6
Đi u ki n năng l ng c a quá trình k t tinh ượ ế
V m t c u t o nguyên t , ta có th coi trong kim lo i l ng , các nguyên t ch gi đc
tr t t g n , còn trong kim lo i r n gi đc s s p x p các nguyên t m c tr t t xa ế
K t tinh kim lo i là m t quá trình h nhi t đ kim lo i s chuy n t tr ng thái l ngế
( tr t t g n) sang tr ng thái r n( tr t t xa) . nhi t đ t i đó, l ng chuy n sang r n ,
ng ta g i là nhi t đ k t tinh lý thuy t ký hi u T0 ế ế
Năng l ng t do c a h th ng ( G) : G= f( T,P,V,c) . Trong đó : T là nhi t đ , P là ápượ
su t, V là th tích , c là n ng đ
Trong tr ng h p k t tinh c a kim lo i th c t có th coi: c =cosnt, p=const= 1AT, Vườ ế ế
x p x = const. Do đó G=f(T). V t lý ch t r n đã xây d ng: G=E+P*V-TS=H-TS. V i E
là n i năng c a h th ng, S là entropi c a ht, H là Entanpi
Trong đi u ki n đ ng áp, s thay đ i nhi t đ làm cho năng l ng t do thay đ i . Ta ượ
có nhi t dung đ ng áp ( Cp= dH/dt)p ....bi u đ ...
N u k t tinh t i nhi t d T mà : T>T0 thì Gl <Gr => ko th k t tinh và T=T0 thì Gl=Gl=>ế ế ế
t n t i c l ng và r n và T< T0 thì Gl > Gr => k t tinh x y ra ế
L y T0-T= đen ta T g i là đ quá ngu i thì ta có : đk năng l ng c a quá trình k t tinh ượ ế
là năng l ng t do c a pha r n nh h n năng l ng c a pha l ng. Mu n v y c n cóượ ơ ượ
đ quá ngu i đentaT . Nhi t d k t tinh lý thuy t T0 nhi t đ cân b ng đc xác đ nh : ế ế
T0 = đentaH/ đenta S = Lnc /đenta S. . đây sai khác Entanpi gi a pha l ng và pha r n
dc g i là n nhi t nóng chay : Lnc . Trong th c t kim lo i k t tinh t i nhi t đ T<T0 , ế ế
do đó pha l ng có th t n t i nhi t đ nh h n T0 . đây là pha kém n đ nh “ l ng ơ
quá ngu i”
7
C ch sinh m m : n u m m l n lên m t cách đ c l p trong long kim lo i l ng thì ng taơ ế ế
g i là m m t sinh , còn n u m m l n lên trên b m t c a ph n t r n ti p xúc v i kim ế ế
lo i l ng thì đc g i là m m ký sinh.M m t sinh : đi u ki n năng l ng đ sinh m m t ượ
sinh : khi có đentaT thì s có đenta G b ng Gl –Gr . Gi s sinh m m hình c u có bán
kính R th tích V và di n tích b m t là S thì ta có ph ng trình năng l ng đenta G= ươ ượ
-đentaGv + đentaGs. Trong đó đentaGv năng l ng th tích , b n than năng l ng phaươ ượ
r n nh h n năng l ng pha l ng d n t i năng l ng c a h th ng gi m( d u âm) . ơ ượ ượ
đentaGs năng l ng b m t, s xu t hi n b m t phân chia n m gi a m m và kim lo iượ
l ng d n t i năng l ng h th ng tăng( d u d ng) ượ ươ
Quá trinh k t tinh x y ra khi có s gi m năng l ng , t c là đentaGv >đentaGs . giế ượ
thi t m m có t o b i n mol kim lo i và th tích c a m t mol kim lo i là vm thì t i nhi tế
đ T ta tính đc năng l ng thay đ i đenta Gm do m t mol kim lo i chuy n t l ng sang ượ
r n : dentaGm = Lnc .đentaT/T0. Ph ng trình năng l ng s có d ng : đenta G =xích ươ ượ
ma .S – n.đentaGm=4piRbinh .xích ma- 4/3 pi R l p . Lnc .đentaT / (Vm.T0)
V i xích ma là s c căng b m t m m . l y c c tr c a hàm s đentaG= f(R) , suy ra R
t i h n =2xichma .Vm.T0/ Lnc.đentaT ....đ th
Thay Rth ta đc : đentaGth=4pi Rth bình .( xichma-1/3 .
