Vật liệu kỷ thuật

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 thỗ cỏửn coù tờnh dỏựn õióỷn rỏứt
cao õóứ duỡng 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, caïc håüp kim, baïn 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 hỗnh
10,9%
2-Gang
11,3%
4-Hồỹp kim nhọm 4,2%

5-Caùc kim loaỷi maỡu khaùc 3,9%
6-Chỏỳt deớo
10,2%
7-Chỏỳt 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 nhàịm náng cao tuọứi thoỹ cuớa maùy moùc,
cọng trỗnh, haỷ giaù thaỡnh saớn 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 lổồỹng
kióỳn thổùc khaù lồùn vaỡ coù nhióửu mỷt. Vỗ vỏỷy 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 hỗnh cỏỳu taỷo nguyón tổớ :

Nguyón tổớ laỡ mọỹt hóỷ 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 bàịng âiãûn têch ca âiãûn tổớ, nồtron khọng
mang õióỷn. Trong traỷng thaùi bỗnh thổồỡng nguyón tổớ trung hoỡa õióỷn vỗ sọỳ lổồỹng prọton bũng
sọỳ lổồỹng âiãûn tỉí. Säú ny âỉåüc âàûc trỉng bàịng säú thỉï tỉû (Z) trong bng tưn hon
Menâãlãẹp. Khäúi lỉåüng ngun tỉí bũng khọỳi lổồỹng haỷt nhỏn cuớa noù vỗ khọỳi lổồỹng 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 hoùa hoỹc.
Xaùc suỏỳt tỗm thỏỳy õióỷn tổớ trón mọỹt quyợ âảo nạo âọ xung quanh hảt nhán âỉåüc xạc
âënh bàịng 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 bàịng 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... tæång æïng 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 bàịng 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 bàịng 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 tổớ nhổ sau :
1s2
2s22p6
3s23p63d10

4s2
(Coỡn goỹi laỡ cỏỳu hỗnh õióỷn tổớ)
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 nhỏn. Vờ duỷ caùc bon ồớ daỷng õa hỗnh kim cổồng coù lión kóỳt õọửng hoùa trở rỏỳt maỷnh
vỗ bọỳn 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 vỗ bọỳn õióỷn tổớ hoùa trở (trong sọỳ 50 õióỷn tỉí) nàịm 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 nàịm 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 loaỷi õióứn hỗnh. Caỡng õi vóử bón phaới cuớa 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


+

+
-

+

+

+

+

+

+
-

+
-

+

+
-

-

+

+

+
-

+

+

Hỗnh 1.1- Lión kóỳt kim loaỷi.

4-Lión kóỳt họựn hồỹp :
Lión 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 bàịng 0,9 cn Cl cọ tênh ám âiãûn bàịng 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 nàịm
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 hàịng 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 nàịm åí cạc âènh v åí trung tám
ca khäúi láûp phỉång . Nóỳu coi caùc nguyón tổớ laỡ hỗnh cỏửu vaỡ bióứu dióựn gỏửn nhổ thỏỷt thỗ caùc
nguyón tổớ nũm ồớ caùc õốnh cheùo nhau thỗ tióỳp xuùc vồùi 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 nàịm åí cạc âènh v tám ca cạc
màût bãn . Nãúu coi caùc nguyón tổớ laỡ hỗnh cỏửu vaỡ bióứu dióựn gỏửn nhổ thỏỷt thỗ nguyón tổớ nũm ồớ
õốnh vaỡ tỏm cuớa caùc mỷt bón thỗ tióỳp xuùc vồùi nhau .Caùc nguyón 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 nàịm åí cạc âènh v åí
tám hai mỷt õaùy cuớa hỗnh lng truỷ luỷc giaùc õóửu .Ba ngun tỉí nàịm 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 phæång tám khäúi (thãø tám) : Trong täø chæïc 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


