vat lieu ky thuat 1781

MÅÍ ÂÁƯU
Trong lëch sỉí phạt triãøn ca x häüi loi ngỉåìi chụng ta â sỉí dủng ráút nhiãưu loải
váût liãûu khạc nhau, våïi tênh nàng sỉí dủng ca chụng cng ngy cng cao hån. Âáưu tiãn l
thåìi k âäư âạ, sau âọ tiãún âãún thåìi âải âäư âäưng, âäư sàõt.v .v. Cho âãún ngy nay l mäüt loảt
cạc loải váût liãûu måïi nhỉ : composit, ceramit, pälyme. v.v. Cạc loải váût liãûu ny (âàûc biãût
l kim loải & håüp kim, cng våïi cạc loải váût liãûu måïi) â gọp pháưn thục âáøy sỉû phạt triãøn
ca x häü loi ngỉåìi mäüt cạch nhanh chọng.
Ngy nay trong cạc lénh vỉûc cäng nghiãûp, qúc phng, âåìi säúng...âi hi váût liãûu
sỉí dủng cáưn phi cọ ráút nhiãưu tênh cháút khạc nhau. Vê dủ : khi thç cáưn cọ tênh dáùn âiãûn ráøt
cao âãø dng trong ngnh âiãûn lỉûc, lục lải u cáưu cọ âäü cỉïng låïn âãø lm cạc loải dủng củ
càõt gt kim loải, khi lải cáưn cọ âäü bãưn låïn âãø lm cạc cáúu kiãûn xáy dỉûng, hồûc phi cọ tênh
do cao âãø cạn, dáûp, kẹo ngüi, hay cáưn âäü bãưn cao nhỉng khäúi lỉåüng riãng nh âãø dng
trong cäng nghiãûp hng khäng...Táút c cạc u cáưu ny âãưu cọ thãø âỉåüc âạp ỉïng båíi váût
liãûu kim loải cng nhỉ cạc loải váût liãûu måïi.
Män váût liãûu hck s trang bë cho sinh viãn nhỉỵng kiãún thỉïc cå bn ca cạc loải
váût liãûu chênh : tinh thãø, cạc håüp kim, bạn dáùn v ion, cäüng họa trë ... cng nhỉ kiãún thỉïc vãư
xỉí l nhiãût ca chụng. Mủc âêch ca män hc ny giụp cho sinh viãn hiãøu r cạc loải váût
liãûu khạc nhau dỉûa trãn mäúi quan hãû giỉỵa cáúu trục (liãn kãút họa hc, kiãøu mảng tinh thãø) v
cå l tênh, thỉûc hnh âỉåüc cạc thê nghiãûm cå bn âãø xạc âënh cå tênh ca váût liãûu v biãút lỉûa
chn váût liãûu ph håüp nháút âạp ỉïng nhu cáưu sỉí dủng sau ny. Khi nghiãn cỉïu mäüt váût liãûu
báút k chụng ta âãưu dỉûa vo bäún cỉûc cå bn sau âáy : Kãút cáúu ca cáúu trục, cạc tênh cháút,
sỉû täøng håüp cạc phỉång phạp gia cäng v hiãûu qu sỉí dủng ca nọ. Mäüt sn pháøm cọ thãø
gäưm hng chủc loải váût liãûu khạc nhau tảo nãn. Vê dủ ä tä RENAULT CLIO 1,2 RN ca
Phạp gäưm mỉåìi mäüt loải váût liãûu sau âáy tảo nãn :
1- Thẹp táúm
40,9%
2-Thẹp hçnh
10,9%
2-Gang
11,3%
4-Håüp kim nhäm 4,2%

5-Cạc kim loải mu khạc 3,9%
6-Cháút do
10,2%
7-Cháút do ân häưi 3,4%
8-Váût liãûu hỉỵu cå khạc
3,4%
9-Thy tinh
4,2%
10-Sån 1,7%
11-Cháút lng
5,9%
u cáưu ca ngỉåìi k sỉ cạc ngnh cå âiãûn tỉí ngoi kh năng hiãøu biãút vãư
chun män sáu ca ngnh hc, cn phi nàõm âỉåüc nhỉỵng tênh cháút cå bn ca cạc loải váût
liãûu âãø tỉì âọ cọ thãø sỉí dủng mäüt cạch håüp l nháút nhàòm náng cao tøi th ca mạy mọc,
cäng trçnh, hả giạ thnh sn pháøm ...
Män hc ny kãú thỉìa kiãún thỉïc ca khạ nhiãưu cạc lénh vỉûc khạc nhau : tinh thãø hc, cå
lỉåüng tỉí, l thuút lãûch, váût l tia rån ghen, àn mn v bo vãû kim loải ...do âọ khäúi lỉåüng
kiãún thỉïc khạ låïn v cọ nhiãưu màût. Vç váûy âi hi ngỉåìi hc phi nàõm vỉỵng cạc kiãún thỉïc
cå bn vãư váût liãûu v thỉûc hnh nghiãm tục cạc thê nghiãûm. Khi nghiãn cỉïu män hc ny
phi nàõm chàõc mäúi quan hãû giỉỵa thnh pháưn họa hc, cáúu trục v tênh cháút ca váût liãûu. Báút
k sỉû thay âäøi no ca thnh pháưn họa hc v cáúu trục s dáùn tåïi sỉû biãún âäøi ca tênh cháút
váût liãûu.
1


PHÁƯN 1 : CÅ SÅÍ VÁÛT LIÃÛU HC
CHỈÅNG 1 : CÁÚU TRỤC TINH THÃØ CA VÁÛT LIÃÛU
1.1.CÁÚU TẢO NGUN TỈÍ V CẠC LOẢI LIÃN KÃÚT ÂIÃØN HÇNH TRONG
CHÁÚT RÀÕN :
1.1.1.Mä hçnh cáúu tảo ngun tỉí :

Ngun tỉí l mäüt hãû thäúng bao gäưm hảt nhán mang âiãûn dỉång v cạc âiãûn tỉí
mang âiãûn ám chuøn âäüng xung quanh. Hảt nhán ngun tỉí cáúu tảo båíi cạc präton v
nåtron. Präton mang âiãûn dỉång cọ âiãûn têch bàòng âiãûn têch ca âiãûn tỉí, nåtron khäng
mang âiãûn. Trong trảng thại bçnh thỉåìng ngun tỉí trung ha âiãûn vç säú lỉåüng präton bàòng
säú lỉåüng âiãûn tỉí. Säú ny âỉåüc âàûc trỉng bàòng säú thỉï tỉû (Z) trong bng tưn hon
Menâãlãẹp. Khäúi lỉåüng ngun tỉí bàòng khäúi lỉåüng hảt nhán ca nọ vç khäúi lỉåüng ca
präton v nåtron låïn hån ráút nhiãưu so våïi khäúi lỉåüng âiãûn tỉí. Våïi cng khäúi lỉåüng âiãûn tỉí
v präton, hảt nhán cọ thãø chỉïa säú lỉåüng nåtron khạc nhau v tảo nãn cạc âäưng vë ca cng
mäüt ngun täú họa hc.
Xạc sút tçm tháúy âiãûn tỉí trãn mäüt qu âảo nạo âọ xung quanh hảt nhán âỉåüc xạc
âënh bàòng bäún tham säú gi l säú lỉåüng tỉí. Cọ nghéa l trảng thại nàng lỉåüng ca mäùi âiãûn
tỉí trong ngun tỉí âỉåüc xạc âënh båíi bäún säú lỉåüng tỉí. Cạc säú lỉåüng tỉí gäưm cọ :
a-Säú lỉåüng tỉí chênh n : cọ cạc giạ trë bàòng 1, 2, 3, 4... xạc âënh nàng lỉåüng cho
phẹp ca âiãûn tỉí. Cạc âiãûn tỉí cọ cng säú lỉåüng tỉí chênh n håüp thnh mäüt låïp âiãûn tỉí. Cạc
låïp âiãûn tỉí láưn lỉåüt l : K, L, M, N... tỉång ỉïng våïi n = 1, 2, 3, 4 ...
b-Säú lỉåüng tỉí phỉång vë l : xạc âënh cạc giạ trë cho phẹp ca mämen xung lỉåüng
qu âảo, cọ trë säú bàòng 0, 1, 2, 3... (n - 1). Cạc âiãûn tỉí våïi l khạc nhau ca cng låïp tảo
thnh nhỉỵng phán låïp tỉång ỉïng, k hiãûu láưn lỉåüt l s, p, d, f...ỉïng våïi l = 0, 1, 2, 3...
c-Säú lỉåüng tỉí tỉì ml : xạc âënh kh nàng âënh hỉåïng cho phẹp ca vẹc tå mämen
xung lỉåüng qu âảo âäúi våïi chiãưu ca tỉì trỉåìng bãn ngoi, cọ trë säú bàòng 0, ±1, ±2, ±3... ± l .
d-Säú lỉåüng tỉí spin ms : xạc âënh kh nàng âënh hỉåïng ngỉåüc chiãưu nhau ca vẹc tå
mämen xung lỉåüng spin ca âiãûn tỉí, ms = ±1/ 2.
Ngoi ra sỉû phán bäú âiãûn tỉí theo cạc mỉïc khạc nhucon phi tn theo ngun l
loải trỉì Pauly : mäùi trảng thại våïi ba säú lỉåüng tỉí n, l, ml xạc âënh chè cọ thãø chỉïa hai âiãûn tỉí
våïi spin ngỉåüc chiãưu nhau. Dỉûa vo ngun l ny ta cọ thãø dỉû âoạn säú âiãûn tỉí cho phẹp
trãn cạc báûc nàng lỉåüng.
Vê dủ : ngun tỉí âäưng Cu cọ säú thỉï tỉû Z = 29, phán bäú âiãûn tỉí nhỉ sau :
1s2
2s22p6
3s23p63d10

