1.1.4. Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguyên chất :

1- Các khái niệm cơ bản

a-Mặt tinh thể : trong kim loại các nguyên tử sắp xếp có trật tự , tức là chúng đều nằm trên những mặt phẳng song song và cách đều nhau gọi là mặt tinh thể .Tập hợp vô số các mặt như vậy tạo nên mạng tinh thể .

b-Khối cơ sở (còn gọi là ô cơ bản) : là phần nhỏ nhất đặc trưng cho một loại mạng tinh thể .Có thể xem như mạng tinh thể là do vô số các khối cơ sở xếp liên tiếp nhau tạo nên.

c-Thông số mạng (còn gọi là hằng số mạng) : là khoảng cách giữa hai nguyên tử trên một cạnh của khối cơ sở .Thông số mạng là kích thước cơ bản của mạng tinh thể, từ đó có thể suy ra các khoảng cách bất kỳ trong mạng .Đơn vị đo thông số mạng là kx (nano mét) hay ăng strông , với 1kx = 1,00202Ao = 1,00202.10-8 cm. Theo thông số mạng ta có thể tính được đường kính nguyên tử kim loại . Thông số mạng thường ký hiệu là a .

2- Các loại mạng tinh thể thường gặp của kim loại :

Trong các kim loại thông dụng thường gặp ba kiểu mạng tinh thể sau đây :

a-Lập phương tâm khối (thể tâm A2) : Các nguyên tử nằm ở các đỉnh và ở trung tâm của khối lập phương . Nếu coi các nguyên tử là hình cầu và biểu diễn gần như thật thì các nguyên tử nằm ở các đỉnh chéo nhau của khối lập phương tiếp xúc với nhau qua nguyên tử ở trung tâm . Các nguyên tử còn lại không tiếp xúc với nhau . Kiểu mạng này có trong các kim loại Feα, Cr, Mo,V. Khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử là :

d = 23 và a r =

43. Kiểu mạng này có một thông số mạng là a . a

b - Lập phương tâm mặt (diện tâm A1) : Các nguyên tử nằm ở các đỉnh và tâm của các mặt bên khối lập phương. Nếu coi các nguyên tử là hình cầu và biểu diễn gần như thật thì nguyên tử nằm ở đỉnh và tâm của các mặt bên thì tiếp xúc với nhau .Các nguyên tử còn lại không tiếp xúc với nhau . Khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử là

d = 22 và r a =

42. kiểu mạng này chỉ có một thông số mạng là a . Thường gặp trong các kim loại Fe

a

γ, Cu, Ni, Al, Pb...

c-Sáu phương xếp chặt (lục giác xếp chặt A3) : Các nguyên tử nằm ở các đỉnh và ở tâm hai mặt đáy của hình lăng trụ lục giác đều .Ba nguyên tử nằm ở trung tâm ba lăng trụ tam giác cách nhau.Mạng sáu phương xếp chặt có hai thông số mạng là a và c, tỷ số c/a gọi là hệ số xếp chặt

Trong trường hợp lý tưởng 38=ac ≈ 1,633 .Trong thực tế tỉ số c/a không đúng là 1,633 mà dao động trong trong khoảng 1,57 ÷ 1,64 và cũng được coi là xếp chặt . Các

kim loại

ài theo một chiều . Nó có hai thông số mạng là a và c , tỉ số

c

hất . Do đó không có kim loại nào có kiểu mạng đơn giản chính phương tâm khối cả .

có kiểu mạng này là : Zn, Cd, Coα, Mg, Ti, Ru... d-Chính phương tâm khối (thể tâm) : Trong tổ chức của thép sau khi tôi (mactenxit) còn có kiểu mạng chính phương tâm khối . Có thể coi kiểu mạng này là lập phương tâm khối được kéo d

c/a gọi là độ chính phương . Trong thực tế sự sắp xếp của các nguyên tử trong kim loại theo xu hướng dày đ

1.1.6.Tính đa hình của kim loại (thù hình) : 1-Khái niệm và ví dụ :

Khá nhiều kim loại có nhiều kiểu mạng tinh thể khác nhau ở các khoảng nhiệt độ và áp suất khác nhau, tính chất đó gọi là tính đa hình . Nhiệt độ mà tại đó kim loại chuyển từ kiểu mạng này sang kiểu mạng khác gọi là nhiệt độ tới hạn của chuyển biến đa hình . Nhiệt độ này còn phụ thuộc vào tốc độ nung nóng, tốc độ làm nguội và trạng thái ban đầu của kim loại . Các dạng đa hình khác nhau của một nguyên tố được kí hiệu là a,b..