Hỗnh 1.2- Mọ hỗnh vaỡ caùc sừp xóỳp nguyón tổớ 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 thóứ :
Caùc cỏỳu truùc trỗnh baỡy ồớ trón goỹi laỡ cỏỳu truùc cuớa tinh thóứ lyù tổồớng vỗ 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 trờ cỏn bũng cuớa mỗnh. Taỷi nhióỷt õọỹ xaùc õởnh, nàng lỉåüng dao âäüng ca

mäùi ngun tỉí tn theo l thuyãút thäúng kã Maïc 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 bàịng 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 hióỷn trổồỡng ổùng suỏỳt
hỗnh cỏửu (keùo xung quanh nuùt trọỳng v nẹn xung quanh ngun tỉí xen k). Näưng âäü nụt
träúng thỉûc tãú låïn hån nhiãưu so våïi ngun tỉí xen keợ vỗ nng lổồỹng taỷo nuùt trọỳng nhoớ hồn
nhióửu 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 : hàịng säú Bolzåman
-T : nhiãût âäü tuût âäúi.
Qua cäng thỉïc trãn ta tháúy ràịng 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 loaûi nguyãn cháút
tuyãût âäúi. Våïi cäng nghãû náúu luyãûn 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 tổớ taỷp chỏỳt luọn coù trổồỡng ổùng suỏỳt hỗnh cỏửu.
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 . ổồỡng AB daỡi haỡng nghỗn haỡng vaỷn thọng sọỳ maỷng gi l trủc
lãûch. AB l biãn giåïi phêa trong ca nỉía màût ABCD nãn gi l lãûch biãn. Nãúu nỉía màût
ngun tỉí nàịm phêa trãn gi l lãûch dỉång, k hiãûu ⊥, nàịm phêa dỉåïi gi l lãûch ám, k
hiãûu T.

7


Hỗnh 1.3 -Caùc daỷng sai lóỷch õióứm trong maỷng tinh thãø
a) Nụt träúng Frenkel; b) Nụt träúng Schottky
c,d) Ngun tỉí xen k v thay thãú
e,f) Sai lãûch âiãøm Schottky v Frenkel trong ion

Hỗnh 1.4- Mọ hỗnh taỷo lóỷch õổồỡng trong maûng tinh thãø
8


b-Lóỷch xoừn : ta coù thóứ hỗnh dung lóỷch xoừn nhỉ sau : càõt mảng tinh thãø l tỉåíng
bàịng 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 bàịng 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 lóỷch xoừn traùi, kyù hióỷu
.

A
B

D
C

a)

b)

c)

Hỗnh 1.5- Lóỷch xoừn: mọ hỗnh taỷo thaỡnh (a), mọ hỗnh khọng
gian (b) vaỡ sổỷ sừp xãúp ngun tỉí trong vng lãûch (c)
c-Lãch häùn håüp : Trong nhiãưu trỉåìng håüp mäüt lãûch cọ âàûc trỉng ca caớ lóỷch bión vaỡ lóỷch
xoừn goỹi laỡ lóỷch họựn hồỹp.

Hỗnh 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 coù thóứ coi nhổ vuỡng cỏỳu truùc vọ õởnh