4s2
(Cn gi l cáúu hçnh âiãûn tỉí)
K
L
M
N
Trong mäüt säú âiãưu kiãûn xạc âënh, âiãûn tỉí cọ thãø chuøn tỉì trảng thại ny sang
trảng thại khạc, khi âọ s phạt ra hay háúp thủ nàng lỉåüng dỉåïi dảng ∆E dỉåïi dảng cạc
lỉåüng tỉí ạnh sạng cọ táưn säú ν :
∆E = El -El+1 = hν våïi h = 6,627.10-27ec.s (hàòng säú Planck)
2


1.1.2.Cạc loải liãn kãút ngun tỉí thỉåìng gàûp :
Trong cháút ràõn thỉåìng gàûp bäún loải liãn kãút sau âáy : liãn kãút âäưng họa tri, liãn kãút
ion, liãn kãút kim loải, liãn kãút häùn håüp v liãn kãút Vanderval.
1-Liãn kãút âäng họa trë :
Liãn kãút ny tảo ra khi hai hồûc nhiãưu ngun tỉí gọp chung nhau mäüt säú âiãûn tỉí ãø
cọ â tạm âiãûn tỉí åí låïp ngoi cng (âiãûn tỉí họa trë). Vê dủ liãn kãút âäưng họa trë giỉỵa hai
ngun tỉí clo trong phán tỉí Cl2 . Hai ngun tỉí ny cọ säú âiãûn tỉí låïp ngoi cng l 7. Do
váûy chụng phi gọp chung hai âiãûn tỉí låïp ngoi cng âãø â tạm âiãûn tỉí.
Âàûc âiãøm ca liãn kãút âäưng họa trë :
1-Liãn kãút cọ tênh âënh hỉåïng, nghéa l xạc sút täưn tải cạc âiãûn tỉí liãn kãút låïn
nháút theo phỉång näúi tám cạc nguyn tỉí.
2-Cỉåìng âäü liãn kãút phủ thüc ráút mảnh vo âàûc tênh liãn kãút giỉỵa cạc âiãûn tỉí họa
trë våïi hảt nhán. Vê dủ cạc bon åí dảng âa hçnh kim cỉång cọ liãn kãút âäưng họa trë ráút mảnh
vç bäún âiãûn tỉí họa trë (trong säú sạu âiãûn tỉí) liãn kãút háưu nhỉ trỉûc tiãúp våïi hảt nhán. Do váûy
nhiãût âäü nọng chy ca nọ cao hån 3550oC. Trong khi âọ thiãúc (Sn) cọ liãn kãút âäưng họa trë
ráút úu vç bäún âiãûn tỉí họa trë (trong säú 50 âiãûn tỉí) nàòm xa hảt nhán nãn lỉûc liãn kãút úu âäúi
våïi hảt nhán do âọ nhiãût âäü nọng chy tháúp 270oC.

3-Liãn kãút âäưng họa trë cọ thãø xy ra giỉỵa cạc ngun tỉí cng loải (ca mäüt
ngun täú họa hc trong cạc nhọm tỉì IVA âãún VIIA), gi l liãn kãút âäưng họa trë âäưng cỉûc.
Vê dủ trong phán tỉí Cl2 hay cạc tinh thãø kim cỉång, si lêc, gẹcmani ...Liãn kãút âäưng họa trë
giỉỵa cạc ngun tỉí khạc loải (cạc ngun täú họa hc nhọm IIIA våïi nhọm VIA) gi l liãn
kãút âäưng họa trë dë cỉûc.
2-Liãn kãút ion :
Âáy l loải liãn kãút mảnh, cạc ngun tỉí cho båït âiãûn tỉí låïp ngoi cng v rtråí
thn ion dỉång hay nháûn thãm âiãûn tỉí âãø bo ha låïp ngoi cng v tråí thnh ion ám. Vê
dủ : trong liãn kãút LiF, Li cho båït mäüt âiãûn tỉí låïp ngoi cng tråí thnh Li+, cn F nháûn
thãm mäüt âiãûn tỉí v tråí thnh F-.
Liãn kãút ion thỉåìng tảo nãn giỉỵa cạc ngun täú cọ nhiãưu âiãûn tỉí họa trë (nhọm
VIB, VIIB) våïi cạc nhọm ngun täú cọ êt âiãûn tỉí họa trë (nhọm IB, IIB). Cạc ä xyt kim loải
Al2O3, MgO, CaO, Fe3O4 cọ liãn kãút ch úu l liãn kãút ion.
Liãn kãút ion cng bãưn vỉỵng (cng mảnh) khi cạc ngun tỉí chỉïa cng êt âiãûn tỉí,
nghéa l cạc âiãûn tỉí cho v nháûn nàòm gáưn hảt nhán. Liãn kãút ion l loải liãn kãút khäng âënh
hỉåïng. Vê dủ : hydrä tảo våïi F, Cl, Br, I cạc håüp cháút HF, HCl, HBr, HI cọ nàng lỉåüng liãn
kãút láưn lỉåüt l 5,81; 4,44; 3,75 v 3,06 eV/mol.
3-Liãn kãút kim loải :
Cạc ion dỉång kim loải tảo thnh mảng xạc âënh, âàût trong khäng gian âiãûn tỉí tỉû
do chung. Nàng lỉåüng liãn kãút l täøng håüp lỉûc âáøy v hụt ténh âiãûn giỉỵa cạc ion dỉång v
máy âiãûn tỉí tỉû do . Liãn kãút kim loải thỉåìng âỉåüc tảo nãn tỉì nhỉỵng ngun tỉí cọ êt âiãûn tỉí
họa trë. Vê dủ : cạc ngun tỉí åí nhọm IA trong bng tưn hon Menâãlãep våïi mäüt âiãûn tỉí
họa trë cọ tênh kim loải âiãøn hçnh. Cng âi vãư bãn phi ca bng tưn hon tênh cháút âäưng
họa trë trong liãn kãút cng cao. Cạc cháút ràõn cọ liãn kãút kim loải trong cáúu trục tinh thãø ca
nọ cọ tênh âäúi xỉïng cao.

3


+

+
-

+

+

+

+

+

+
-

+
-

+

+
-

-

+

+

+
-

+

+

Hçnh 1.1- Liãn kãút kim loải.

4-Liãn kãút häùn håüp :
Liãn kãút âäưng họa trë thưn tụy chè cọ âỉåüc trong trỉåìng håüp kiãn kãút âäưng cỉûc
(giỉỵa cạc ngun tỉí ca cng mäüt ngun täú họa hc). Trong trỉåìng håüp liãn kãút dë cỉûc
(giỉỵa cạc ngun tỉí ca cạc ngun täú khạc nhau) âiãûn tỉí họa trë tham gia liãn kãút chëu hai
nh hỉåíng trại ngỉåüc :
-Bë hụt båíi hảt nhán ca nọ
-Bë hụt båíi hảt nhán ca ngun tỉí thỉï hai âãø tảo âiãûn tỉí chung.
Kh nàng ca hảt nhán hụt âiãûn tỉí họa trë âỉåüc gi l tênh ám âiãûn ca ngun tỉí.
Sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn giỉỵa cạc ngun tỉí trong liãn kãút âäưng họa trë lm âạm máy
âiãûn tỉí "chung" bë biãún dảng v tảo thnh ngáùu cỉûc âiãûn, âọ l tiãưn täú ca liãn kãút ion. Tênh
ion ca liãn kãút s cng låïn nãúu sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn ca cạc ngun tỉí cng låïn.
Vê dủ : Na cọ tênh ám âiãûn bàòng 0,9 cn Cl cọ tênh ám âiãûn bàòng 3,0. Do váûy trong liãn kãút
NaCl gäưm khong 58% liãn kãút ion v 48% liãn kãút âäưng họa trë. Táút c nhỉỵng liãn kãút dë
cỉûc âãưu mang tênh cháút häùn håüp giỉỵa liãn kãút ion v âäưng họa trë
5-Liãn kãút úu (liãn kãút Val der Val) :
Liãn kãút âäưng họa trë cho phẹp gii thêch sỉû tảo thnh cạc phán tỉí nhỉ nỉåïc (H2O)
hay poltylen (C2H4)n nhỉng khäng thãø gii thêch sỉû tảo thnh mäüt säú váût ràõn tỉì nhỉỵng
phán tỉí trung ha nhỉ nỉåïc âạ, polyme...
Trong nhiãưu phán tỉí cọ liãn kãút âäưng họa trë, do sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn ca
cạc nguøn tỉí, trng tám âiãûn têch dỉång v âiãûn têch ám khäng trng nhau s tảo thnh

ngáùu cỉûc âiãûn v phán tỉí bë phán cỉûc. Liãn kãút Val der Val l liãn kãút do hiãûn tỉåüng hụt
nhau giỉỵa cạc ngun tỉí hồûc phán tỉí bë phán cỉûc åí trảng thại ràõn . Âáy l loải liãn kãút úu,
ráút dãù bë phạ hy do ba âäüng nhiãût. Do váûy cạc cháút ràõn trãn cå såí liãn kãút Val der Val cọ
nhiãût âäü nọng chy tháúp.
1.2.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ L TỈÅÍNG :
1.2.1.Cạc khại niãûm cå bn :

