Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 6 - PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hà

Để tối ưu hóa tính chất và hiệu suất của vật liệu, việc hiểu rõ cấu trúc và các biến đổi pha là vô cùng quan trọng. Giản đồ pha đóng vai trò là công cụ nền tảng trong khoa học và kỹ thuật vật liệu, cho phép dự đoán hành vi của vật liệu dưới các điều kiện nhiệt độ, áp suất và thành phần khác nhau. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn tổng quan về các khái niệm cơ bản liên quan đến pha, trạng thái cân bằng và quy tắc pha của Gibbs, mở đường cho việc phân tích sâu hơn về cấu tạo và ứng dụng của giản đồ pha. Sự nắm vững các nguyên lý này là thiết yếu để phát triển vật liệu mới và cải tiến quy trình chế tạo.

Sinh viên, kỹ sư, và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật vật liệu, luyện kim, và các ngành liên quan đến chế tạo vật liệu.

Tài liệu này trình bày chi tiết về giản đồ pha và các ứng dụng của chúng, bắt đầu bằng việc định nghĩa các khái niệm cơ bản như cấu tử, pha và hệ. Một pha được mô tả là phần đồng nhất của hệ với các tính chất riêng biệt, trong khi hệ là tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng. Khái niệm trạng thái cân bằng ổn định và chuyển pha được làm rõ, nhấn mạnh vai trò của năng lượng tự do. Quy tắc pha của Gibbs (F=C-P+2) được giới thiệu như một công cụ toán học để xác định số bậc tự do của một hệ, được minh họa bằng ví dụ về kim loại nguyên chất đang kết tinh. Phần tiếp theo đi sâu vào cấu tạo của giản đồ pha, hay còn gọi là giản đồ trạng thái, giải thích cách biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất, thành phần và tỷ lệ các pha. Tài liệu phân loại giản đồ pha theo hệ một cấu tử và hệ hai cấu tử, đồng thời liệt kê các công dụng chính của chúng, bao gồm dự đoán các pha tồn tại, thành phần pha, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chuyển pha và các chuyển biến pha khác, từ đó suy ra tính chất của vật liệu. Cuối cùng, tài liệu thảo luận về bản chất của các pha trong vật liệu, đặc biệt là dung dịch rắn. Hai loại dung dịch rắn chính được đề cập là dung dịch rắn xen kẽ và dung dịch rắn thay thế, cùng với các điều kiện hình thành và đặc tính thay đổi của chúng so với dung môi, ví dụ như tăng độ bền, độ cứng, điện trở và giảm độ dẻo, dai.