Giáo trình vật liệu học (nghề cắt gọt kim loại trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: VẬT LIỆU HỌC
NGHỀ: CẮT GỌT KIM LOẠI
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số:749 / QĐ-CĐCG ngày 07 tháng 11 năm 2022
của Trường Cao Đẳng Cơ giới

Quảng Ngãi, năm 2022
(Lưu hành nội bộ)


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


LỜI GIỚI THIỆU
Để phục vụ cho học viên học nghề và thợ cắt gọt kim loại những kiến thức cơ bản
cả về lý thuyết và thực hành bảo dưỡng, sửa chữa nghề cơ khí. Tơi có biên soạn giáo
trình: Vật liệu học với mong muốn giáo trình này sẽ giúp cho học sinh, sinh viên nắm
vững hơn kiến thức về cắt gọt kim loại. Cơ ứng dụng được biên soạn, nội dung giáo trình
bao gồm ba chương:
Chương 1. Cấu trúc và cơ tính vật liệu
Chương 2. Hợp kim và biến đổi tổ chức
Chương 3. Nhiệt luyện
Chương 4. Vật liệu kim loại

Chương 5. Hợp kim màu và phi kim
Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình đào tạo trường cao
đẳng Cơ giới. Sau mỗi bài học đều có các bài tập đi kèm để sinh viên có thể nâng cao tính
thực hành của mơn học. Do đó, người đọc có thể hiểu một cách dễ dàng các nội dung
trong chương trình.
Mỗi Chương được biên soạn với nội dung gồm: một số các nội dung cơ bản về vật
liệu dùng để chế tạo cắt gọt kim loại, và một số nhiên liệu đốt cháy, nhiên liệu bôi trơn
được sử dụng trên cắt gọt kim loại.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong
nhận được ý kiến đóng góp của người đọc để lần xuất bản sau giáo trình được hồn thiện
hơn.
Quảng Ngãi, ngày....tháng năm 20
Tham gia biên soạn
1. Nguyễn Đình Kiên Chủ biên
2. …………..............


MỤC LỤC


GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: VẬT LIỆU CƠ KHÍ
Mã mơn học: MH 09
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
- Vị trí của mơn học:
Mơn học được bố trí giảng dạy song song với các môn học/ mô đun sau: MH 07, MH
08, MH 11, MH 12, MH13, MH 14, MH 15, MH 16, MĐ 17, MĐ 18, MĐ 19
- Tính chất:
Là mơn cơ sở nghề bắt buộc.
- Có ý nghĩa và vai trị quan trọng trong việc cung cấp kiến thức và kỹ năng cho học

sinh, sinh viên học nghề công nghệ cắt gọt kim loại.
- Vai trò:
Cung cấp một phần kiến thức cơ sở, nghề công nghệ cắt gọt kim loại.
Mục tiêu của mơn học:
- Vẽ và giải thích được: giản đồ nhơm – silic; giản đồ sắt – các bon
- Trình bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại hợp kim nhôm, gang và thép
- Nhận dạng các loại hợp kim nhôm, gang và thép
- Trình bày được công dụng, tính chất, phân loại dầu, mỡ bôi trơn, nước làm mát , của
xăng, dầu diesel dùng trên cắt gọt kim loại
Mục tiêu của môn học :
- Kiến thức:
A1. Phát biểu đúng khái niệm về vật liệu gang thép, vật liệu phi kim loại.
A2. Vẽ và giải thích được: giản đồ nhôm – silic; giản đồ sắt – các bon
A3. Trình bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại hợp kim nhôm, gang và
thép
- Về kỹ năng:
B1. Ưng dụng để chế tạo vật liệu cơ khi phù hợp với đặt tinh làm việc của chúng.
B2. Biết nhận dạng vật liệu qua ký hiệu trên vật liệu
B3. Gia công vật liệu sản xuất cắt gọt kim loại
B4. Sắp xếp thiết bị dụng cụ hợp lý, bố trí nơi làm việc khoa học.
B5. Biết nhiệm vụ của dầu bôi trơn đối máy máy móc thiêt bị
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Chấp hành nội qui lớp học, phòng học;
C2. Tổ chức nơi làm việc hợp lý, khoa học;
C3. Tuân thủ thời gian học tập và thực hành;
C4. Ý thức tiết kiệm, kỷ luật;
C5. Tinh thần hợp tác làm việc theo tổ, nhóm;
1. Chương trình khung nghề cắt gọt kim loại
Mã
MH, MĐ