4


1-Màût tinh thãø : trong kim loải cạc ngun tỉí sàõp xãúp cọ tráût tỉû , tỉïc l chụng âãưu nàòm
trãn nhỉỵng màût phàóng song song v cạch âãưu nhau gi l màût tinh thãø .Táûp håüp vä säú cạc
màût nhỉ váûy tảo nãn mảng tinh thãø .
2-Khäúi cå såí (cn gi l ä cå bn) :l pháưn nh nháút âàûc trỉng cho mäüt loải mảng tinh
thãø .Cọ thãø xem nhỉ mảng tinh thãø l do vä säú cạc khäúi cå såí xãúp liãn tiãúp nhau tảo nãn.
3-Thäng säú mảng (cn gi l hàòng säú mảng) : l khong cạch giỉỵa hai ngun tỉí trãn
mäüt cảnh ca khäúi cå såí .Thäng säú mảng l kêch thỉåïc cå bn ca mảng tinh thãø, tỉì âọ cọ
thãø suy ra cạc khong cạch báút k trong mảng .Âån vë âo thäng säú mảng l kx (nano mẹt)
hay àngsträng , våïi 1kx = 1,00202Ao = 1,00202.10-8 cm. Theo thäng säú mảng ta cọ thãø tênh
âỉåüc âỉåìng kênh ngun tỉí kim loải . Thäng säú mảng thỉåìng k hiãûu l a .
1.2.2.Cạc kiãøu mảng tinh thãø thỉåìng gàûp :
Trong cạc kim loải thäng dủng thỉåìng gàûp ba kiãøu mảng tinh thãø sau âáy :
1-Láûp phỉång tám khäúi A2 (thãø tám) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v åí trung tám
ca khäúi láûp phỉång . Nãúu coi cạc ngun tỉí l hçnh cáưu v biãøu diãùn gáưn nhỉ tháût thç cạc
ngun tỉí nàòm åí cạc âènh chẹo nhau thç tiãúp xục våïi nhau qua ngun tỉí åí trung tám .Cạc
ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục våïi nhau . Kiãøu mảng ny cọ trong cạc kim loải Feα Cr,
a 3
a 3
v r =
. Kiãøu mảng

Mo, V. Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d =
2
4
ny cọ mäüt thäng säú mảng l a. Kiãøu mảng ny cọ säú sàõp xãúp l K8, nghéa l báút k ngun
tỉí no cng cọ tạm ngun tỉí cạch âãưu nọ mäüt khong gáưn nháút.
2- Láûp phỉång tám màût A1 (diãûn tám) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v tám ca cạc
màût bãn . Nãúu coi cạc ngun tỉí l hçnh cáưu v biãøu diãùn gáưn nhỉ tháût thç ngun tỉí nàòm åí
âènh v tám ca cạc màût bãn thç tiãúp xục våïi nhau .Cạc ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục
a 2
a 2
våïi nhau . Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d =
v r =
. Kiãøu mảng
2
4
ny chè cọ mäüt thäng säú mảng l a . Thỉåìng gàûp trong cạc kim loải Feγ, Cu, Ni, Al, Pb...Säú
sàõp xãúp ca mảng A1 l K12.
3-Sạu phỉång xãúp chàût A3 (lủc giạc xãúp chàût) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v åí
tám hai màût âạy ca hçnh làng trủ lủc giạc âãưu .Ba ngun tỉí nàòm åí trung tám ba làng trủ
tam giạc cạch nhau .Sạu phỉång xãúp chàût cọ hai thäng säúù mảng l a v c , tè säú c/a gi l hãû
c
8
säú xãúp chàût .Trong trỉåìng håüp l tỉåíng =
≈ 1,633 .Trong thỉûc tãú tè säú c/a khäng
a
3
âụng l 1,633 m dao âäüng trong trong khong 1,57 ÷ 1,64 v cng âỉåüc coi l xãúp chàût .
Cạc kim loải cọ kiãøu mảng ny l : Zn, Cd, Coα, Mg, Ti, Ru...
4-Chênh phỉång tám khäúi (thãø tám) : Trong täø chỉïc ca thẹp sau khi täi (mactexit) cn
cọ kiãøu mảng chênh phỉång tám khäúi . Cọ thãø coi kiãøu mảng ny l láûp phỉång tám khäúi

âỉåüc kẹo di theo mäüt chiãưu . Nọ cọ hai thäng säú mảng l a v c , tè säú c/a gi l âäü chênh
phỉång .
Trong thỉûc tãú sỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí trong kim loải theo xu hỉåïng dy âàûc
nháút . Do âọ khäng cọ kim loải no cọ kiãøu mảng âån gin chênh phỉång tám khäúi c .

5


Hçnh 1.2- Mä hçnh v cạc sàõp xãúp ngun tỉí trong khäúi cå såí.
a) Láûp phỉång tám màût
b) Lápû phỉång tám khäúi
c) Sau phỉång xãúp chàût
1.3.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ THỈÛC TÃÚ :
1.3.1.Phán loải cạc sai lãûch trong mảng tinh thãø :
Cạc cáúu trục trçnh by åí trãn gi l cáúu trục ca tinh thãø l tỉåíng vç khi xem xẹt â
b qua dao âäüng nhiãût v cạc sai hng trong tráût tỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí (ion, phán
tỉí). Cạc sai hng âọ gi l sai lãûch mảng tinh thãø hay khuút táût mảng. Hnh vi ca tinh thãø
dỉåïi tạc dủng ca ngoải lỉûc (biãún cỉïng, biãún dảng do), âäü dáùn âiãûn, tênh cạch âiãûn v tênh
bạn dáùn ... s bë nh hỉåíng ráút låïn do sai lãûch mảng tinh thãø. Dỉûa vo kêch thỉåïc theo ba

6


chiãưu sai lãûch mảng âỉåüc phán ra lm ba loải : sai lãûch âiãøm, sai lãûch âỉåìng, sai lãûch màût
v khäúi.
1.Sai lãûch âiãøm :
Sai lãûch âiãøm l cạc sai lãûch cọ kêch thỉåïc ráút nh theo ba chiãưu âo khäng gian (cåỵ
kêch thỉåïc ngun tỉí). Cọ cạc dảng sau : nụt träúng, ngun tỉí xen k v ngun tỉí tảp cháút.
a-Nụt träúng v ngun tỉí xen k : Trong tinh thãø ngun tỉí ln ln dao âäüng
nhiãût xung quanh vë trê cán bàòng ca mçnh. Tải nhiãût âäü xạc âënh, nàng lỉåüng dao âäüng ca

mäùi ngun tỉí tn theo l thuút thäúng kã Mạc xoen - Bol zå man nãn khäng giäúng nhau.
Khi mäüt säú ngun tỉí no âọ cọ nàng lỉåüng cao, våïi biãn âäü dao âäüng låïn, chụng cọ kh
nàng råìi b nụt mảng v âãø lải nụt khäng cọ ngun tỉí, âọ l nụt träúng. Sau âọ ngun tỉí
cọ thãø chuøn sang vë trê giỉỵa cạc nụt ( cå chãú tảo nụt träúng Frenken) tảo ra sai lãûch âiãøm
dảng ngun tỉí xen k . Khi ngun tỉí råìi khi vë trê cán bàòng âi ra bãư màût tinh thãø gi l
cå chãú nụt träúng Sätky
Sỉû xút hiãûn nụt träúng v ngun tỉí xen k ln lm xút hiãûn trỉåìng ỉïng sút
hçnh cáưu (kẹo xung quanh nụt träúng v nẹn xung quanh ngun tỉí xen k). Näưng âäü nụt
träúng thỉûc tãú låïn hån nhiãưu so våïi ngun tỉí xen k vç nàng lỉåüng tảo nụt träúng nh hån
nhiãưu so våïi ngun tỉí xen k. Máût âäü nụt träúng biãøu diãùn theo cäng thỉïc :
n
Q
= exp( −
)
N
KT
Trong âọ : -n,N : säú nụt träúng v säú nụt mảng.
-Q : nàng lỉåüng tảo nụt träúng
-K : hàòng säú Bolzåman
-T : nhiãût âäü tuût âäúi.
Qua cäng thỉïc trãn ta tháúy ràòng näưng âäü nụt träúng tàng nhanh theo nhiãût âäü v cọ
giạ trë låïn nháút åí kim loải lng.
b-Ngun tỉí tảp cháút : Trong thỉûc tãú khäng thãø cọ váût liãûu kim loải ngun cháút
tuût âäúi. Våïi cäng nghãû náúu luûn hiãûn âải ngy nay cọ thãø âảt âäü sảch âãún 99,99999%.
Do váûy trong kim loải ln cọ tảp cháút. Ty theo kêch thỉåïc ngun tỉí m tảp cháút cọ thãø
thay thãú vo vë trê ngun tỉí kim loải trãn nụt mảng hay xen giỉỵa cạc nụt . Xung quanh cạc
nguøn tỉí tảp cháút ln cọ trỉåìng ỉïng sút hçnh cáưu.
2-Sai lãûch âỉåìng - Lãûch
Sai lãûch âỉåìng l loải sai lãûch cọ kêch thỉåïc nh (kêch cåỵ ngun tỉí) theo hai
chiãưu âo v ráút låïn theo chiãưu thỉï ba trong tinh thãø (s gi l lãûch).