Ví dụ : Sắt là kim loại có tính đa hình , ơHình 1.6-Các loại lỗ hổng trong mạng lập phương tâm mặt (a) và lập phương tâm khối. (b) í nhiệt độ < 911oC và từ 1392oC đến

ìn, dát mỏng và kéo sợi được, đó

ï chuyển biến đa hình :

tích riêng thay đổi :

sang Snα thể tích tăng

lên 25%

ừ Snβ sang Snα độ bền không còn nữa

hi chuyển biến đa hình được nghiên cứu kỹ

üi và ngăn ngừa các mặt bất lợi .Tính đa hình của sắt

ng và mặt khác

1539oC có kiểu mạng lập phương tâm khốiì gọi là Feα .Trong khoảng từ 911oC đến 1392oC có mạng lập phương tâm mặt gọi là Feγ.

Thiếc ở nhiệt độ thường có màu sáng bạc, có thể ha

là Snβ. Nhưng khi làm nguội xuống -30oC thì trở thành Snα có màu xám ở dạng bột.

2-Sự thay đổi tính chất Khi có chuyển biến đa hình

Khi có chuyển biến đa hình các kim loại đều có sự thay đổi các tinh chất của chúng. -Thể

Từ Feα sang Feβ thể tích của có giảm đi khoàng 1% . Từ Snβ

-Thay đổi về cơ tính : t

-Thay đổi về lý tính : do sự sắp xếp của nguyên tử có thay đổi nên nhiệt dung , điện trở ... đều biến đổi đi. Sự thay đổi tính chất của kim loại k

lưỡng để tận dụng các tính chất có lơ

được sử dụng rất nhiều trong nhiệt luyện . 1.1.7.Đơn tinh thể và đa tinh thể : 1-Tính có hướng của tinh thể : Mạng tinh thể luôn luôn thể hiện tính có hướng (dị hướng) của nó nghĩa là theo các hướng khác nhau tính chất của mạng (cơ ,lý , hóa tính...) khác nhau .Tính có hướng là do cấu tạo mạng tinh thể, các phươ

nhau có mật độ nguyên tử không giống nhau.Theo phương có mật độ nguyên tử lớn liên kết bền hơn nên có độ bền lớn hơn các phương có mật độ nguyên tử bé .

9

Ví dụ : Tinh thể đồng theo các phương khác nhau có độ bền kéo thay đổi từ 140

8.10-6Ωcm .

ổi trong

rong thực tế một số khoáng vật có thể tồn tại các đơn tinh thể tự nhiên. Với kim

tử giới hạn (thường là các mặt có mật độ

nh chất tiêu biểu của đơn tinh thể là tính có hướng (dị hướng) do theo các hướng

hác

ơn tinh thể chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp bán dẫn và vật liệu kỹ thuật

điện

ø của mỗi hạt là ngẫu nhiên nên phương mạng

loại với mức độ biến dạng lớn thì kim loại lại thể hiện tính có

iến dạng rất lớn (làm các dây cáp

bao giờ cũng có các tạp chất .Kích thước các nguyên tử lạ này luôn khác

guyên tử kim loại nên gây ra sai lệch trong mạng tinh thể. Sai lệch mạng tinh thể

hiếm số lượng rất thấp (1-2% thể tích mạng) nhưng ảnh hưởng rất lớn đến cơ tính của

im loại.

đến 250MN/m2 . Tinh thể ma giê (mạng sáu phương xếp chặt) có điện trở : theo trục a có ρ = 4,53.10-6Ωcm, theo trục c có ρ = 3,7

2-Đơn tinh thể và đa tinh thể : Đơn tinh thể : Nếu vật tinh thể có mạng thống nhất và phương không thay đ

toàn bộ thể tích thì gọi là đơn tinh thể. Để hình dung về đơn tinh thể ta lấy một khối cơ sở và tịnh tiến nó theo ba trục tọa độ với đoạn bằng chu kỳ tuần hoàn mạng (thông số mạng) sẽ được đơn tinh thể. T

loại để có được tinh thể phải áp dụng công nghệ đặc biệt "nuôi" đơn tinh thể. Ngày nay người ta mới chế tạo được các đơn tinh thể kim loại có kích thước nhỏ, dài khoảng 3,5 cm.

Một số đơn tinh thể, đặc biệt là khoáng vật, có bề mặt ngoài khá nhẵn, hình dáng xác định, đó là những mặt phẳng nguyên

nguyên tử lớn nhất). Tí

k nhau có mật độ nguyên tử khác nhau. Đ

.

Đa tinh thể : là kim loại có cấu tạo gồm nhiều tinh thể. Mỗi tinh thể trong đó gọi là hạt.

Đa tinh thể có các đặc điếm sau :

-Do sự định hướng mạng tinh thê

giứa các hạt luôn lệch nhau một góc nào đó. -Tại vùng biên giơiï hạt mạng tinh thể bị xô lệch . -Đa tinh thể có tính đẳng hướng Do đó trong thực tế các kim loại thường gặp đều có cơ tính đồng nhất theo mọi phương. Nếu đem kéo, cán kim

hướng của nó. Ví dụ : dây thép khi kéo nguội với độ b

cần cẩu, cáp treo, dây phanh xe đạp ...) độ bềön theo phương dọc sợi lớn hơn rất nhiều so với phương ngang sợi.