hỗnh. Chióửu 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 vuỡng tinh thóứ nhoớ (kờch thổồùc trung
bỗnh cồợ 102 - 104 nm, våïi cáúu trục tinh thãø khạ hon chènh, âënh hỉåïng lãûch nhau mäüt gọc
nh, ngàn cạch bàịng 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 bàịng. Hai siãu hảt lán cáûn âënh hỉåïng lãûch nhau mäüt gọc
b
b
bàịng : θ = θ = .
D
D
D - khong cạch trung bỗnh giổợa caùc lóỷch bión cuỡng dỏỳu trón trổồỡng lóỷch.
b - vẹc tå trỉåüt (Bure).
Biãn giåïi cạc siãu hảt thỉåìng xuỏỳt hióỷn trong quùa trỗnh kóỳt tinh laỷi, coù taùc 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 trỏỷt tổỷ sừp xóỳp laỡ ABCABCABC, vỗ lyù do naỡo 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 bàịng nàng lỉåüng γ SLX gi l nàng lỉåüng ca sai lãûch xãúp. ÅÍ
âiãưu kiãûn cán bàịng 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 bàịng sai lãûch xãúp.
d-Cáúu trục màût ngoi tinh thãø : Màût ngoi tinh thãø coù hỗnh thaùi tọửn taỷi khaùc so vồùi
nhổợng mỷt phúng tinh thóứ ồớ bón trong. Coù thóứ hỗnh dung dóự dng ràịng âäúi våïi cạc ngun
tỉí åí màût ngoi (màût giåïi hản tinh thãø) khäng cọ â säú sàõp xãúp nhổ nguyón tổớ bón trong. Vỗ
vỏỷy ồớ mỷt ngoaỡi chuùng 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 truùc, hỗnh thaùi tọửn taỷi, kờch thổồùc maỡ hióỷu quaớ
hoùa 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 mọ hỗnh cỏỳu truùc vi mọ õổồỹc aùp duỷng õóứ 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 lóỷch vaỡ khaùi nióỷm hoùa bóửn :
Ta xeùt quaù trỗnh trỉåüt khi biãún dảng do, täúc âäü biãún dảng do theo cäng thỉïc
Orowan ε = ρ .b.ν . (Trong âọ : ρ laì máût âäü lãûch, b laì trë säú vẹc tå Burgers, ν l täúc âäü
chuøn âäüng ca lãûch). Trong quaù trỗnh bióỳn daỷng seợ coù hai hióỷu ổùng 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 chuyóứn õọỹng cuớa lóỷch. Vỗ vỏỷy muọỳn duy trỗ tọỳc 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 khaùc, trón mọựi lóỷch hỗnh thaỡnh mọỹt
bỏỷc lóỷch. 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 (hỗnh 1.41 Ló )
2-Tổồng taùc giổợa lóỷch vaỡ sai lóỷch 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 ) nhàịm 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 bàịng 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 tỏỷp hồỹp coù n lóỷch (hỗnh 1.45 Ló). Tỏỷp hồỹp 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 õọỹng trong quaù trỗnh bióỳn daỷng. Bión giồùi haỷt
caớn trồớ chuøn âäüng ca lãûch l do :
-Tải biãn giåïi cọ cáúu trục khäng tráût tỉû
-Hai hảt âa tinh thãø liãưn nhau coù õởnh hổồùng khaùc nhau vỗ vỏỷy lóỷch rỏỳt khọ thay
âäøi âäüt biãún màût trỉåüt khi vỉåüt qua biãn giồùi haỷt. Vỗ vỏỷy lóỷch chố coù thóứ chuyóứn õọỹng 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 bàịng biãn giåïi hảt.
4-Tỉång tạc giỉỵa lãûch v pha thỉï hai :
Pha thỉï hai tảo ra trong håüp kim do quạ trỗnh chuyóứn bióỳn pha cuợng coù thóứ xem laỡ
daỷng 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 lón lóỷch phaới õaỷt giaù trở: =
L
trung bỗnh giổợa 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
bàịng cạch âi xun qua nọ âãø tảo ra sai lãûch xãúp åí hai meùp .Vỗ vỏỷy sau mọựi lỏửn lóỷch vổồỹt
qua sổùc caớn ca pha thỉï hai tàng thãm do cạc vng lãûch dổ hoỷc sai lóỷch xóỳp. où laỡ quaù

trỗnh hoùa bóửn bàịng 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 laỡ õồn tinh thóứ. óứ dóự hỗnh dung ta lỏỳy mäüt ä cå såí (khäúi cå såí) tënh
tiãún nọ theo ba trủc ta âäü våïi nhỉỵng âoản bàịng 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 õióứn hỗnh cuớa õồn tinh thóứ laỡ tờnh dở hổồùng 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 gäöm ráút nhiãöu 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 bàịng
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 thãø
a) Âån tinh thãø
b) Âa tinh thãø

c) Aính tãú vi mỏựu õa tinh thóứ sau tỏứm thổỷc

Hỗnh 1.8- Aớnh cỏỳp hảt chøn ỉïng våïi âäü phọng âải 100 láưn.
Tỉì âọ ta tháúy ràịng cạc hảt tinh thãø khäng bao giåì cọ kêch thỉåïc giäúng nhau nãn