L thuút vãư lãûch l cå såí l thuút bãưn trong váût l kim loải. Nhåì cọ l thuút
lãûch ta cọ thãø gii thêch âỉåüc nhiãưu váún âãư vãư cå tinh, l tênh ca kim loải v håüp kim. Trãn
cå såí âọ chãú tảo cạc kim loải v håüp kim âàûc biãût : siãu bãưn, siãu do...
a-Lãûch âỉåìng : Gi thãm vo phêa trãn mảng tinh thãø l tỉåíng mäüt nỉía màût phàóng
ngun tỉí ABCD. Pháưn nỉía phêa trãn ca tinh thãø (trãn âỉåìng AB) s chëu ỉïng sút nẹn,
nỉía dỉåïi chëu ỉïng sút kẹo . Âỉåìng AB di hng nghçn hng vản thäng säú mảng gi l trủc
lãûch. AB l biãn giåïi phêa trong ca nỉía màût ABCD nãn gi l lãûch biãn. Nãúu nỉía màût
ngun tỉí nàòm phêa trãn gi l lãûch dỉång, k hiãûu ⊥, nàòm phêa dỉåïi gi l lãûch ám, k
hiãûu T.

7


Hỗnh 1.3 -Caùc daỷng sai lóỷch õióứm trong maỷng tinh thóứ
a) Nuùt trọỳng Frenkel; b) Nuùt trọỳng Schottky
c,d) Nguyón tổớ xen keợ vaỡ thay thóỳ
e,f) Sai lóỷch õióứm Schottky vaỡ Frenkel trong ion

Hỗnh 1.4- Mọ hỗnh taỷo lóỷch õổồỡng trong maỷng tinh thóứ
8


b-Lãûch xồõn : ta cọ thãø hçnh dung lãûch xồõn nhỉ sau : càõt mảng tinh thãø l tỉåíng
bàòng nỉía màût phàóng ABCD, sau âọ xã dëch hai mẹp ngoi ngỉåüc chiãưu nhau sao cho cạc
ngun tỉí màût ngoi s xã dëch mäüt âoản bàòng mäüt thäng säú mảng theo âỉåìng CD. Do âọ
cạc ngun tỉí s sàõp xãúp lải quanh AB theo âỉåìng xồõn äúc v ta cọ lãûch xồõn. AB gi l
trủc lãûch xồõn. Nãúu âỉåìng xồõn äúc ngun tỉí xung quanh trủc lãûch theo chiãưu kim âäưng häư
gi l lãûch xồõn phi, k hiãûu
ngỉåüc lải gi l lãûch xồõn trại, k hiãûu
.

A
B

D
C

a)

b)

c)

Hçnh 1.5- Lãûch xồõn: mä hçnh tảo thnh (a), mä hçnh khäng
gian (b) v sỉû sàõp xãúp ngun tỉí trong vng lãûch (c)
c-Lãch häùn håüp : Trong nhiãưu trỉåìng håüp mäüt lãûch cọ âàûc trỉng ca c lãûch biãn v lãûch
xồõn gi l lãûch häùn håüp.

Hçnh 1.6- Cạch xạc âënh vectå trỉåüt (Burgers)
a) Trong tinh thãø han chènh
b) trong lãûch âỉåìng
c) Trong lãûch xồõn
3-Sai lãûch màût : Sai lãûch màût l cạc sai lãûch cọ kêch thỉọc låïn theo hai chiãưu âo v nh
theo chiãưu âo thỉï ba. Gäưm cọ cạc loải : biãn giåïi hảt, biãn giåïi siãu hảt, màût ngoi tinh thãø
...

9


a-Biãn giåïi hảt : l vng tiãúp giạp giỉỵa cạc hảt trong âa tinh thãø. Cạc ngun tỉí åí
vng biãn giåïi hảt khäng sàõp xãúp theo tráût tỉû mảng v cọ thãø coi nhỉ vng cáúu trục vä âënh

hçnh. Chiãưu dy biãn giåïi hảt phủ thüc vo âäü sảch cụa váût liãûu, cọ thãø âảt hng tràm
thäng säú mảng. Kim loải cng tinh khiãút chiãưu dy biãn gåïi hảt cng mng.
b-Biãn giåïi siãu hảt : Siãu hảt (bläúc) l nhỉỵng vng tinh thãø nh (kêch thỉåïc trung
bçnh cåỵ 102 - 104 nm, våïi cáúu trục tinh thãø khạ hon chènh, âënh hỉåïng lãûch nhau mäüt gọc
nh, ngàn cạch bàòng biãn giåïi siãu hảt. Biãn giåïi siãu hảt thỉûc cháút l nhỉỵng tỉåìng lãûch,
tảo nãn do nhỉỵng lãûch cng dáúu tỉång tạc láùn nhau khi chụng trỉåüt trãn nhỉỵng màût trỉåüt
song song v giỉỵ nhau åí vë trê cán bàòng. Hai siãu hảt lán cáûn âënh hỉåïng lãûch nhau mäüt gọc
b
b
bàòng : θ = θ = .
D
D
D - khong cạch trung bçnh giỉỵa cạc lãûch biãn cng dáúu trãn trỉåìng lãûch.
b - vẹc tå trỉåüt (Bure).
Biãn giåïi cạc siãu hảt thỉåìng xút hiãûn trong qụa trçnh kãút tinh lải, cọ tạc dủng cn
tråí trỉåüt v tỉång tạc våïi cạc loải sai lãûch âiãøm khạc nãn cng âọng vai tr trong tênh do
ca váût liãûu.
c-Sai lãûch xãúp : Sai lãûch xãúp (cn gi l khuút táût xãúp) l sỉû phạ våỵ tráût tỉû xãúp
chàût ca tinh thãø. Gi sỉí mảng A1 cọ tráût tỉû sàõp xãúp l ABCABCABC, vç l do no âọ, tráût
tỉû âọ bë phạ våỵ, chàóng hản thỉìa mäüt låïp xãúp chàût âãø cọ sai lãûch xãúp thỉìa ABACA...Nãúu
trong tráût tỉû xãúp thiãúu mäüt låïp s tảo sai lãûch xãúp thiãúu ABCABABC...
Sai lãûch xãúp âàûc trỉng bàòng nàng lỉåüng γ SLX gi l nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp. ÅÍ
âiãưu kiãûn cán bàòng âäü räüng ca sai lãûch xãúp l :
r r
G (b 2 b3 )
do =
2πγ SLX
Trong âọ :

G - mä âun trỉåüt

uur ur
b2 b3 - vẹc tå trỉåüt ca cạc lãûch khäng hon chènh giåïi hản SLX

γ SLX - nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp.
Sai lãûch xãúp cọ vai tr ráút låïn trong lénh vỉûc họa bãưn váût liãûu, âáy l mäüt trong
nhỉỵng phỉång hỉåïng quan trng náng cao âäü bãưn l håüp kim họa, lm tàng âäü räüng do, lm
gim γ SLX , tỉïc l tàng cn tråí chuøn âäüng ca lãûch bàòng sai lãûch xãúp.
d-Cáúu trục màût ngoi tinh thãø : Màût ngoi tinh thãø cọ hçnh thại täưn tải khạc so våïi
nhỉỵng màût phàóng tinh thãø åí bãn trong. Cọ thãø hçnh dung dãù dng ràòng âäúi våïi cạc ngun
tỉí åí màût ngoi (màût giåïi hản tinh thãø) khäng cọ â säú sàõp xãúp nhỉ ngun tỉí bãn trong. Vç
váûy åí màût ngoi chụng khäng sàõp xãúp theo tráût tỉû quy âënh ca tinh thãø v tảo thnh vng
sai lãûch. Sỉïc càng bãư màût tinh thãø (nàng lỉåüng bãư màût) âàûc trỉng pháưn gia tàng nàng lỉåüng
tỉû do âãø giỉỵ cạc ngun tỉí bãư màût åí trảng thại äøn âënh. Do âàûc âiãøm cáúu trục sai lãûch cho
nãn låïp màût ngoi tinh thãø cng cọ nhỉỵng tỉång tạc âàûc biãût våïi cạc sai lãûch khạc.
4-Sai lãûch khäúi :
Nhỉỵng sai lãûch cọ kêch thỉåïc låïn theo ba chiãưu trong mảng tinh thãø gi l sai lãûch
khäúi. Sai lãûch khäúi v mä l nhỉỵng sai hng sinh ra khi náúu, âục håüp kim nhỉ räù co, táûp
trung xè, tảp cháút trong váût âục. Trãn khêa cảnh vi mä cọ thãø coi sai lãûch khäúi nhỉ cạc pha