I

Tên
mơn học,
mơ đun
Các
mơn học
chung

Số tín
chỉ
12

Tổng
số
255

Thời gian đào tạo (giờ)
Trong đó
Lý
Thực
thuyết
hành
94
148

Kiểm
tra
13

MH
01
MH
02
MH
03
MH
06
MH
05
MH
06

II

MH
07
MH
08
MH
09
MH
10
MH
11
MH
12

MH

13
MĐ
14
MĐ
15

Chính
trị
Pháp

2
1

30
15

15
9

13
5

2
1

1

30

4

24

2

2
2

45
45

21
15

21
29

3
1

4

90

30

56

4

110

1650

450

1136

64

3

60

33

24

3

2

45

14

29

2

3

60

40

16

4

3

45

34

8

3

3

45

41

2

2

3

45

37

5

3

2

30

25

3

2

2

60

14

43

3

3

75

25

47

3

luật
Giáo
dục thể
chất
Giáo
dục quốc
phịng - An
ninh
Tin
học
Ngoại
ngữ (Anh
văn)
Các
mơn học,
mơ đun
đào tạo
nghề bắt
buộc
Vẽ kỹ

thuật
Autoc
ad
Cơ
Kỹ thuật
Dung
sai – Đo
lường kỹ
thuật
Vật
liệu cơ khí
Kỹ
thuật điện
và điện tử
cơng
nghiệp
Kỹ
thuật an
toàn – Bảo
hộ lao
động
Nguộ
i cơ bản
Tiện
trụ ngắn,


MĐ
16
MĐ

17

MĐ
18

MĐ
19
MĐ
20
MĐ
21
MĐ
22
MĐ
23
MĐ
24
MĐ
25
MĐ
26
MĐ
27

MĐ
28
MĐ

trụ bậc,
tiện trụ dài

l 10d
Tiện
rãnh, cắt
đứt
Gia
công lỗ
trên máy
tiện
Phay,
bào mặt
phẳng
ngang,
song song,
vuông góc,
nghiêng
Phay,
bào mặt
phẳng bậc
Phay,
bào rãnh,
cắt đứt
Tiện
cơn
Tiện
ren tam
giác
Tiên
ren vng
Tiện
ren thang

Phay,
bào rãnh
chốt đi
én - chữ T
Phay
đa giác
Phay
bánh răng
trụ răng
thẳng
Phay
bánh răng
trụ răng
nghiêng,
rãnh xoắn
Tiện

1

30

5

24

1

3

75

16

56

3

3

75

10

62

3

2

45

8

35

2

1

30

6

23

1

2

45

10

33

2

2

60

13

45

2

2

45

8

35

2

2

45

8

35

2

3

75

20

52

3

2

45

7

36

2

2

60

8

51

1

2

45

8

35

2

2

60

4

54

2


29
MĐ
30

MĐ
31
MĐ
32
MĐ
33
MĐ
34
MĐ
35

CNC cơ
bản
Phay
CNC
cơ
bản
Tiện

lệch tâm,
tiện định
hình
Thực
hành hàn
Mài
mặt phẳng
Mài
trụ ngồi,
cơn ngồi
Thực
tập sản
xuất
Tổng cộng

2

60

4

54

2

3

75

10

62

3

2

45

8

35

2

2

45

8

35

2

2

45

8

35

2

5

180

18

162

0

1284

77

81

1905

544

2. Chương trình chi tiết mơn học
Thời gian
Số TT

I

Tên
chương, mục

Cấu trúc và cơ tính vật liệu
1.
Cấu tạo và liên kết nguyên

Tổ
ng số

Lý
thuyết

Ki
Th
ểm tra*
ực
(L
hành,
T hoặc
Bài tập
TH)
0
0

9

9

8

7

0

1

16

14

2

0

tử.
2.

Sắp xếp nguyên tử trong vật

3.
4.