Lnc.đentaT.Rth/Vm.T0)=1/3xichmaSth
Đi u ki n sinh m m t sinh: m m có bán kính R>=Rth vì theo đ th đentaG =f( R )
n u R<Rth thì khi R tăng , đentaG tăng : trái quy lu t năng l ng. R>=Rth thì khi R tăngế ượ
, đetanG gi m phù h p v i quy lu t
Quá trình sinh m m thi u 1/3 năng l ng s c căng b m t , nh ng vùng nào trong kh i ế ượ
kim lo i n ng có th bù đc 1/3 năng l ng thi u h t này thì s sinh m m , nh ng vùng ượ ế ư
sinh m m g i là vùng 3 đ ng năng l ng ượ
M m ký sinh : Gi thi t màm hình ch m c u có bán kính R góc ti p xúc gi a m m và ế ế
b m t v t r n là (phi) v i : cosphi=tr tuy t d i( xichma RL –xichma MR) ) / xichma ML
G i đenta G*là s thay đ i năng l ng , ta có đentaG* = dentaG nhân ¼(2-3cosphi+ ượ
cos mũ 3 phi ) =đentaG nhân C (phi) . S thay đ i năng l ng m m ký sinh ch khác ượ
m m t sinh đ i l ng C(phi) và 0<= C(phi)<= 1, v i C(phi ) xác đ nh thì R*th ượ
=2xichma ML .Vm.T0/Lnc.đentaT suy ra dentaG*th=C(phi) .1/3.xichma ML.Sth
Lúc đó các đi u ki n sinh m m t sinh và m m ký sinh đ u có nh ng yêu c u nh ư
nhau. Nh ng do 0<=C(phi)<=1 nên sinh m m t sinh ko l i b ng sinh m m ký sinh vư
năng l ng.ượ
S phát tri n m m
Khi m m hình thành có kích th c R>=Rth thì s phát tri n thành h t tinh th . s phát ướ
tri n c a màm có R>=Rth là quá trình t nhiên vì nó làm gi m năng l ng t do c a ượ
h .c ch c a m m phát tri n theo nguyên lý Gibbs-vulf-curie.Hình dáng cân b ng c a ơ ế
tinh th đang l n lên ph i làm nh th nào đ t ng lăng l ng b m t là nh nh t: ư ế ượ
t ng xihc ma t i=1 t i n c a xihma i . Si= min. trong đó xihma i và Si là s c căng b
m t và di n tích b m t gi i h n th i
9,
Đ h t sau k t tinh và các bi n phap làm nh h t: ế
Quá trình k t tinh cho ta m t th h h t. kích th c c a các h t s quy t đ nh r t l nế ế ướ ế
tính ch t kim lo i sau k t tinh . đ đánh giá đúng vai trò c a h t , s d ng khái ni m v ế
đ h t
Đ nh nghĩa: đ h t là s l ng h t quan sát đc trên m t đ n v di n tích( K) . rõ rang K ượ ơ
càng l n thì h t càng bé. Đây là quan h t l ngh c và n u g i d trung bình là đ ng ế ườ
kính trung bình c a h t thì K x p x b ng 1/d tbinh. Đ đánh giá tính ch t kim lo i sau
k t tinh thì ngoài kích h t ra còn đánh giá d a trên hình dáng h t. th ng trong th c tế ươ ế
g p 2 laoi hình dáng h t là h t tròn ,và h t dài. Y u t nh h ng đ n kích th c h t ế ưở ế ướ
chính là t c đ sinh m m n và t c đ m m v hay chính là t c đ quá ngu i đenta T
b ng th c nghi m ng ta tìm ra m i qh gi a d tb và n và v nh sau: dtrunhbinh =h. ư
( v/n)mũ x. trong đó h và x là h s ph thu c vào ki u m ng và b n ch t c a kim lo i
v i kim lo i và h p kim thì h =0.9 và x = ( 1/2 đ n ¾ ) ế
Các bi n pháp làm nh h t : tăng đ quá ngu i đenta T : khi tăng đ quá nguôi đenta
T thì trong kim lo i có th g p d ng đ ng cong n=f(đentaT) và v=f(đentaT) . suy ra ườ
bi n phá này ph i tăng kh năng làm ngu i thành khuôn , có th ch n các gi i pháp
nh sau: phun các ch t l ng ( nc , d u, không khí...) nén tăng c ng đ ngu i choư ườ
khuôn. Ch t o khuôn b ng v t li u có h s d n nhi t cao, có th ch t o khuôn r ngế ế
đ cho ch t môi gi i làm ngu i l u thong ho c tăng di n tích b m t tiêp xúc c a ư
khuôn v i môi tr ng b ng vi c làm cánh t n nhi t... ườ
S d ng ch t bi n tính : ch t bi n tính lo i 1: ch t này có th hòa tan đc trong kl l ng ế ế
góp ph n làm gi m công hình thành tâm m m gi i h n .ch t bi n tính lo i 2: không tan ế
trong kl l ng , có th k t h p v i các t p ch t trong kl l ng t o ra các h p ch t khó ế
ch y t n t i d i d ng các phân t r n n m l l ng trong kl l ng giúp cho vi c t o ướ ơ
m m ký sinh.