10


thỉï hai täưn tải trãn nãưn håüp kim. Vê dủ nhỉ graphit trong gang, cạc pha thỉï hai tảo thnh
khi tiãút pha tỉì dung dëch ràõn. Cạc sai lãûch ny l cäú tảo ra âãø náng cao âäü bãưn, ci thiãûn
tênh cháút theo mún. Ty thüc vo cáúu trục, hçnh thại täưn tải, kêch thỉåïc m hiãûu qu
họa bãưn ca nhỉỵng pha thỉï hai ny khạc nhau.
1.3.2.Vai tr ca sai lãûch âäúi våïi tênh cháút :
Sỉû cọ màût ca sai lãûch trong mảng tinh thãø v tỉång tạc giỉỵa chụng nh hỉåíng âãún
tênh cháút ca váût liãûu. Âãø gii thêch tênh cháút cå hc (âäü bãưn, âäü cỉïng, tênh do...) phi dỉûa
vo l thuút bãưn trong âọ cạc mä hçnh cáúu trục vi mä âỉåüc ạp dủng âãø gii thêch kãút qu

thỉûc tãú. ÅÍ âáy ta xem xẹt sỉû tỉång tạc ca lãûch våïi nhau v nh hỉåíng ca chụng âãún cå
tênh ca váût liãûu.
1-Tỉång tạc giỉỵa cạc lãûch v khại niãûm họa bãưn :
Ta xẹt quạ trçnh trỉåüt khi biãún dảng do, täúc âäü biãún dảng do theo cäng thỉïc
Orowan ε = ρ .b.ν . (Trong âọ : ρ l máût âäü lãûch, b l trë säú vẹc tå Burgers, ν l täúc âäü
chuøn âäüng ca lãûch). Trong quạ trçnh biãún dảng s cọ hai hiãûu ỉïng ngỉåüc nhau xy ra
-Máût âäü lãûch tàng do cạc ngưn khạc nhau hoảt âäüng nhỉ biãn giåïi hảt, Frank Rit lm tàng täúc âäüü biãún dảng.
-Nhỉng khi tàng máût âäü lãûch tỉång tạc giỉỵa lãûch vọi nhau v våïi cạc sai lãûch khạc
tàng mảnh lm gim âạng kãø täúc âäü chuøn âäüng ca lãûch. Vç váûy mún duy trç täúc âäü biãún
dảng l khäng âäøi cáưn phi tàng ỉïng sút bãn ngoi thãm mäüt lỉåüng d σ . Âáy chênh l hiãûu
dσ
âàûc trỉng båíi gọc nghiãng âỉåìng
ỉïng họa bãưn biãún dảng. Hãû säú họa bãưn biãún dảng
dε
cong σ − ε trãn biãøu âäư thỉí kẹo váût liãûu.
Cå såí ca cạc phỉång phạp họa bãưn váût liãûu tinh thãø l lm gim täúc âäü chuøn
âäüng ca lãûch. Tỉång tạõc giỉỵa cạc lãûch xy ra nhåì trỉåìng ỉïng sút ân häưi ca chụng. Khi
mäüt lãûch trỉåüt gàûp cạc lãûch trong màût trỉåüt giao nhau khạc, trãn mäùi lãûch hçnh thnh mäüt
báûc lãûch. Báûc cn tråí chuøn âäüng lãûch hồûc khi cng chuøn âäüng våïi lãûch s sinh ra
khuút táût âiãøm hồûc cạc vng lãûch åí phêa sau nọ gáy ra họa bãưn (hçnh 1.41 Lã )
2-Tỉång tạc giỉỵa lãûch v sai lãûch âiãøm :
Kãút qu tỉång tạc giỉỵa lãûch v sai lãûch âiãøm lm cho cạc nguún tỉí tảp cháút (hay
nụt träúng) têch tủ xung quanh âỉåìng lãûch, tảo ra nhỉỵng âạm máy ngun tỉí tảp cháút (khê
quøn Cätren, Snuk, Suzuki...). Âãø chuøn âäüng lãûch cáưn phi bäø sung thãm nàng lỉåüng tỉì
bãn ngoi (d σ ) nhàòm gii thoạt khi nhỉỵng âạm máy âọ.
Trong cạc håüp kim täưn tải åí dảng dung dëch ràõn (thay thãú, xen k) cạc ngun tỉí
håüp kim cọ thãø coi nhỉ nhỉỵng sai lãûch âiãøm cäú , hiãûu qu họa bãưn s tàng lãn ráút
nhiãưu.Ngun täú håü kim lm thay âäøi âäü räüng ca sai lãûch xãúp, âáy l mäüt trong cạc
chỉåïng ngải ráút mảnh cn tråí chuøn âäüng ca lãûch. Trong cạc kiãøu mảng A1, A3 khi håüp
kim họa s lm gim nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp, tỉïc l tàng âäü räüng ca nọ, do váûy lm

tàng hiãûu qu họa bãưn. Âọ chênh l họa bãưn bàòng dung dëch ràõn.
3-Tỉång tạc lãûch v biãn giåïi hảt :
Khi trong hảt cọ mäüt ngưn Frank - Rit hoảt âäüng s cọ vä säú lãûch trỉåüt cho âãún
khi dỉìng lải cảnh biãn giåïi hảt, tảo ra mäüt táûp håüp cọ n lãûch (hçnh 1.45 Lã). Táûp håüp ny s
tảo ra trỉåìng ỉïng sút ân häưi vỉìa tạc dủng ngỉåüc lải, phong ta ngưn lãûch åí trong hảt,

11


vỉìa kêch thêch ngưn åí cạc hảt lán cáûn hoảt âäüng trong quạ trçnh biãún dảng. Biãn giåïi hảt
cn tråí chuøn âäüng ca lãûch l do :
-Tải biãn giåïi cọ cáúu trục khäng tráût tỉû
-Hai hảt âa tinh thãø liãưn nhau cọ âënh hỉåïng khạc nhau vç váûy lãûch ráút khọ thay
âäøi âäüt biãún màût trỉåüt khi vỉåüt qua biãn giåïi hảt. Vç váûy lãûch chè cọ thãø chuøn âäüng tỉû do
trong hảt. Kêch thỉåïc hảt cng nh, qung âỉåìng chuøn âäüng tỉû do cng ngàõn, do âọ hiãûu
qu họa bãưn cng cao. Âọ chênh l sỉû họa bãưn bàòng biãn giåïi hảt.
4-Tỉång tạc giỉỵa lãûch v pha thỉï hai :
Pha thỉï hai tảo ra trong håüp kim do quạ trçnh chuøn biãún pha cng cọ thãø xem l
dảng sai lãûch cäú . Ty theo vo bn cháút, näưng âäü, kêch thỉåïc ca pha thỉï hai, hiãûu qu
họa bãưn ca chụng cng khạc nhau.
a-Pha thỉï hai khäng liãưn mảng, cỉïng hån nãưn : Mún vỉåüt qua loải chỉåïng ngải
2GB
, trong âọ L l khong cạch
ny ỉïng sút tiãúp tạc dủng lãn lãûch phi âảt giạ trë: τ =
L
trung bçnh giỉỵa cạc pháưn tỉí pha thỉï hai. Sau khi vỉåüt qua lãûch âãø lải vng lãûch dỉ xung
quanh pha thỉï hai.
b-Pha thỉï hai liãưn mảng, mãưm hån nãưn : Trỉåìng håüp ny lãûch s càõt pha thỉï hai
bàòng cạch âi xun qua nọ âãø tảo ra sai lãûch xãúp åí hai mẹp .Vç váûy sau mäùi láưn lãûch vỉåüt
qua sỉïc cn ca pha thỉï hai tàng thãm do cạc vng lãûch dỉ hồûc sai lãûch xãúp. Âọ l quạ

