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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 6 Giản đồ pha và ứng dụng, gồm các nội dung chính sau bản chất các pha trong vật liệu; các loại giai đoạn pha hệ 2 cấu tử; sơ lược về GĐ pha hệ 3 cấu tử;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

CHƯƠNG 6 GIẢN ĐỒ PHA VÀ ỨNG DỤNG PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1
TỪ KHÓA Phase Phase Diagram Constitutional Diagram Gibbs’ Phase Rule PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2
VIẾT TẮT • T: Nhiệt độ • MTT: Mạng tinh thể • P: Áp suất • HCHH: Hợp chất hóa • NLTD: Năng lượng tự do học • LK: Liên kết • DDR: Dung dịch rắn • NL: Năng Lượng • KL: Kim loại • GĐ Giản đồ • HK: Hợp kim • GĐTT: Giản đồ trạng • L: Lỏng thái • R: Rắn • TPHH: Thành phần hóa học PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3
1. CÁC KHÁI NIỆM 1.1. CẤU TỬ, PHA, HỆ Cấu tử: chất độc lập có thành phần không đổi (nguyên tố/hợp chất bền), tạo nên các pha của hệ Pha: tổ phần đồng nhất của hệ, có các tính chất: - Thành phần đồng nhất ở điều kiện cân bằng - Ở cùng một trạng thái - Ngăn cách với pha khác bằng bề mặt phân pha Hệ: tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4
Thí dụ Hệ nước + đường (bảo hòa và chưa bảo hòa) Nước ở 00C KL nguyên chất nóng chảy PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5
1.2. TRẠNG THÁI CÂN BẰNG  Hệ cân bằng ổn định: các pha đều có năng lượng tự do (NLTD) nhỏ nhất (T, P, thành phần xác định)  đặc tính của hệ hoàn toàn không thể biến đổi theo thời gian  Thay đổi T, p, thành phần  tăng NLTD  có thể biến đổi sang trạng thái cân bằng mới với NLTD nhỏ hơn: chuyển pha  Có thể tồn tại trạng thái cân bằng giả ổn định PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6
1.3. QUY TẮC PHA  Trạng thái cân bằng của hệ được xác định bởi: - Các yếu tố bên trong (TPHH) - Bên ngoài (T, áp suất)  Trong các yếu tố đó có thể có những yếu tố phụ thuộc nhau  Bậc tự do: số các yếu tố độc lập có thể thay đổi được trong khoảng giới hạn xác định mà không làm thay đổi trạng thái của hệ (số pha đã có) PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7
1.3. QUY TẮC PHA Quy tắc pha: F= C – P + 2 F: bậc tự do C: số cấu tử của hệ P: số pha trong hệ 2: số yếu tố bên ngoài: T & p Khi p= const  F= C – P + 1 PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8
Thí dụ: KL nguyên chất  Đang kết tinh: C= 1; P= 2  F= 1–2+1= 0: trong KL không có sự thay đổi cả về T lẫn thành phần (KL nguyên chất kết tinh ở T không đổi)  Đã kết tinh xong: C=1; P=1  F=1–1+1= 1: tiếp tục hạ T vẫn chỉ có 1 pha (rắn) PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 9
1.4. GIẢN ĐỒ PHA (Giản đồ trạng thái) Là biểu đồ chỉ mối quan hệ giữa T (P), thành phần và tỉ lệ các pha (tổ chức) của hệ đó ở trạng thái cân bằng Trước đây GĐ pha được xây dựng bằng thực nghiệm; nay: kết hợp giữa tính toán và thực nghiệm PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 10
PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 11
1.4.1. Cấu tạo của GĐ pha a. Hệ 1 cấu tử Gồm 1 trục T; trên đó ghi: - T nóng chảy - T chuyển biến thù hình - Các dạng thù hình Thí dụ: sắt PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 12
b. Hệ 2 cấu tử Trục hoành: biểu thị thành phần của hệ Trục tung: T Những đường phân chia các khu vực PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 13
1.4.2. Công dụng  Các pha tồn tại  Thành phần pha, trạng thái pha  dự đoán được tính chất của VL  Tỉ lệ giữa các pha  T nóng chảy, T chuyển pha  Các chuyển biến pha PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 14
2. BẢN CHẤT CÁC PHA TRONG VL 2.1. DUNG DỊCH RẮN Là pha tinh thể có thành phần thay đổi, trong đó: - Các NT của dung môi A giữ nguyên kiểu mạng - Nguyên tố chất tan B phân bố vào mạng của A PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15
Đặc tính của DDR 1. Thành phần hóa học thay đổi trong một phạm vi nhất định; kiểu mạng giống dung môi 2. MTT luôn bị xô lệch; mức độ xô lệch càng lớn khi tăng hàm lượng B 3. Do xô lệch mạng  tính chất biến đổi so với A: - Độ bền, độ cứng, điện trở tăng - Độ dẻo, dai giảm PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 16
2.1.1. Dung dịch rắn xen kẽ NT của chất tan B nằm trong lỗ hổng của mạng tinh thể của dung môi A PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17
2.1.1. Dung dịch rắn xen kẽ Điều kiện tạo thành DDR xen kẽ: - Tốt nhất: dB  kích thước lỗ hổng của MTT dung môi - Nếu dB> kích thước lỗ hổng của MTT dung môi không nhiều: B cũng có thể hòa tan vào mạng A và gây xô lệch mạng đáng kể B luôn hòa tan có hạn trong A và độ hoà tan thường thấp PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 18
2.1.2. Dung dịch rắn thay thế  Các NT của chất tan B thay thế các NT của dung môi A tại chính các nút mạng của A   Số NT trong ô cơ sở bằng số NT trong ô cơ bản của dung môi A PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 19
a. Dung dịch rắn thay thế hòa tan vô hạn Chất tan B hòa tan vào dung môi A với tỉ lệ bất kz Các NT của B có thể lần lượt thay thế mọi vị trí nút mạng của A mà không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của DDR Khái niệm dung môi và chất tan chỉ là quy ước PGS.TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 20