Khái niệm về mạng tinh thể
Cấu trúc tinh thể điển hình

chất
của chất rắn
Đơn tinh thể và đa tinh thể

Sự kết tinh và hình thành tổ
I
chức của kim loại
Hợp kim và biến đổi tổ chức
1.
Cấu trúc tinh thể của hợp
kim
I
2.
Giản đồ pha của hệ hai cấu
II tử
3.
Giản đồ pha Fe - C (FeFe3C)
Nhiệt luyện
I

5.
6.


1.

Khái niệm về nhiệt luyện

thép
Các tổ chức đạt được khi
nung nóng và làm nguội thép
3.
Ủ và thường hố thép
I

4.
Tơi thép
V
5.
Ram thép
6.
Các khuyết tật xảy ra khi
nhiệt luyện thép.
Vật liệu kim loại
V
1.
Thép Cácbon
2.
Thép hợp kim
3.
Gang
Hợp kim màu và phi kim
1.
Hợp kim màu
2.
Gỗ
3.
Chất dẻo
4.
Vật liệu Compozit
Cộng
2.

6

6

0

0

6

5

0

1

45

41

2

2

3. Điều kiện thực hiện môn học:
3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ....
3.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, vật liệu...
3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu quy ước ký hiệu trên thép, dầu..
4. Nội dung và phương pháp đánh giá:
4.1. Nội dung:
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
4.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
4.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số
09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã
hội.
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau:
Điểm đánh giá
Trọng số
+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)
40%
+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc mơn học
60%
4.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương
Phương
Hình
Chuẩn đầu
S
Thời
pháp
pháp
thức

ra đánh giá
ố
điểm


đánh giá
Thường
xuyên

tổ chức
Viết/
Thuyết
trình

kiểm tra
cột
kiểm tra
Tự
A1, C1, C2
1
Sau
luận/
10 giờ.
Trắc
nghiệm/
Báo
cáo
Định kỳ
Viết và
Tự

A2, B1, C1,
3
Sau
thực hành luận/
C2
20 giờ
Trắc
nghiệm/ thực
hành
Kết thúc
Vấn đáp
Vấn
A1, A2, A3, B1,
1
Sau
môn học
và thực hành
đáp và thực B2, C1, C2,
45 giờ
hành trên
mơ hình
4.2.3. Cách tính điểm
Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10
(từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với
trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm trịn đến một chữ số thập phân,
sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao
động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ.
5. Hướng dẫn thực hiện môn học
5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp cắt gọt kim loại

5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học
5.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gờm: Trình chiếu, thuyết trình
ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm….
* Thực hành:
- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra.
- Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên
hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học.
- Sử dụng các mơ hình, học cụ mơ phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng.
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên trong nhóm
tìm hiểu, nghiên cứu theo u cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội
dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp
nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...)
- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả
- Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích
hợp phải học lại mơ đun mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo
nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận
trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội
dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề
thảo luận của nhóm.


- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc môn học.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
6. Tài liệu tham khảo:

- Giáo trình mơn học Vật liệu học do Tổng cục dạy nghề ban hành
- Nguyễn Hoành Sơn - Vật liệu học - NXB GD - 2000
- Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất - Công nghệ nhiệt luyện - NXB GD - 2000.


CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC VÀ CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI
Mã số : MH 09-01
1. Cấu tạo và liên kết nguyên tử
1.1. Khái niệm cơ bản về cấu tạo nguyên tử
Nguyên tử là một hệ thống bao gồm hạt nhân mang điện dương và các điện tử
(electron) mang điện âm chuyển động xung quanh. Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ những
proton và nơtron. Hạt nơtron không mang điện cịn hạt proton mang điện dương, có điện
tích bằng điện tích của nguyên tử. Ở trạng thái thường, nguyên tử chung hịa điện vì số
lượng proton bằng số lượng điện tử. Số đó được đặc trưng bằng số thứ tự ngun tử(Z)
trong bảng tuần hồn Menđeleev. Vì khối lượng của proton và nơtron lớn hơn rất nhiều so
với điện tử (khoảng 1830 lần) cho nên khối lượng nguyên tử được xác định bằng khối
lượng hạt nhân của nó. Với cùng khối lượng điện tử và proton, hạt nhân có thể chứa
sốlượng nơtron khác nhau và tạo thành những đồng vị của cùng một nguyên tố hóa học.
1.2.Các dạng liên kết nguyên tử trong chất rắn
1.2.1. Liên kết đồng hóa trị
Liên kết này tạo ra khi hai(hoặc nhiều) nguyên tử góp chung nhau một số điện tử
hóa trị để có đủ tám điện tử ở lớp ngồi cùng. Hình 1.1 Liên kết cộng hố trị trong phân
tử khí CH4