trçnh họa bãưn bàòng pha thỉï hai (cn gi l họa bãưn cáúu trục).
5-Têch tủ lãûch v phạ hy :
Khi lãûch bë hm lải bãn chỉåïng ngải, chụng s têch tủ dáưn, lm tàng ỉïng sút củc
bäü cho âãún khi âảt giạ trë cao hån giåïi hản bãưn ca mảng, liãn kãút bë phạ våỵ, vãút nỉït âáưu
tiãn s xút hiãûn. Cạc lãûch tiãúp theo trỉåüt âãún v gii thoạt trãn bãư màût vãút nỉït tãú vi lm nọ
låïn dáưn lãn v tråí thnh vãút nỉït vi mä. Lục ny s xy ra phạ hy.
1.3.3.Âån tinh thãø v âa tinh thãø :
1-Âån tinh thãø : Nãúu váût tinh thãø cọ mảng thäúng nháút v phỉång khäng thay âäøi trong
ton bäü thãø têch gi l âån tinh thãø. Âãø dãù hçnh dung ta láúy mäüt ä cå såí (khäúi cå såí) tënh
tiãún nọ theo ba trủc ta âäü våïi nhỉỵng âoản bàòng chu k tưn hon mảng s âỉåüc âån tinh
thãø.
Âãø cọ âỉåüc âån tinh thãø kim loải ta phi ạp dủng cäng nghãû âàûc biãût ni âån tinh
thãø. Cọ hai phỉång phạp : Zäcranxki v phỉång phạp flux (thnh pháưn khạc nhau). Tênh
cháút âiãøn hçnh ca âån tinh thãø l tênh dë hỉåïng do theo cạc phỉång khạc nhau cọ máût âäü
ngun tỉí khạc nhau. Cäng dủng ca âån tinh thãø l sỉí dủng trong cäng nghiãûp bạn dáùn v
k thût âiãûn.
2-Âa tinh thãø : Âa tinh thãø gäưm ráút nhiãưu tinh thãø nh gi l hảt tinh thãø. Nhỉỵng hảt ny cọ
cng cáúu trục mảng nhỉng âënh hỉåïng ngáùu nhiãn nãn khạc nhau, liãn kãút våïi nhau bàòng
biãn giåïi hảt . Váût liãûu sỉí dủng ch úu l âa tinh thãø.
a-Âäü hảt ca âa tinh thãø : Tỉì khại niãûm nãu trãn ta tháúy cáúu trục ca âa tinh thãø
gäưm hai pháưn sau :
-Cạc hảt cọ âënh hỉåïng khạc nhau.
-Biãn giåïi hảt cọ cáúu trục khäng tráût tỉû liãn kãút cạc hảt våïi nhau

12


Hỗnh 1.7 -Mọ hỗnh õồn tinh thóứ vaỡ õa tinh thóứ
a) ồn tinh thóứ
b) a tinh thóứ

c) Aớnh tóỳ vi mỏựu õa tinh thóứ sau tỏứm thổỷc

Hỗnh 1.8- Aớnh cỏỳp haỷt chuỏứn ổùng vồùi õọỹ phoùng õaỷi 100 lỏửn.
Tổỡ õoù ta thỏỳy rũng caùc haỷt tinh thóứ khọng bao giồỡ coù kờch thổồùc giọỳng nhau nón

13


phaới õổa ra khaùi nióỷm õọỹ haỷt. Coù thóứ xaùc õởnh õọỹ haỷt theo ba caùch sau :
+Xaùc õởnh tióỳt dióỷn ngang S cuớa caùc haỷt (phổồng phaùp naỡy khoù laỡm)
+o õổồỡng kờnh (chióửu ngang) trung bỗnh cuớa caùc haỷt (ờt duỡng)
+So saùnh sọỳ lổồỹng haỷt coù trong mọỹt õồn vở dióỷn tờch vồùi õọỹ phoùng õaỷi 100 lỏửn vồùi
baớn mỏựu coù sụn. ỏy laỡ phổồng phaùp phọứ bióỳn nhỏỳt. Sau õoù xóỳp vaỡo baớng cỏỳp haỷt. Baớng
cỏỳp haỷt gọửm 16 cỏỳp tổỡ -2 õóỳn 14, thọng duỷng nhỏỳt laỡ tổỡ cỏỳp 1 õóỳn cỏỳp 8, sọỳ caỡng lồùn haỷt
caỡng nhoớ.
b-Tờnh õúng hổồùng cuớa õa tinh thóứ : Do sổỷ phỏn bọỳ ngỏựu nhión cuớa caùc haỷt trong õa tinh
thóứ, phổồng maỷng cuớa chuùng sừp xóỳp mọỹt caùch bỏỳt kyỡ nón tờnh dở hổồùng khọng coỡn thóứ hióỷn
nổợa. Do vỏỷy õa tinh thóứ coù tờnh õúng hổồùng giaớ. Sồớ dộ goỹi laỡ õúng hổồùng giaớ vỗ trong tổỡng
phỏửn nhoớ cuớa õa tinh thóứ (haỷt) vỏựn thóứ hióỷn tờnh dở hổồùng.

14


CHỈÅNG 2 :

GIN ÂÄƯ PHA

2.1.CẠC KHẠI NIÃÛM CÅ BN :
2.1.1.Pha, hãû, cáúu tỉí, hãû cán bàòng:
1 - Cáúu tỉí : l cạc ngun täú (hay håüp cháút họa hc bãưn vỉỵng) cáúu tảo nãn váût liãûu. Chụng

l cạc thnh pháưn âäüc láûp.
2 - Hãû (âäi khi cn gi l hãû thäúng) l mäüt táûp håüp váût thãø riãng biãût ca váût liãûu trong âiãưu
kiãûn xạc âënh hay l mäüt loảt håüp kim khạc nhau våïi cạc cáúu tỉí giäúng nhau.
3- Pha : l täø pháưn âäưng nháút ca hãû (håüp kim) cọ cáúu trục v cạc tênh cháút cå, l, họa hc
xạc âënh, giỉỵa cạc pha cọ bãư màût phán cạch.
Vê dủ : - Ta cọ mäüt hãû gäưm nỉåïc âạ v nỉåïc. Hãû ny chè cọ mäüt cáúu tỉí âọ l håüp cháút H2O
nhỉng cọ hai pha : ràõn (nỉåïc âạ), lng (nỉåïc)
- Mäüt chi tiãút bàòng la täng mäüt pha : Hãû ny cọ hai cáúu tỉí l Cu v Zn nhỉng chè cọ
mäüt pha α (dung dëch ràõn ca hai cáúu tỉí trãn).
4 -Hãû cán bàòng (äøn âënh) : Hãû åí trảng thại cán bàòng khi cạc pha ca nọ âãưu cọ nàng lỉåüng
tỉû do nh nháút trong cạc âiãưu kiãûn vãư nhiãût âäü, ạp sút v thnh pháưn xạc âënh. Tỉïc l cạc
âàûc tênh ca hãû khäng biãún âäøi theo thåìi gian. Thäng thỉåìng hãû våïi cạc pha åí trảng thại
cán bàòng bao giåì cng cọ âäü bãưn, âäü cỉïng tháúp nháút, khäng cọ ỉïng sút bãn trong, xä lãûch
mảng tinh thãø tháúp nháút v âỉåüc hçnh thnh våïi täúc âäü ngüi cháûm. Hãû cán bàòng cọ tênh
cháút thûn nghëch.
5- Hãû khäng cán bàòng (khäng äøn âënh) : Khi thay âäøi nhiãût âäü v ạp sút lm tàng nàng
lỉåüng tỉû do v hãû tråí nãn trảng thại khäg cán bàòng. Lục ny hãû cọ thãø chuøn biãún sang
trảng thại cán bàòng måïi cọ nàng lỉåüng tỉû do nh hån. Nọi chung trảng thại khäng cán bàòng
l khäng äøn âënh, ln cọ xu hỉåïng tỉû biãún âäøi sang trảng thại cán bàòng, äøn âënh. Trong
thỉûc tãú mäüt säú trảng thại khäng cán bàòng váùn täưn tải láu di, do åí nhiãût âäü thỉåìng chuøn
biãún xy ra ráút cháûm háưu nhỉ khäng nhçn tháúy âỉåüc. Trảng thại khäng cán bàòng thỉåìng cọ
âäü bãưn, âäü cỉïng cao hån nãn âỉåüc sỉí dủng khạ nhiãưu trong thỉûc tãú (täø chỉïc mactenxit sau
khi täi). Trảng thại khäng cán bàòng âỉåüc hçnh thnh våïi täúc âäü ngüi nhanh.
6-Hãû gi äøn âënh : Trảng thại gi äøn âënh täưn tải khi trảng thại cán bàòng (äøn âënh) tuût
âäúi chè täưn tải trãn l thuút, tỉïc l phi nung nọng hay lm ngüi vä cng cháûm m trong
thỉûc tãú ráút khọ xy ra. Váûy gi äøn âënh thỉûc cháút l khäng äøn âënh nhỉng thỉûc tãú lải täưn tải
mäüt cạch äøn âënh ngay c khi nung nọng hay lm ngüi trong mäüt phảm vi no âọ.
2.1.2.Quy tàõc pha v cäng dủng :
Trảng thại cán bàòng ca hãû âỉåüc xạc âënh båíi cạc úu täú bãn trong (thnh pháưn
họa hc) v cạc úu täú bãn ngoi ( nhiãût âäü v ạp sút). Tuy nhiãn cạc úu täú ny phủ thüc

láùn nhau. Báûc tỉû do l säú lỉåüng cạc úu täú âäüc láûp cọ thãø thay âäøi âỉåüc trong phảm vi nháút
âënh m khäng lm thay âäøi säú pha ca nọ (k hiãûu F -freedom).
Quy tàõc pha xạc âënh mäúi quan hãû giỉỵa säú pha P (phase), báûc tỉû do F v säú cáúu tỉí C
(component). Ta cọ :
F = C - P + 2.
Nhỉng do viãûc nghiãn cỉïu váût liãûu tiãún hnh trong khê quøn, cọ ạp sút khäng âäøi nãn
säú úu täú bãn ngoi chè cn mäüt l nhiãût âäü. Vç váûy cäng thỉïc ca nọ l :
15