13


phi âỉa ra khại niãûm âäü hảt. Cọ thãø xạc âënh âäü hảt theo ba cạch sau :
+Xạc âënh tiãút diãûn ngang S ca cạc hảt (phỉång phạp ny khọ laỡm)
+o õổồỡng kờnh (chióửu ngang) trung bỗnh cuớa caùc haỷt (êt dng)
+So sạnh säú lỉåüng hảt cọ trong mäüt âån vë diãûn têch våïi âäü phọng âải 100 láưn våïi
bn máùu cọ sàơn. Âáy l phỉång phạp phäø biãún nháút. Sau âọ xãúp vo bng cáúp hảt. Bng
cáúp hảt gäưm 16 cáúp tỉì -2 âãún 14, thäng dủng nháút l tỉì cáúp 1 âãún cáúp 8, säú cng låïn hảt
cng nh.
b-Tênh âàóng hỉåïng ca âa tinh thãø : Do sỉû phán bäú ngáùu nhiãn ca cạc hảt trong âa tinh
thãø, phỉång mảng ca chụng sàõp xãúp mäüt cạch báút k nãn tênh dë hỉåïng khäng cn thãø hiãûn
nỉỵa. Do váûy âa tinh thãø cọ tênh âàóng hỉåïng gi. Såí dé goỹi laỡ õúng hổồùng giaớ vỗ trong tổỡng
phỏửn nhoớ cuớa âa tinh thãø (hảt) váùn thãø hiãûn tênh dë hỉåïng.

14


CHỈÅNG 2 :

GIN ÂÄƯ PHA

2.1.CẠC KHẠI NIÃÛM CÅ BN :
2.1.1.Pha, hãû, cáúu tỉí, hãû cán bàịng:
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 coìn goüi laì 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 bàịng 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 bàịng (äøn âënh) : Hãû åí trảng thại cán bàịng 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 bàịng 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 hỗnh thaỡnh vồùi tọỳc õọỹ nguọỹi chỏỷm. Hóỷ cỏn bũng cọ tênh
cháút thûn nghëch.
5- Hãû khäng cán bàịng (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 bàịng. Lục ny hãû cọ thãø chuøn biãún sang
trảng thại cán bàịng måïi cọ nàng lỉåüng tỉû do nh hån. Nọi chung trảng thại khäng cán bàịng
l khäng äøn âënh, ln cọ xu hỉåïng tỉû biãún âäøi sang trảng thại cán bàịng, äøn âënh. Trong
thỉûc tãú mäüt säú trảng thại khäng cán bàịng váùn täưn tải láu di, do åí nhiãût âäü thỉåìng chuøn
biãún xy ra ráút chỏỷm hỏửu nhổ khọng nhỗn thỏỳy õổồỹc. Traỷng thaùi khọng cán bàịng thỉåìng cọ
âäü bãưn, âäü cỉïng cao hån nãn âỉåüc sỉí dủng khạ nhiãưu trong thỉûc tãú (täø chỉïc mactenxit sau
khi tọi). Traỷng thaùi khọng cỏn bũng õổồỹc hỗnh thnh våïi täúc âäü ngüi nhanh.
6-Hãû gi äøn âënh : Trảng thại gi äøn âënh täưn tải khi trảng thại cán bàịng (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 bàịng 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 chố coỡn mọỹt laỡ nhióỷt õọỹ. Vỗ vỏỷy cọng thổùc ca nọ l :
15


F=C-P+1
Cáưn lỉu ràịng 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 bàịng säú cáúu tỉí.
- Khi F = 2 cọ hai úu täú thay âäøi âỉåüc cng mäüt lục, säú pha bàịng 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 giổợ õổồỹc kióứu maỷng cuớa mỗnh
goỹi laỡ dung mọi. Caùc 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 vaỡ dung dởch rừn
xen keợ.