Hình 1.1 Liên kết cộng hố trị trong phân tử khí CH4

1.2.2. Liên kết ion
Đây là loại liên kết mạnh và rất dễ xẩy ra giữa ngun tử có ít điện tử hóa trị dễ
cho bớt điện tử đi để tạo thành ion dương như các nguyên tố nhóm IB(Cu, Ag, Au),
IIB(Zn, Cd, Hg) với nguyên tử có nhiều điện tử hóa trị dễ nhận thêm điện tử để tạo

thành ion âm như các ngun tố nhóm VIB (O, S...). Hình 1.2 biểu diễn liên kết ion
trong phân tử LiF

Hình 1.2 Sơ đồ biểu diễn liên kết trong
phân tử LiF

1.2.3. Liên kết kim loại

Hình 1.3 Sơ đồ liên kết kim loại


Đây là loại liên kết đặc trưng cho các vật liệu kim loại, quyết định các tính chất rất
đặc trưng của loại vật liệu này. Hình 1.3 biểu diễn sơ đồ liên kết kim loại. Có thể hình
dung liên kết này như sau: các ion dương tạo thành mạng xác định, đặt trong không gian
điện tử tự do "chung". Năng lượng liên kết là tổng hợp (cân bằng) của lực hút (giữa ion
dương và điện tử tự do bao quanh) và lực đẩy (giữa các ion dương). Chính nhờ sự cân
bằng này các nguyên tử, ion kim loại luôn luôn có vị trí cân bằng xác định trong đám mây
điện tử. Liên kết kim loại thường được tạo ra trong kim loại là các ngun tố có í t điện tử
hóa trị,chúng liên kết yếu với hạt nhân dễ dàng bứt ra khỏi nguyên tử trở nên tự do
(không bị ràng buộc bởi nguyên tử nào) và tạo nên "mây" hay "biển" điện tử.
1.2.4. Liên kết hỗn hợp
Thực ra, liên kết đồng hóa trị thuần túy chỉ có được trong trường hợp liên kết đồng
cực (giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học). Trong trường hợp liên kết dị
cực (giữa các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau). Điện hóa trị tham gia liên kết chịu
hai ảnh hưởng trái ngược :
Bị hút bởi hạt nhân “của mình”
Bị hút bởi hạt nhân nguyên tử thứ hai để tạo nguyên tử “chung”
Khả năng của hạt nhân hút điện tử hóa trị được gọi là tính âm điện của nguyên tử.
Sự khác nhau về tính âm điện giữa các nguyên tử trong liên kết đồng hóa trị làm cho đám
mây điện tử “chung” bị biến dạng và tạo thành ngẫu cực điện, tiền tố của liên kết ion.