F=C-P+1
Cáưn lỉu ràòng báûc tỉû do l nhỉỵng säú ngun v khäng ám, säú pha cỉûc âải ca mäüt hã
chè cọ thãø låïn hån säú cáúu tỉí ca nọ mäüt âån vë (PMAX = C + 1), nọ giụp cho viãûc xạc âënh
säú pha ca mäüt hãû håüp kim dãù dng. Vê dủ :
- Khi F = 1 tỉïc la ìchè cọ mäüt úu täú cọ thãø thay âäøi âỉåüc (nhiãût âäü hay thnh pháưn),
lục ny säú pha bàòng säú cáúu tỉí.
- Khi F = 2 cọ hai úu täú thay âäøi âỉåüc cng mäüt lục, säú pha bàòng säú cáúu tỉí trỉì âi 1.
2.2.DUNG DËCH RÀÕN V CẠC PHA TRUNG GIAN :
2.2.1.Khại niãûm v phán loải dung dëch ràõn :
1-Khại niãûm :
Cng giäúng nhỉ dung dëch lng, trong dung dëch ràõn ta khäng phán biãût âỉåüc mäüt
cạch cå hc cạc ngun tỉí ca cạc cáúu tỉí, cạc ngun tỉí ca chụng phán bäú xen vo nhau
trong mảng tinh thãø. Cáúu tỉí no cọ säú lỉåüng nhiãưu hån, váùn giỉỵ âỉåüc kiãøu mảng ca mçnh
gi l dung mäi. Cạc cáúu tỉí cn lải gi l cháút ha tan. Dung dëch ràõn l pha âäng nháút cọ
cáúu trục mảng tinh thãø ca cáúu tỉí dung mäi nhỉng thnh pháưn ca nọ cọ thãø thay âäøi trong
mäüt phảm vi nháút âënh m khäng lm máút âi sỉû âäưng nháút âọ. K hiãûu ca dung dëch ràõn l
A(B).
Dung dëch ràõn âỉåüc chia ra lm hai loải : dung dëch ràõn thay thãú v dung dëch ràõn
xen k.

Hçnh 2.1 -Häùn håüp cå hc (a) v dung dëch ràõn (b)
2-Dung dëch ràõn thay thãú :
l loải dung dëch ràõn m trong âọ ngun tỉí ca cáúu tỉí ha tan thay thãú vo vë trê
trãn nụt mảng ca cáúu tỉí dung mäi (ngun täú ch).
Nhỉ váûy kiãøu mảng v säú ngun tỉí trong khäúi cå såí âụng nhỉ ca cáúu tỉí dung mäi. Tuy
nhiãn sỉû thay thãú ny êt nhiãưu âãưu gáy ra sỉû xä lãûch mảng, vç khäng thãø cọ hai lai ngun
tỉí cọ kêch thỉåïc hon ton giäúng nhau. Do váûy sỉû thay thãú chè xy ra våïi cạc cáúu tỉí cọ kêch
thỉåïc ngun tỉí khạc nhau êt (våïi kim loải sỉû sai khạc ny khäng quạ 15%). Ty thüc vo
mỉïc âäü ha tan ngỉåìi ta cn chia ra dung dëch ràõn ha tan vä hản v cọ hản.

16


Hỗnh 2.2 -Sồ õọử taỷo thaỡnh dung dởch rừn thay thóỳ vaỡ xen keợ
a - Dung dởch rừn thay thóỳ hoỡa tan vọ haỷn :
Laỡ dung dởch rừn maỡ trong õoù nọửng õọỹ cuớa chỏỳt hoỡa tan coù thóứ bióỳn õọứi lión tuỷc,
tổùc laỡ vồùi nọửng õọỹ bỏỳt kyỡ.
Trong loaỷi dung dởch rừn naỡy khọng thóứ phỏn bióỷt õổồỹc cỏỳu tổớ naỡo laỡ dung mọi, cỏỳu tổớ
naỡo laỡ chỏỳt hoỡa tan, cỏỳu tổớ naỡo coù lổồỹng chổùa nhióửu nhỏỳt laỡ dung mọi, caùc cỏỳu tổớ coỡn laỷi laỡ
chỏỳt hoỡa tan. Vờ duỷ ta coù dung dởch rừn cuớa cỏỳu tổớ A vaỡ B thỗ nọửng õọỹ A bióỳn õọứi tổỡ
0 ữ 100%, nọửng õọỹ B bióỳn õọứi tổỡ 100% ữ 0.
ióửu kióỷn õóứ hai cỏỳu tổớ hoỡa tan vọ haỷn vaỡo nhau :
* Coù cuỡng kióứu maỷng tinh thóứ
* ổồỡng kờnh nguyón tổớ khaùc nhau ờt, nhoớ hồn 8%. Nóỳu sai khaùc nhau nhióửu tổỡ
8 ữ 15% chố coù thóứ hoỡa tan coù haỷn, lồùn hồn 15% khọng thóứ hoỡa tan vaỡo nhau
* Nọửng õọỹ õióỷn tổớ khọng vổồỹt quaù mọỹt giaù trở xaùc õởnh vồùi mọựi loaỷi dung dởch rừn
(sọỳ lổồỹng õióỷn tổớ hoùa trở tờnh cho mọỹt nguyón tổớ), tổùc laỡ caùc nguyón tọỳ phaới coù cuỡng hoùa trở.

17

Hỗnh 2.3 -Sồ õọử taỷo thaỡmh dung dởch rừn thay thóỳ hoaỡ tan vọ haỷn
* Caùc tờnh chỏỳt vỏỷt lyù vaỡ hoùa hoỹc gỏửn giọỳng nhau (cỏỳu taỷo lồùp voớ õióỷn tổớ, tờnh ỏm õióỷn,
nhióỷt õọỹ chaớy...)
Noùi chung caùc nguyón tọỳ cuỡng trong mọỹt nhoùm cuớa baớng hóỷ thọỳng tuỏửn hoaỡn thoớa
maợn õióửu kióỷn naỡy. Caùc cỷp nguyón tọỳ hỗnh thaỡnh dung dởch rừn vọ haỷn chố coù thóứ laỡ
nguyón tọỳ kim loaỷi. Cỏửn chuù yù rũng õỏy chố laỡ õióửu kióỷn cỏửn cuớa dung dởch rừn vọ haỷn.
b - Dung dởch rừn thay thóỳ hoỡa tan coù haỷn :
Laỡ dung dởch rừn maỡ trong õoù caùc cỏỳu tổớ chố hoỡa tan vaỡo nhau vồùi giaù trở nhỏỳt õởnh,
tổùc laỡ nọửng õọỹ cuớa chuùng bở giaùn õoaỷn.
Caùc cỷp cỏỳu tổớ khọng thoớa maợn bọỳn õióửu kióỷn trón seợ taỷo thaỡnh dung dởch rụn coù haỷn
c - Dung dởch rừn trỏỷt tổỷ vaỡ khọng trỏỷt tổỷ :
Nóỳu sổỷ phỏn bọỳ nguyón tổớ cuớa cỏỳu tổớ hoỡa tan trong maỷng dung mọi mọỹt caùch ngỏựu
nhión thỗ õổồỹc goỹi laỡ dung dởch rừn khọng trỏỷt tổỷ. Trong mọỹt sọỳ õióửu kióỷn naỡo õoù (nhióỷt õọỹ,
nọửng õọỹ) trong mọỹt sọỳ hóỷ caùc nguyón tổớ thay thóỳ coù tờnh quy luỏỷt vaỡ goỹi laỡ dung dởch rừn
trỏỷt tổỷ. Vờ duỷ trong hóỷ Au-Cu khi laỡm nguọỹi chỏỷm nguyón tổớ õọửng sừp xóỳp taỷi tỏm caùc mỷt
bón, coỡn nguyón tổớ vaỡng nũm ồớ caùc õốnh cuớa khọỳi cồ sồớ.
3-Dung dởch rừn xen keợ :
Laỡ loaỷi dung dởch rừn trong õoù nguyón tổớ hoỡa tan nũm xen giổợa caùc nguyón tổớ cuớa
kim loaỷi dung mọi, chuùng chui vaỡo lọự họứng trong maỷng dung mọi.Nhổ vỏỷy ta thỏỳy rũng soù
nguyón tổớ trong khọỳi cồ sồớ tng lón.
Do kờch thổồùc caùc lọự họứng trong maỷng tinh thóứ rỏỳt nhoớ nón caùc nguyón tổớ hoỡa tan
phaới coù kờch thổồùc rỏỳt nhoớ. où chờnh laỡ caùc nguyón tổớ C, N, H, B... vồùi dung mọi Fe.
ổồng nhión laỡ dung dởch rừn xen keợ chố coù loaỷi hoỡa tan coù haỷn.
4-Caùc õỷc tờnh cuớa dung dởch rừn :
a - Maỷng tinh thóứ cuớa dung dởch rừn laỡ kióứu maỷng cuớa kim loaỷi dung mọi, thổồỡng
coù caùc kióứu maỷng õồn giaớn vaỡ xờt chỷt. ỏy laỡ yóỳu tọỳ cồ baớn quyóỳt õởnh caùc tờnh chỏỳt cồ, lyù
hoùa ... Vóử cồ baớn noù vỏựn giổợ õổồỹc caùc tờnh chỏỳt cuớa kim loaỷi dung mọi. Tuy nhión vóử thọng
sọỳ maỷng luọn khaùc vồùi dung mọi :
- Trong dung dởch rừn xen keợ : thọng sọỳ maỷng dung dởch luọn lồùn hồn thọng sọỳ

maỷng dung mọi.
- Trong dung dởch rừn thay thóỳ : nóỳu õổồùng kờnh nguyón tổớ hoỡa tan lồùn hồn õổồỡng
kờnh nguyón tổớ dung mọi thỗ thọng sọỳ maỷng dung dởch lồùn hồn dung mọi. Nóỳu õổồỡng kờnh
nguyón tổớ hoỡa tan nhoớ hồn nguyón tổớ dung mọi thỗ thọng sọỳ maỷng dung dởch nhoớ hồn dung
mọi.