Áp d ng bi n pháp c h c , v t lý trong quá trình k t tinh ơ ế
10, Bi n d ng d o đ n tinh th theo c ch tr tế ơ ơ ế ượ
Đ i v i đ n tinh th hoàn thi n , t t c nguyên t n m phía trên m t tr t s t ng đ i ơ ượ ươ
so v i các nguyên t n m bên d i tác d ng c a ng su t tr t , đi nh ng b c làn ướ ượ ướ
l t là s nguyên l thong s m ng theo ph ng tr t : 1b,2b,3b...nb. đây b là thongượ ươ ượ
s m ng theo ph ng tr t và a là thong s m ng theo ph ng vuông góc v i ph ng ươ ượ ươ ươ
tr t.lý thuy t đ b n g i ng su t tr t trong tinh th hoàn thi n là đ b n lý thuy tượ ế ượ ế
đc tính b ng công th c: xichma lt =b/a .G/2pi . sin (2piX/b) Trong đó G là moduyn
tr t , x là đ xê d ch tr t (kho ng cách tr t nh h n thong s m ng theo ph ngượ ượ ượ ơ ươ
tr t (x<= b) . Đ i v i tinh th ko hoàn thi n ( ch a l ch ) trong mô hình d i đây , giượ ướ
s đ n tinh th ch a l ch biên thì c ch c a nó : quá trình bi n d ng d o ch th c ơ ơ ế ế
hiên v i nh ng nguyên t quanh vùng l ch chuy n đ ng. Lý thuy t đ b n g i là ng ế
xu t tr t trong đ n tinh th ko hoàn thi n là đ b n th c t và đc tính b ng công th c ượ ơ ế
th c nghi m : xichma tt= 2G/( 1-muy) . exp(-2pi/1-muy . a/b) trong đó muy là h s
poát xông, l y b ng 1/3 cho kim lo i .So sánh đ b n th c t v i đ b n lý thuy t v i ế ế
a=b , x=b/4 , muy=1/3 thì xichma lt >> xichma tt => s chuy n đ ng làm cho d bi n ế
d ng d o và trong lý thuy t đ b n , mu n tăng b n cho kim lo i ph i hãm l ch, c n ế
ch chuy n đ ng c a l ch
11, nh ng đ c đi m c a bi n d ng d o đa tinh th ế
Các h t trong đa tinh th có đ nh h ng ph ng m ng khác nhau . t i tr ng tác d ng ướ ươ
là cho bi n d ng khác nhau : h t nào có ph ng m ng thu n l i v i ph ng c a ngế ươ ươ
xu t tác d ng s b bi n d ng tr c v i tr s tr xu t nh . Tr i l i h t nào đ nh h ng ế ướ ướ
ph ng m ng không thu n l i v i ph ng c a ng su t tác d ng thì ho c đc bi nươ ươ ế
d ng sua v i tr su t l n h n ho c ko th bi n d ng đc . các h t trong đa tinh th ơ ế
m c đ bi n d ng d o không đ ng nh t. ế
Các h t trong đa tinh th luôn t ng tác v i nhau . S bi n d ng c a m t h t luôn nh ươ ế
h ng đ n các h t xung quanh và chúng b c n tr . do v y khi bi n d ng d e các h tưở ế ế
trong đa tinh th có th b tr t ngang theo nhi u h tr t khác nhau và x y ra đ ng ượ ượ
th i s quay c a các m tr t và ph ng tr t. ượ ươ ượ
Vùng biên gi i h t c a đa tinh th s p x p khong có tr t t là cho tr t khó phát tri n ế ượ
vì không hình thành đc các m t tr t và ph ng tr t . đây là y u t hãm l ch có hi u ượ ươ ượ ế
qu . Trong đa tinh th khó có th tr t lien t c t h t này sang h t khác do đ nh ượ
h ng ph ng m ng gi a các h t và hãm l ch b i vùng biên gi i h t . Trong c h cướ ươ ơ
v t r n , quan tâm đ n đ b n đ d o là hai ch tiêu r t quan tr ng đ ch t o chi ti t ế ế ế
máy. N u đ b n th p thì d bi n d ng và ngc l i . lý thuy t đ b n ch ra vai trò c aế ế ế
l ch m ng nh h ng r t l n đ n đ b n c a kim lo i theo đ th c a m i quan h ưở ế
xichma=f(p). đây p là m t đ l ch
12
T ch c và tính ch t c a kim lo i sau bi n d ng d o ế