Tính ion của liên kết sẽ càng lớn nếu sự khác nhau về tính âm điện của các nguyên tử
càng lớn. Ví dụ Na có tính âm điện bằng 0,9 cịn Cl bằng 3,0. Do vậy liên kết giữa Na và
Cl trong hợp chất NaCl gồm khoảng 52% liên kết ion và 48% liên kết đồng hóa trị. Tất
cả những liên kết dị cực đều mang tính chất hỗn hợp giữa liên kết ion và đồng hóa trị.
1.2.5. Liên kết yếu (liên kết Van der Waals)
Liên kết đồng hóa trị cho phép lý giải sự tạo thành những phân tử như nước ( O)
hoặc polyetylen ( )n. Nhưng không cho phép lý giải sự tạo
thành một số vật rắn từ
những phân tử trung hịa như nước đá polyme…
Trong nhiều phân tử có liên kết đồng hóa trị, do sự khác nhau về tính âm điện của
các nguyên tử, trọng tâm điện tích dương và điện tích âm khơng trùng nhau, ngẫu cực
điện sẽ tạo thành, phân tử bị phân cực. Liên kết van der waals là liên kết do hiệu ứng hút
nhau giữa các nguyên tử hoặc phân tử bị phân cực ở trạng thái rắn. Liên kết này là loại
liên kết yếu, rất rễ bị phá vỡ do ba động nhiệt (khi tăng nhiệt độ). Vì vậy những chất rắn
trên cơ sở liên kết van der waals có nhiệt độ nóng chảy thấp.
2. Sắp xếp nguyên tử trong vật chất
2.1. Chất khí
Chất khí chiếm tồn bộ thể tích chứa nó có thể nén được. Các nguyên tử (phân tử)
trong chất khí luôn luôn chuyển động do ba động nhiệt số nguyên tử (phân tử) trên 1 đơn
vị thể tích thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Vị trí tương ứng giữa chúng luôn
thay đổi theo quy luật ngẫu nhiên. Trung bình mỗi nguyên tử (phân tử) chiếm 1 thể tích
tương ứng hình cầu. Đường kính trung bình 4 nm.
2.2. Chất rắn tinh thể
Trong vật rắn tinh thể mỗi ngun tử có vị trí hồn tồn xác định khơng chỉ so với
những nguyên tử gần nhất mà cả những nguyên tử khác bất kỳ xa hơn. Không gian xung
quanh các ngun tử có cấu tạo hồn tồn đồng nhất. Nói cách khác tinh thể có trật tự
xa.


Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể của kim

Hình 1.5 Cấu trúc tinh thể
cương
muối ăn
2.3. Chất lỏng, chất rắn vô định hình và vi tinh thể
Một cách gần đúng, thể tích của một khối lượng chất lỏng là đại lượng không đổi.
Giống như trong vật rắn các nguyên tử có xu thế tiếp xúc với nhau và chiếm một khơng
gian hình cầu kích thước khoảng 0,25 mm. Nên chất lỏng khơng có tính chịu nén.
Chất rắn vơ định hình và vi tinh thể: Theo sự sắp xếp có trật tự trong không gian của
các nguyên tử, ion hay phân tử(gọi tắt là các chất điểm) người ta chia các chất rắn ra làm
hai nhóm vật tinh thể và vật vơ định hình. Trong vật rắn tinh thể các chất điểm sắp xếp
theo một quy luật(trật tự) hình học nhất định, cịn trong các vật vơ định hình thì các chất
điểm sắp xếp hỗn loạn. Tất cả các kim loại và hợp chất của chúng ở trạng thái rắn đều là
vật tinh thể hay nói khác đi có cấu tạo tinh thể. Điển hình của vật vơ định hình là thủy
tinh, nhựa, cả hai trạng thái lỏng và rắn các chất điểm đều sắp xếp không trật tự.Sự khác
nhau giữa chất lỏng và vật rắn thể hiện như sau: Các nguyên tử luôn luôn chuyển động do
ba động nhiệt. Nhận thấy rằng, trong một vùng khơng gian nhỏ (cỡ kích thước ngun
tử), một số nguyên tử sắp xếp có trật tự, nhưng không ổn định luôn luôn bị phá vỡ do ba
động nhiệt. Như vậy chất lỏng có trật tự gần. Ngược với tính dị hướng trong chất rắn của
vật rắn, chất lỏng có tính đẳng hướng vì trong chất lỏng số lượng nguyên tử, phân tử
trung bình trên một đơn vị chiều dài và lực liên kết giữa chúng như nhau. Theo một
hướng trong không gian;
Độ sắp xếp chặt (tỷ lệ giữa thể tích do các nguyên tử chiếm chỗ trên tổng thể tích)
của chất lỏng kém hơn so với vật rắn (q trình kết tinh hoặc đơng rắn thường kèm theo
sự giảm thể tích.
Một cách gần đúng có thể minh họa chất khí, chất lỏng, chất rắn bằng hình ảnh
tương ứng: hội trường hòa nhạc trật khán giả khi còi báo động (khí) khi kết thúc buổi hịa
nhạc (lỏng) và hàng ngũ bộ đội chuẩn bị duyệt binh trên một quảng trường (rắn ). Giống
như chất lỏng, vật rắn vô định hình có tính đẳng hướng.Cần lưu ý rằng, nếu làm nguội
kim loại hoặc hợp kim lỏng với tốc độ lớn lớn hơn (10 4 - 109 )oC/s, vật rắn nhận được sẽ
có cấu trúc vơ định hình hoặc cấu trúc tinh thể với kích thước rất nhỏ (khoảng nanomet),

gọi là vật rắn vơ định hình hoặc vi tinh thể.
3.
Khái niệm về mạng tinh thể
3.1.