18


b - Lión kóỳt vỏựn laỡ lión kóỳt kim loaỷi. Do vỏỷy dung dởch rừn vỏựn giổợ õổồỹc tờnh deớo
giọỳng nhổ kim loaỷi nguyón chỏỳt, tuy coù keùm hồn (trổỡ hóỷ hồỹp kim Cu-Zn, vồùi 30%Zn hồỹp
kim naỡy coỡn deớo hồn caớ keợm)
c - Thaỡnh phỏửn hoùa hoỹc thay õọứi trong phaỷm vi nhỏỳt õởnh maỡ khọng laỡm thay õọứi
kióứu maỷng.
d - Tờnh chỏỳt bióỳn õọứi nhióửu : õọỹ deớo, õọỹ dai, hóỷ sọỳ nhióỷt õọỹ õióỷn trồớ giaớm, õióỷn trồớ,
õọỹ bóửn, õọỹ cổùng tng lón...
Do caùc õỷc tờnh trón nón dung dởch rừn laỡ cồ sồớ cuớa caùc hồỹp kim kóỳt cỏỳu duỡng trong cồ khờ.
Trong caùc hồỹp kim naỡy pha cồ baớn laỡ dung dởch rừn, noù chióỳm xỏỳp xố 90%, coù trổồỡng hồỹp
õóỳn 100%.

Hỗnh 2.4 - Sổỷ xọ lóỷch maỷng trong dung dởch rừn
a) Trong dung dởch rừn xen keợ
b) Trong dung dởch thay thóỳ khi rht>rdm
c) Trong dung dởch thay thóỳ khi rh 2.2.2.Caùc pha trung gian :
Trong caùc hồỹp kim hỏửu nhổ khọng coù loaỷi hồỹp chỏỳt hoùa hoỹc hoùa trở thổồỡng. Caùc
hồỹp chỏỳt hoùa hoỹc tọửn taỷi trong hồỹp kim thổồỡng goỹi laỡ pha trung gian vỗ trón giaớn õọử pha noù
nũm ồớ vở trờ giổợa vaỡ trung gian caùc dung dởch rừn.
1-Khaùi nióỷm vaỡ phỏn loaỷi :
Caùc hồỹp chỏỳt hoùa hoỹc taỷo thaỡnh theo quy luỏỷt hoùa trở thổồỡng coù caùc õỷc õióứm sau :

* Coù maỷng tinh thóứ phổùc taỷp vaỡ khaùc hún maỷng nguyón tọỳ thaỡnh phỏửn
* Luọn luọn coù mọỹt tyớ lóỷ chờnh xaùc giổợa caùc nguyón tọỳ vaỡ õổồỹ bióứu dióựn bồới cọng
thổùc hoùa hoỹc nhỏỳt õởnh.
*Tờnh chỏỳt khaùc hún caùc nguyón tọỳ thaỡnh phỏửn, õọỹ cổùng cao, tờnh doỡn lồùn.
* Coù nhióỷt õọỹ noùng chaớy xaùc õởnh, khi hỗnh thaỡnh laỡ phaớn ổùng toớa nhióỷt.
Caùc pha trung gian trong hồỹp kim coù nhổợng õỷc õióứm khaùc vồùi hồỹp chỏỳt hoùa hoỹc
theo hoùa trở, õoù laỡ :
* Khọng tuỏn theo quy luỏỷt hoùa trở.
* Khọng coù thaỡnh phỏửn chờnh xaùc.
* Coù lión kóỳt kim loaỷi.

19


Cạc pha trung gian trong håp kim thỉåìng gàûp l : pha xen k, pha âiãûn tỉí, pha La ves, pha
σ ...
2-Pha xen k : L pha tảo nãn giỉỵa cạc kim loải chuøn tiãúp (Fe, Cr, Mo, W...) cọ âỉåìng
kênh ngun tỉí låïn våïi cạc ạ kim (H, B, N, C...) cọ âỉåìng kênh ngun tỉí bẹ. Kiãøu mảng
ca pha xen k âỉåüc xạc âënh theo quan hãû giỉỵa âỉåìng kênh ngun tỉí kim loải v ạ kim :
- Nãúu dA/dK < 0,59 thç pha xen k cọ cạc kiãøu mảng âån gin : tám khäúi, tám màût, sạu
phỉång xãúp chàût... Cạc ngun tỉí ạ kim xen k vo läù häøng trong mảng. Chụng cọ cäng
thỉïc âån gin nhỉ : K4A (Fe4N), K2A (W2C), KA (NbC, NbH, TiC), KA2 (Ti2H). Våïi K l
kim loải, A l ạ kim.
- Nãúu dA/dK > 0,59 pha xen k s cọ kiãøu mảng phỉïc tảp v cäng thỉïc phỉïc tảp
hån K3A (Mn3C), K7A3 (Cr7C3), K23A6 (Cr23C6).
Âàûc âiãøm ca pha xen k nọi chung l cọ nhiãût âäü chy ráút cao (thỉåìng > 30000C) v
cọ âäü cỉïng låïn (2000 ÷ 5000 HV), cọ tênh dn låïn. Chụng cọ vai tr ráút låïn trong viãûc
náng cao tênh chäúng mi mn v chëu nhiãût ca håüp kim.
3-Pha âiãûn tỉí (Hum-Rozãri)
L pha trung gian cọ cáúu tảo phỉïc tảp, tảo nãn båíi hai kim loải. Thnh pháưn ca

nọ nhỉ sau :
* Nhọm mäüt : gäưm cạc kim loải họa trë mäüt Cu, Ag, Au v kim loải chuøn tiãúp :
Fe, Ni, Co, Pt, Pd.
* Nhọm hai : cạc kim loải họa trë hai, ba, bäún :Be, Mg, Zn, Cd, Al, Si, Sn.
Näưng âäü âiãûn tỉí N cọ giạ trë xạc âënh l 3/2, 21/13 v 7/4 (21/14, 21/13, 21/12).
Mäùi giạ trë näưng âäü âiãûn tỉí ỉïng våïi mäüt kiãøu mảng tinh thãø. Vê dủ :
-N = 3/2 l pha β våïi kiãøu mảng láûp phỉång tám khäúi, hay láûp phỉång phỉïc tảp,
hay sạu phỉång (Cu5Sn, Cu5Si).
- N = 21/13 l pha γ våïi kiãøu mảng láûp phỉång phỉïc tảp (Cu31Sn8).
- N = 7/4 l pha ε våïi kiãøu mảng sạu phỉång xãúp chàût (AgCd3).
4-Pha Laves :
La pha tảo nãn båíi hai ngun täú (A, B), cọ t lãû âỉåìng kênh ngun tỉí dA/dB = 1,2
(t lãû ny cọ thãø biãún âäøi trong phảm vi 1,1 ÷ 1,6), cọ cäng thỉïc AB2, kiãøu mảng sạu
phỉång xãúp chàût (MgZn2) hay láûp phỉång tám màût (MgCu2).
Trong håüp kim cọ thãø cn gàûp cạc pha : σ , λ , δ , µ ... Tuy nhiãn cạc loải pha
ny êt phäø biãún. Mäüt âàûc tênh quan trng ca cạc pha trung gian l cỉïng v dn. Vç váûy
khäng bao giåì ngỉåìi ta dng håüp kim chè cọ mäüt pha l pha trung gian. T lãû ca chụng
trong cạc håüp kim thäng thỉåìng < 10% (cọ khi âãún 20 ÷ 30%), âáy l cạc pha cn trỉåüt
lm tàng âäü bãưn, âäü cỉïng.
2.2.3.Häùn håüp cå hc :
Khạ nhiãưu trỉåìng håüp, håüp kim cọ täø chỉïc hai hay nhiãưu pha : hai dung dëch ràõn,
dung dëch ràõn v håüp cháút họa hc... Cáúu tảo nhỉ váûy gi l häùn håüp cå hc. Trãn täø chỉïc
tãú vi ta phán biãût âỉåüc ráút r cạc pha khạc nhau trong häùn håüp cå hc. Hai trỉåìng håüp âiãøn
hçnh ca häùn håüp cå hc l cng tinh v cng têch.

20