Hỗnh 2.1 -Họựn hồỹp cồ hoỹc (a) vaì 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 lóỷch maỷng, vỗ khọng thóứ coù hai laoỹi nguyón
tổớ coù 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 thãú v xen k
a - Dung dëch ràõn thay thãú ha tan vä hản :
L dung dëch ràõn m trong âọ näưng âäü ca cháút ha tan cọ thãø biãún âäøi liãn tủc,
tỉïc l våïi näưng âäü báút k.
Trong loải dung dëch ràõn ny khäng thãø phán biãût âỉåüc cáúu tỉí no l dung mäi, cáúu tỉí
no l cháút ha tan, cáúu tỉí no cọ lỉåüng chỉïa nhiãưu nháút l dung mäi, cạc cáúu tỉí cn lải l
cháút ha tan. Vê dủ ta cọ dung dëch ràõn ca cáúu tỉí A vaỡ B thỗ nọửng õọỹ A bióỳn õọứi tổỡ
0 ÷ 100%, näưng âäü B biãún âäøi tỉì 100% ÷ 0.
Âiãưu kiãûn âãø hai cáúu tỉí ha tan vä hản vo nhau :
* Cọ cng kiãøu mảng tinh thãø
* Âỉåìng kênh ngun tỉí khạc nhau êt, nh hån 8%. Nãúu sai khạc nhau nhiãưu tỉì
8 ÷ 15% chè cọ thãø ha tan cọ hản, låïn hån 15% khäng thãø ha tan vo nhau
* Näưng âäü âiãûn tỉí khäng vỉåüt quạ mäüt giạ trë xạc âënh våïi mäùi loải dung dëch ràõn
(säú lỉåüng âiãûn tỉí họa trë tênh cho mäüt ngun tỉí), tỉïc l cạc ngun täú phi cọ cng họa trë.

17

Hỗnh 2.3 -Sồ õọử taỷo thaỡmh dung dởch rừn thay thãú ho tan vä hản
* Cạc tênh cháút váût l v họa hc gáưn giäúng nhau (cáúu tảo låïp v âiãûn tỉí, tênh ám âiãûn,
nhiãût âäü chy...)
Nọi chung cạc ngun täú cng trong mäüt nhọm ca bng hãû thäúng tưn hoaỡn thoớa
maợn õióửu kióỷn naỡy. Caùc cỷp nguyón tọỳ hỗnh thnh dung dëch ràõn vä hản chè cọ thãø l
ngun täú kim loải. Cáưn chụ ràịng âáy chè l âiãưu kiãûn cáưn ca dung dëch ràõn vä hản.
b - Dung dëch ràõn thay thãú ha tan cọ hản :
L dung dëch ràõn m trong âọ cạc cáúu tỉí chè ha tan vo nhau våïi giạ trë nháút âënh,
tỉïc l näưng âäü ca chụng bë giạn âoản.
Cạc càûp cáúu tỉí khäng tha mn bäún âiãưu kiãûn trãn s tảo thnh dung dëch ràơn cọ hản
c - Dung dëch ràõn tráût tỉû v khäng tráût tỉû :
Nãúu sỉû phán bäú ngun tỉí ca cáúu tỉí ha tan trong mảng dung mäi mọỹt caùch ngỏựu
nhión thỗ õổồỹc goỹi laỡ dung dởch rừn khäng tráût tỉû. Trong mäüt säú âiãưu kiãûn no âọ (nhiãût âäü,
näưng âäü) trong mäüt säú hãû cạc ngun tỉí thay thãú cọ tênh quy lût v gi l dung dëch ràõn
tráût tỉû. Vê dủ trong hãû Au-Cu khi lm ngüi cháûm ngun tỉí âäưng sàõp xãúp tải tám cạc màût
bãn, cn ngun tỉí vng nàịm åí cạc âènh ca khäúi cå såí.
3-Dung dëch ràõn xen k :
L loải dung dëch ràõn trong âọ ngun tỉí ha tan nàịm xen giỉỵa cạc ngun tỉí ca
kim loải dung mäi, chụng chui vo läù häøng trong mảng dung mäi.Nhỉ váûy ta tháúy ràịng sọ
ngun tỉí trong khäúi cå såí tàng lãn.
Do kêch thỉåïc cạc läù häøng trong mảng tinh thãø ráút nh nãn cạc ngun tỉí ha tan
phi cọ kêch thỉåïc ráút nh. Âọ chênh l cạc ngun tỉí C, N, H, B... våïi dung mäi Fe.
Âỉång nhiãn l dung dëch ràõn xen k chè cọ loải ha tan cọ hản.
4-Cạc âàûc tênh ca dung dëch ràõn :
a - Mảng tinh thãø ca dung dëch ràõn l kiãøu mảng ca kim loải dung mäi, thỉåìng
cọ cạc kiãøu mảng âån gin v xêt chàût. Âáy l úu täú cå bn quút âënh cạc tênh cháút cå, l
họa ... Vãư cå bn nọ váùn giỉỵ âỉåüc cạc tênh cháút ca kim loải dung mäi. Tuy nhiãn vãư thäng
säú mảng ln khạc våïi dung mäi :
- Trong dung dëch ràõn xen k : thäng säú maûng dung dëch luän låïn hån thäng säú