Ơ cơ sở
Để

có


những
khái niệm đầu
tiên về mạng tinh
thể, hãy xuất phát
từ khái niệm đơn
giản về ơ cơ sở.
Ơ cơ sở là mơ
hình khơng gian
mơ tả quy luật
hình học của
sự sắp xếp các
chất

Hình 1.6 a) Mơ hình ơ cơ sở


điểm trong vật tinh thể, hình 1.6a biểu diễn ơ cơ sở của mạng lập phương đơn giản trong
đó các vòng tròn nhỏ biểu thị các chất điểm (nguyên tử, ion, phân tử) và các đường thẳng
nối giữa các đường là tưởng tượng. Thấy rằng, do tính đối xứng của tinh thể từ một ô cơ

sở, bằng thao tác đối xứng, tịnh tiến theo 3 chiều trong không gian sẽ nhận được tồn bộ
⃗
mạng tinh thể (hình 1.6b). Ơ cơ sở được xây dựng trên 3 vectơ đơn vị ⃗ ,
, ⃗ tương
ứng 3 trục tọa độ Ox, Oy và Oz. Tâm của các nguyên tử (ion hoặc phân tử) ở đỉnh ô là các
⃗
| |
| |
nút mạng Môdun của 3 vectơ a = ⃗ , b = | |, c = ⃗ là kích thước ơ cơ sở, cịn gọi là
hằng số mạng hay chu kỳ tuần hoàn (chu kỳ tịnh tiến) của mạng tinh thể theo ba c hiều
⃗
tương ứng. Các góc tạo bởi 3 vectơ ⃗ ,
, ⃗, khi hợp từng đơi một ký hiệu là
(
⃗
⃗
là góc giữa
và ⃗, giữa ⃗ và ⃗ , giữa ⃗ và
)
Thấy rằng trong cùng mạng tinh thể có thể chọn được nhiều kiểu ơ cơ sở khác
nhau.Tuy nhiên, vì ơ cơ sở là đơn vị tuần hoàn nhỏ nhất của mạng tinh thể cho nên việc
lựa chọn phải thỏa mãn nguyên tắc sao cho nó đại diện đầy đủ cho tính chất và cấu trúc
của toàn bộ tinh thể. Các nguyên tắc đó là:Tính đối xứng của ơ cơ sở phải là tính đối
xứng của tinh thể (về hình dáng bên ngồi và các tính chất);
Số cạnh bằng nhau và số góc (giữa các cạnh) bằng nhau của ơ phải nhiều nhất
nNếu có các góc vng giữa các cạnh thì số góc đó phải nhiều nhất;
Có thể tích nhỏ nhất hoặc các cạnh bên ngắn nhất.
Bằng cách tịnh tiến, đưa các phần tử (nguyên tử,ion hay phân tử) lên tâm
các mặt bên, tâm đáy hoặc tâm các ô cơ sở đơn giản.
Dựa vào mối tương quan (a, b,c và các góc α, ß, γ ) mà người ta chia ra 7 hệ tinh

thể. Khi tịnh tiến các ion (Phân tử, nguyên tử) về tâm của mặt, tâm khối ta được 14
kiểu mạng Bravais. Tất cả các mạng tinh thể của chất rắn đều biểu diễn bằng một trong
mười bốn kiểu mạng Bravais (bảng 11).
Bảng 1.1 Các kiểu mạng Bravais
Hệ
Quan
Quan
Các kiểu mạng Bravais
tinh
hệ
hệ
thể
giữa các
giữa các
trục
góc
Đơn
giản

a
gnêihgn

a#b
#c

α#
ß #γ #
90º

Tâm

đáy

Tâm
Khối

Tâm
mặt


Một
Nghiêng

α=γ
a # b = 90º # ß
#c

Trực
Thoi

a#

α
= ß =γ
= 90º

a=

α
= ß =γ
# 90º

b #c
Ba
Phương
(thoi)

