x

γ

Các kiểu mạng tinh thể

• Nếu tọa độ có dấu âm thì trên đầu chỉ số

tương ứng ghi dấu –

1

VD

Ký hiệu trong hệ sáu phương

• Dùng 4 trục x 1 , x 2 , x 3 , z.

* Ký hiệu phương [uvwr]

• p, q, r là tọa độ điểm trong hệ

x, y, z thì u, v, w xác định theo:

• Qui đồng mẫu số Nếu tử số là

u, v, w, r thì ký hiệu phương là

r r

q

p w

p

q v

2

;3

2

Góc giữa hai phương cho trước

• Có 2 phương L1 [u1v1w1], L2 [u2v2w2]

Tính góc giữa hai phương

• Đối với hệ lập phương

với:

) w

w v

v u

u

( N

+ +

= ϕ

2 i

2 i

2 i

'

Góc giữa phương và mặt tinh thể

• Tìm góc giữa phương L [uvw] và mặt P (hkl) đối

với hệ lập phương:

Với

) lw kv

hu

( ' N ' M

1

2 2

h '

Lập phương tâm khối (BCC)

r

r

r r

a

a 2

a

Lục giác xếp chặt

I

O

G L

Bài tập

• Xác định mối quan hệ giữa a (hằng số

mạng) và R (bán kính nguyên tử),

n (số nguyên tử trong 1 ô),

số nguyên tử gần nhất đối với 1 nguyên tử,

Mv% (mật độ thể tích)

Ms% (mật độ sắp xếp ở mặt phẳng) của bcc

và fcc?

Khoảng cách giữa các mặt tinh thể

là khoảng cách gần nhất giữa các mặt tinh thể

cùng chỉ số Miller (hkl) song song:

Trong hệ lập phương a = b = c

2

2 2

2 2

2 2

1 90

c

l b

k a

a

d =

Bài tập

• So sánh d111 và d200 trong Pb (Fcc), cho rPb = 4,95 A0

Một số bài tập

• Đồng (Fcc) có bán kính nguyên tử là 1,278 Ao

Tính khối lượng riêng của Cu Cho MCu =63,5

• Sắt thay đổi từ Bcc sang Fcc ở 9100 C Ở

nhiệt độ này, bán kính nguyên tử của sắt

trong hai cấu trúc là 1,258 A0 (Bcc) và 1,292

A0 (Fcc) Tính % thể tích thay đổi

Cấu trúc các tinh thể vô cơ

Cấu trúc dạng hợp chất ion AB

• NaCl: CsCl

Ô cơ sở FCC của Cl - Ô cơ sở BCC: Cs + ở đỉnh, nCS =1

Na + chiếm các lỗ hổng Cl - ở tâm khối, nCl- =1

R + r = a/2

nCl- = 4, nNa+ = 4 2

3

a r

R + =

Ô cơ sở: Fcc của S 2- và có thêm 4 Zn 2+ ở vị trí giống 4 nguyên tử phía trong của kim

CaF2

Một số dạng khác

Các khuyết tật trong mạng tinh thể

Nguyên tắc:

• Đảm bảo về kiểu mạng, về kiểu nút cation – anion trong tinh thể

• Trung hòa về điện

• Tuân theo quy luật của phản ứng hóa họcVD: NaCl có phụ gia CaCl2 tham gia vào

mạng

Như vậy: Ca2+ thay thế cho Na+:

CaCl => Ca * +2Cl + V ’

Bài tập

• Xác định cơ chế hình thành các nút trống sau:

Thêm LiCl vào CaCl2

Thêm CaCl2 vào LiCl

Thêm Al2O3 vào SiO2

Thêm Al2O3 vào NiO

Bài tập

• Viết cơ chế mất trật tự của các lớp chất sau:

Một oxi trống trong MgO

Mất trật tự kiểu Schottky trong Li3N

Một ion Ca2+ thay thế cho Ba2+ trong BaCl2Một ion Na+ thay thế cho Ba2+ trong SrCl2

Các bài tập

1 Giả sử có X3+ thay thế Mg2+ trong MgO

• a, Viết phương trình cấu trúc cho sự thay thế

• b, Nếu tỉ lệ X3+/Mg2+ =0,25 Tính tỉ lệ

cation/anion

Giải: a, 2XMg* + VMg’’  0

b, 100Mg2+ có 25X3+ +12,5VMg => tổng số cation là 125

100Mg2+ => 100O

2-25X3+ => 37,5O

2-⇒Tổng anion = 137,5

⇒ Tỉ số cation/anion = 125/137,5 = 0,91