maûng dung mäi.
- Trong dung dëch ràõn thay thãú : nãúu âæåïng kênh ngun tỉí ha tan låïn hån âỉåìng
kênh ngun tỉí dung mọi thỗ thọng sọỳ maỷng dung dởch lồùn hồn dung mäi. Nãúu âỉåìng kênh
ngun tỉí ha tan nh hån ngun tổớ dung mọi thỗ thọng sọỳ maỷng dung dởch nhoớ hån dung
mäi.

18


b - Liãn kãút váùn l liãn kãút kim loải. Do váûy dung dëch ràõn váùn giỉỵ âỉåüc tênh do
giäúng nhỉ kim loải ngun cháút, tuy cọ kẹm hån (trỉì hãû håüp kim Cu-Zn, våïi 30%Zn håüp
kim ny cn do hån c km)
c - Thnh pháưn họa hc thay âäøi trong phảm vi nháút âënh m khäng lm thay âäøi
kiãøu mảng.
d - Tênh cháút biãún âäøi nhiãưu : âäü do, âäü dai, hãû säú nhiãût âäü âiãûn tråí giaím, âiãûn tråí,
âäü bãưn, âäü cỉïng tàng lãn...
Do cạc âàûc tênh trãn nãn dung dëch ràõn l cå såí ca cạc håüp kim kãút cáúu dng trong cå khê.
Trong cạc håüp kim ny pha cå bn l dung dëch ràõn, nọ chiãúm xỏỳp xố 90%, coù trổồỡng hồỹp
õóỳn 100%.

Hỗnh 2.4 - Sổỷ xä lãûch maûng trong dung dëch ràõn
a) Trong dung dëch ràõn xen k
b) Trong dung dëch thay thãú khi rht>rdm
c) Trong dung dëch thay thãú khi rh 2.2.2.Caïc pha trung gian :
Trong cạc håüp kim háưu nhỉ khäng cọ loải håüp cháút họa hc họa trë thỉåìng. Cạc
håüp cháút họa hc täưn tải trong håüp kim thỉåìng gi l pha trung gian vỗ trón giaớn õọử pha noù
nũm ồớ vở trê giỉỵa v trung gian cạc dung dëch ràõn.
1-Khại niãûm v phán loải :
Cạc håüp cháút họa hc tảo thnh theo quy lût họa trë thỉåìng cọ cạc âàûc âiãøm sau :

* Cọ mảng tinh thãø phỉïc tảp v khạc hàón mảng ngun täú thnh pháưn
* Ln ln cọ mäüt t lãû chênh xạc giỉỵa cạc ngun täú v âỉåü biãøu diãùn båíi cäng
thỉïc họa hc nháút âënh.
*Tênh cháút khạc hàón cạc ngun täú thnh pháưn, âäü cỉïng cao, tênh dn låïn.
* Cọ nhiãût âäü nọng chy xạc âënh, khi hỗnh thaỡnh laỡ phaớn ổùng toớa nhióỷt.
Caùc pha trung gian trong håüp kim cọ nhỉỵng âàûc âiãøm khạc våïi håüp cháút họa hc
theo họa trë, âọ l :
* Khäng tn theo quy lût họa trë.
* Khäng cọ thnh pháưn chênh xạc.
* Cọ liãn kãút kim loải.

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 :
- Nóỳu dA/dK < 0,59 thỗ pha xen keợ coù caùc 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 chuyãøn tiãúp :
Fe, Ni, Co, Pt, Pd.
* Nhoïm 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 laỡ cổùng vaỡ doỡn. Vỗ vỏỷy
khọng bao giồỡ ngổồỡi 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 õióứn
hỗnh cuớa họựn hồỹp cồ hoỹc laỡ cuỡng tinh vaỡ cuìng têch.

20