Chương 2
MẠNG TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU
2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TINH THỂ.
2.1.1 Vật rắn vô định hình, vật rắn tinh thể, mạng tinh thể, mặt tinh thể, khối cơ
bản.
Thành phần nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử. Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp
bao gồm hạt nhân mang điện dương và các điện tử (electron) mang điện âm chuyển động bao
quanh. Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi những prôton và nơtron. Prôton mang điện dương
có điện tích đúng bằng điện tích của điện tử còn hạt nơtron lại không mang điện.
Ở trạng thái bình thường, nguyên tử trung hòa điện vì số lượng prôton bằng số lượng
điện tử đặc trưng bằng số thứ tự nguyên tử (Z) ở trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđêlêev.
Trong những điều kiện nhất định một số nguyên tử có thể nhận thêm điện tử để trở thành
ion âm và cũng có thể mất đi điện tử để trở thành ion dương.
Tùy theo sự sắp xếp của các nguyên tử, ion hay phân tử (gọi tắt là chất điểm) trong
không gian người ta chia các vật rắn ra làm hai nhóm lớn: Vật vô định hình và vật tinh thể.
Trong vật rắn vô định hình các nguyên tử không sắp xếp theo một qui luật trật tự nhất
định mà chúng sắp xếp hỗn loạn. Khi bị nung nóng, chúng bị mềm ra từ từ trong một khoảng
rộng nhiệt độ, nhão và sau đó chuyển thành trạng thái lỏng, nghĩa là ta không thấy có một ranh
giới phân biệt rõ ràng giữa hai trạng thái lỏng và rắn bởi vì ở cả hai trạng thái lỏng và rắn này
các nguyên tử của chúng đều sắp xếp hỗn loạn vô trật tự. Ðại diện cho nhóm này là thủy tinh
và một số nhựa.
Vật rắn vô định hình giống chất lỏng ở chỗ nó có tính đẳng hướng nhưng khác với ở chất
lỏng ở chỗ các hạt trong các chất vô định hình có độ linh động thấp. Trạng thái vô định hình có
thể đạt được trong nhiều chất hữu cơ và vô cơ bằng cách làm nguội nhanh từ trạng thái lỏng.
Tuy nhiên, khi nung nóng trở lại, giữ lâu ở nhiệt độ 20 ÷ 25
0
C, và trong trường hợp biến
dạng, tính không ổn định của vật thể vô định hình thể hiện ở chỗ nó chuyển dần một phần hay
toàn bộ thành trạng thái tinh thể. Trạng thái tinh thể của chất rắn ổn định hơn trạng thái vô định
hình.
Trong vật rắn tinh thể, các chất điểm được sắp xếp theo một qui luật trật tự hình học xác

,
b

và
c

tương ứng với ba trục toạ độ Ox, Oy, Oz. Tâm các
nguyên tử (ion hay phân tử) ở đỉnh ô cơ bản là các nút mạng.
Mô đun của ba véc tơ a=/
/a

, b=
//b

và c=
// c

là kích thước của khối cơ bản và
còn được gọi là hằng số mạng hay thông số
mạng (hình 2.2).
Tùy theo loại ô cơ bản người ta xác định
thông số mạng – kích thước cơ bản của mạng
tinh thể.
Trên khối lập phương chỉ có một thông số
mạng a là giá trị đo theo chiều cạnh của khối,
còn trong khối lục giác có hai thông số mạng là
a và c.
Hình 2.2 Các chỉ số của ô cơ sở

z


và
c

; β là góc giữa
a

và
c

; còn γ là góc giữa
a

và
b

(hình 2.2).
Phụ thuộc vào tương quan giữa ba véc tơ
a

,
b

và
c

cùng với ba góc α, β, γ người ta
phân ra bảy hệ tinh thể với mười bốn (14) kiểu mạng tinh thể khác nhau. Ðó là mười bốn kiểu
mạng Bravais. Tất cả các mạng tinh thể của chất rắn đều biểu diễn bằng một trong mười bốn
kiểu mạng Braivais như trong bảng 2.1.

0
Ba
phương
(thoi)
a = b = c
α = β = γ
≠ 90
0
Sáu
phương
a = b ≠ c
α =β = 90
0
γ = 120
0
Bốn
phương
a = b ≠ c
α = β = γ
= 90
0
Lập
Phương
a = b = c
α = β = γ
= 90
0
2.2 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA KIM LOẠI.

21

Các kim loại Fe
α
, Cr, Mo, W ... có kiểu mạng này.
 Kiểu mạng lục giác xếp chặt (A3).
Hình vẽ 2.5 trình bày cách sắp xếp các nguyên tử của kiểu mạng A3.
Hình 2.5 Cách sắp xếp của các nguyên tử trong mạng A3.
Khối cơ bản của mạng này là khối lăng trụ lục giác với hằng số mạng là a và c. Các
nguyên tử nằm ở 12 đỉnh, nằm ở tâm của hai mặt đáy và nằm ở tâm của ba khối lăng trụ tam
giác đều cách nhau. Khối cơ bản này như gồm bởi ba lớp nguyên tử xếp sít nhau.
Các nguyên tử nằm trên mặt của đáy dưới xếp sít nhau, rồi đến 3 nguyên tử ở giữa xếp
vào các khe lõm của lớp đáy do đó chúng cũng xếp sít nhau. Các nguyên tử ở lớp đáy trên lại
xếp vào khe lõm của lớp ở giữa như trùng với vị trí của lớp đáy dưới.
Các kim loại Co
α
, Be, Mg, Ti
α
... có kiểu mạng này.
 Kiểu mạng chính phương thể tâm.
Khối cơ bản của kiều mạng này giống hệt kiểu mạng lập phương thể tâm kéo dài ra theo
một chiều cạnh của khối.
Ðây là kiểu mạng của máctenxít, một tổ chức của thép tôi sẽ được trình bày rõ hơn trong
phần tổ chức máctenxít.
2.2.2. Cách ký hiệu mặt và phương tinh thể.
Như trên đã nêu, mặt phẳng tinh thể là mặt phẳng trong không gian mạng tinh thể được
tạo nên bởi những nút mạng sắp xếp theo một trật tự nhất định, còn phương tinh thể là đường
thẳng đi qua các nút mạng tinh thể, cách nhau những khoảng cách theo qui luật xác định. Ðể
xác định vị trí mặt và phương trong mạng tinh thể, người ta dùng cách ký hiệu bằng các số theo
từng bước sau đây:
 Xác định hệ tọa độ.
Ðối với hệ lập phương dùng hệ tọa độ có ba trục vuông góc với nhau Ox, Oy, Oz hướng