Sáu
Phương

Bốn
Phương

Lập
Phương

b=c

α=
a = ß = 90º =
b #c
γ
=
120º
a=
α
b #c
= ß =γ
= 90º

a=

b =c

α
= ß =γ
= 90º

Thơng số mạng
Thơng số mạng hay hằng số mạng là kích thước
cơ bản của mạng tinh thể, từ đó có thể tính ra các khoảng
cách bất kỳ trong mạng. Người ta thường xác định thơng
số mạng theo kích thước các cạnh của khối cơ bản (hình
1.7). Đơn vị đo chiều dài thơng số mạng trong tinh thể là
ăngstrôm (Ao), 1 Ao = 10-8cm. Từ thơng số mạng có thể
tính được khoảng cách giữa 2 nguyên tử bất kỳ trong
mạng.
3.2. Nút mạng và cách xác định
Coi các nguyên tử là những quả cầu rắn giống

Hình1.7

Thơng số

nhau, xếp xít nhau liên tiếp theo ba trục vng góc x, y, z trong khơng gian. Nối các
tâm của quả cầu nguyên tử sẽ được hình ảnh của 1 mạng tinh thể lập phương đơn giản.
Hình lập phương nhỏ nhất với 8 đỉnh là tâm của 8 nguyên tử được gọi là ô cơ sở. Mỗi
nguyên tử là đỉnh chung của 8 ô cơ sở gọi là nút mạng (hình 1.7).


Vị trí nút mạng được ký hiệu bằng ba số,tương ứng tọa độ của nút mạng trong hệ
trục tọa độ đã chọn, đặt trong ngoặc vuông kép ([[..]]), giá trị âm của các tọa độ được

ký hiệu bằng dấu (-) trên tọa độ tương ứng, ví dụ nút A trên


hình 1.8 được ký hiệu [[111]]. Do tính đối xứng của mạng tinh thể nên tọa độ của
mọi nút mạng có thể suy ra bằng phép tịnh tiến các nút trong ô cơ sở với các bước
bằng số nguyên lần hằng số mạng a,b,c. Ví dụ, nếu tọa độ của một nút trong ơ cơ sở là
x0, y0, z0 thì tọa độ của một nút khác sẽ là :
x1 = x 0
+ n1a y1 = y0
+ n2 b z 1 = z 0
+ n3 c
trong đó n1 ,n2 ,n3 - các số ngun
Tọa độ cịn có thể biểu diễn dưới dạng vectơ :
⃗
⃗ = ⃗ + n1 ⃗ + n2
+ n3 ⃗
3.3. Chỉ số của phƣơng tinh thể
Phương tinh thể là
đường thẳng đi qua các nút
trong mạng tinh thể. Cách
nhau những khoảng cách theo
quy luật xác định và được ký
hiệu bằng ba số nguyên u, v,w
tỷ lệ thuận với tọa độ của một
nút gần gốc tọa độ nhất, nằm
trên phương đó.

Hình 1.8 Chỉ số đường và điểm trong mạng
tinh thể
Chỉ số âm có ký hiệu (-) ở trên. Trên hình 1.8 nêu một số phương [111]. [110].

[221]… Vectơ đơn vị của phương sẽ là:
⃗
⃗ =u ⃗+v +w ⃗
Do tính đối xứng, muốn tìm chỉ của một phương nào đó. Chỉ cần tìm chỉ số của
phương song song với nó. Đi qua gốc tọa độ. Những phương song song nhưng có tính
chất giống nhau tạo thành hệ phương, ký hiệu [uvw], Những phương khơng song song
nhưng có tính chất giống nhau tạo thành họ phương. Ký hiệu <uvw>. Các phương
trong một họ có trị số tuyệt đối u, v, w giống nhau, ví dụ (hình 1.8) họ phương <100>
gồm sáu phương : [010], [001], [100], [0 ī 0],
[00 ī] và [ī 00].
3.4. Chỉ số Miller của mặt tinh thể
Mặt phẳng tinh thể là mặt phẳng trong không gian mạng tinh thể được tạo nên
bởi những nút mạng, sắp sếp theo một trật tự xác định.Chỉ số Miller của mặt phẳng
tinh thể được ký hiệu bằng ba số nguyên h, k, l tỷ lệ nghịch với những đoạn thẳng, kể
từ gốc tọa độ đến giao điểm mặt phẳng đó với các trục tọa độ tương ứng Ox. Oy, Oz.
Có thể xác định những chỉ số h, k, l của một mặt phẳng tinh thể theo các bước (ví dụ
mặt phẳng P trên hình 1.9) nhưsau :