A, s thay đ i t ch c : đ ng tr t là n i thoát ra c a m t tr t trên b m t m u . ườ ượ ơ ượ
Các đ ng tr t đ u đ nh h ng theo ph ng c a ng xu t tác d ng. m c bi n d ngườ ượ ướ ươ ế
càng l n thì s đ ng tr t càng nhi u, m t đ càng mau. ườ ượ
B,s thay đ i hình dáng h t : n u t i tr ng tác d ng đ l n , các h t đa tinh th s b ế
bi n d ng t ng đ i đ ng đ u và b dài ra theo ph ng c a ng xu t tác d ng hìnhế ươ ươ
dáng c a h t thay đ i làm cho tính đ ng h ng gi m t đi thay b ng tính d h ng ướ ướ
C, t o ra siêu h t v i đ bi n d ng l n ( 40-50%) các h t kim lo i s b chia c t nên ế
nh h n .các ph n th tích có kích th c ( 1-2micromet) và có ph ng m ng l ch ơ ướ ươ
nhau m t góc 1đ -20’ đc g i là siêu h t
D, t o t ch th s i : tron kim lo i trc khi chiu bi n d ng d o có th ch a các t p ch t ế
trong nó. Pha ch t r n th 2 có s phân b không đ u d ng c c ,hòn .Sau khi bi n ế
d ng d o , chúng b bi n thành các chu i dài n m song song theo ph ng ng su t ế ươ
tác d ng g i là t ch th s i . T ch c th s i làm cho c tính c a m u kim lo i đa ơ
tinh th có tính d h ng và t ch c này nh h ng có h i đ n kim lo i s d ng ,d b ướ ưở ế
phá h y dòn
Tính ch t c a kim lo i sau bi n d ng d o: sau khi bi n d ng d o t ch c thay đ i th ế ế
tích riêng thay đ i sinh ra tr ng thái ng su t d t ch c. B n than kl tích m t l ng ư ượ
nhi t làm cho năng l ng t do c a h tăng, h kém n đ nh h n g i ng su t d ượ ơ ư
nhi t . S t n t i c a ng su t d t ch c ng su t d nhi t g i ng su t d . ng ư ư ư
su t d đc chia làm ba lo i : USD lo i 1 : là lo i USD t n t i cân b ng trong toàn b ư
v t th , USD lo i 2 : ng su t d t n t i cân b ng trong t ng vùng ho c trong h t. USD ư
lo i 2 là USD t n t i cân b ng trong t ng vùng ho c trong h t .USD lo i 3 : là USD t n
t i cân b ng trong t ng vùng c a h t ho c trong siêu h t
Câu 13
Phân bi t 2 quá trình h i ph c và k t tinh l i , trình bày qt kt l i ế
-h i ph c T<Tktl : quá trình h i ph c này có th làm gi m m t ph n ng su t d , gi m ư
sai l ch m ng . v vi c h i ph c các tính ch t, đi n tr gi m , tính d n nhi t, d n đi n
tăng , kh năng ch ng ăn mòn tăng lên chút it. giai đo n h i ph c , c tính thay d i ơ
ko nhi u , nó ch rõ r t khi nhi t đ h i ph c cao , g n nhi t đ kt l i thì xu h ng đ ướ
c ng đ b n gi m , đ d o , đ dai va đ p tăng nh ng không l n . ư
K t tinh l i :ế
1
Đ nh nghĩa đ c đi m , cách xây d ng , tính ch t c a tinh th lý t ng c a kim lo i ưở
Đ nh nghĩa : m ng tinh th lý t ng là mô hình lý t ng không gian mô t quy lu t hình ươ ưở
h c c a s s p x p các nguyên t trong kim lo i .đ c đi m chung:- không b kh ng ế
ch v m t kích th c , có th m r ng ra vô h n - có tính tu n hoàn -m i nguyên tế ướ
bao quanh b i m t s l ng b ng nhau các nguyên t g n nh t v i kho ng cách nh ượ ư
nhau.s l ng các nguyên t này g i là s s p x p c a m ng – toàn th m ng xem ượ ế
nh đc t o thành hình kh i đ n gi n, gi ng nhau; cách s p x p các nguyên t kh i đóư ơ ế
đ c tr ng cho cách s p x p c a toàn m ng đc g i là ô c s ư ế ơ
Xây d ng :