- Tìm giao điểm của mặt phẳng với ba trục
tọa độ Ox, Oy, Oz;
- Xác định độ dài đoạn thẳng từ gốc tọa độ
đến các giao điểm tương ứng nói trên (1;
½; 1/3 trên hình 1.9). Lấy giá trị nghịch đảo
của chúng (1;2;3).
- Quy đồng mẫu số chung các số nghịch đảo
tìm được, ba số nguyên h, k .l, trên phần tử số sẽ là
chỉ số Miller của mặt phẳng đang xét. Mặt phẳng P
trên Hình 1.9 có chỉ số (1.2.3)
Phương trình của mặt phẳng trong khơng

gian là:

Hình 1.9 Cách xác định chỉ số
Miller của mặt phẳng P
Nếu mặt phẳng song song với trục tọa độ, chỉ số Miller tương ứng sẽ tỉ lệ với 1/∞ nghĩa
là nó bằng (ví dụ, mặt (001) là mặt của ô cơ sở song song trục Ox và Oy). Giá trị âm được kí
hiệu bằng (-) trên chỉ số tương ứng.
Hệ mặt phẳng tinh thể ký hiệu(h, k, l) là những mặt song song, có tính chất giống
nhau, vì vậy muốn xác định chỉ số của một mặt bất kỳ chỉ cần xác định chỉ số của mặt
phẳng song song với nó, nằm ở ô cơ sở chứa trục độ. Các mặt phẳng tuy khơng song
song nhưng có tính chất giống nhau tạo một họ mặt phẳng. Chỉ số Miller của các mặt
phẳng trong họ được ký hiệu dưới dạng {hkl}. Giá trị tuyệt đối h,k,l của chúng là như
nhau, chỉ đổi vị trí cho nhau, ví dụ {100} trong mạng tinh thể có ô cơ sở là hình lập
phương gồm : (100), (101), (001), ( ī 00). (0ī 0) và (00 ī) tức là các mặt bên và đáy của
ô cơ sở.
Chỉ số Miller-Bravais trong hệ sáu phƣơng
Các chỉ số Miller trong hệ tọa độ ba trục tỏ ra khơng thích hợp đối với hệ tinh thể
sáu phương, vì các phương hoặc mặt cùng họ có chỉ số khác nhau.
Để biểu diễn phương và mặt tinh thể trong hệ trong hệ sáu phương, phải dùng chỉ số
Miller- Bravais, tương ứng với hệ tọa độ gồm bốn trục : Ox, Oy, Oz và Ou (hình 1.10),
Ba trục Ox, Oy, Ou nằm trên cùng mặt phẳng đáy của ô cơ sở, từng cặp hợp với nhau một
góc 120º vng góc với trục Oz. Gốc tọa độ O là tâm của mặt đáy. Cách xác định chỉ số
Miller-Bravais hoàn toàn giống như trường hợp chỉ số Miller. Để ký hiệu mặt tinh thể,
các chỉ số được viết trong ngoặc đơn có dạng (hkil). Có thể chứng minh được quan hệ:
i = - (h +k)
Trên hình 1.10 chỉ số của các mặt BCH, ABHG và AGLF tương ứng là (01ī0).
(10ī 0) và (1ī 00). Những mặt phẳng này thuộc cùng một họ, với tập hợp các giá trị số
tuyệt đối của các chỉ số là như nhau {01 10}. Nếu dùng chỉ số Miller ký hiệu các mặt
phẳng đó tương ứng là (010), (100) và (1 ī0). Rõ ràng chỉ số Miller-Bravais thể hiện
đúng hơn tính đối xứng của tinh thể sáu phương.