Bài giảng vật liệu học - Chương 3: Cấu trúc của vật liệu vô cơ

Bản chất: Ceramic (Vật liệu vô cơ) được tạo thành từ các hợp chất hóa học giữa kim loại (Me) với á kim (B, C, N, O) Hoặc các á kim với nhau
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng vật liệu học - Chương 3: Cấu trúc của vật liệu vô cơVẬT LIỆU HỌCTháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 1 Chương 3 Cấu trúc của vật liệu vô cơ3.1.Bản chất & Phân loại3.2.Liên kết nguyên tử3.3. Cấu trúc của vật liệuTháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 2 3.1.Bản chất & Phân loại Gốm (đất nung) : vật liệu chế tạo từ đất sét (cao lanh :Al2O3.2SiO2.2H2O) Thuỷ tinh : SiO2-CaO-Na2O Ximăng : CaO-SiO2-Al2O3Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 33.1.Bản chất & Phân loại Bản chất: Ceramic (Vật liệu vô cơ) được tạo thành từ các hợp chất hóa học giữa kim loại (Me) với á kim (B, C, N, O) Hoặc các á kim với nhau Phân loại: theo đặc điểm kết hợp Gốm và Vật liệu chịu lửa Thuỷ tinh và Gốm thủy tinh Ximăng và Bêtông Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 43.2.Liên kết nguyên tử V.vô cơ = Ngtố KL + Ngtố á kim=>∑Ng.tử : ≠ kích thước; ≠ vỏ điện tử ; ≠ lực liên kết Độ âm điện: χkl ≠ χakim  Điện tử hóa trị “e” của k.loại  dịch chuyển về phía Á kim =>Liên kết ion Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 5 Ví dụ : Vật liệu silicat : SiO2 O: Z=8 1S2 2S2 2P4 Si: Z = 14 1S2 2S2 2P6 3S1 3p3  Si có 4 e tham gia liên kết : Điện tử “e” của Si dich chuyển về 4 ngtử Oxy  Si4+, O2- => Liên kết ion Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 6• Mỗi ion Si4+ bao quanh bởi 4 ion O2- => Tứ diện tam giác đều (SiO4)4- ( Đa diện phối trí (SiO4)4- ) Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 7• Mỗi ion Si4+ bao quanh bởi 4 ion O2- => Tứ diện tam giác đều (SiO4)4- ( Đa diện phối trí (SiO4)4- ) Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 8• Để đảm bảo trung hòa về điện : Mỗi ion O2- là đỉnh chung của 2 khối tứ dịên => Liên kết cộng hóa trị →Mạng tinh thể Mạng kh.gian 3 Mạng kh.gian 2 chiều chiều Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 9Liên kết ion: chủ yếu Liên kết cộng hóa trị : ít Hợp chất LK ion, % Hợp chất LK ion, % K-O 90 Al-O 60 Mg-O 80 B-O 45 Zr-O 67 Si-O 40 Ti-O 63 C-O 22 Năng lượng liên kết : E = 100 – 500 kj/mol (đối với kim loại E =60 – 250 kj/mol) Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 103.3.Cấu trúc của vật liệu3.3.1.Cấu trúc tinh thể3.3.2.Cấu trúc vô định hình3.3.3.Vật liệu đa pha và đa tinh thể3.3.4.Khuyết tật trong mạng tinh thểTháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 11 3.3.1.Cấu trúc tinh thể Cấu trúc = f (Liên kết ion, Liên kết cộng hóa trị) Ion(−) = constLiên kết hóa học  Tỷ số Ion(+ ) Vì Σ (e-cho của cation) =Σ (e-nhận của anion) => Trung hoà điện tích: => F- Ca2+ CaF2 : + Anion Cation F- Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 12 Liên kết ion:  Sắp xếp các ion ??? Các ion hút nhau theo mọi hướng  Đạt độ xếp chặt & tính đối xứng cao => Cấu trúc bền vững: Không bền Bền vững Bền vững Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 13 Bán kính ion : Rc < Ra Cation Rc, nm Cation Rc, nm Anion Ra,nm Al3+ 0.053 Mg2+ 0.072 Br- 0.196 Ba2+ 0.136 Mn2+ 0.067 Cl- 0.181 Ca2+ 0.100 Na+ 0.102 F- 0.133 Cs2+ 0.170 Ni2+ 0.069 I- 0.220 Fe2+ 0.077 Si4+ 0.040 O2- 0.140 Fe3+ 0.069 Ti4+ 0.061 S2- 0.184 K+ 0.138 Zn2+ 0.074 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 14 Cấu trúc : Mạng tinh thể của anionNút mạng : Ion (-) Lỗ hổng : Ion (+)  Số phối trí n: số aniom xếp bao quanh cationTháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 15Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r+/r-)n = 2Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 16Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r+/r-)n = 3 AP 3 r− 3 = cos 30 = 0 − + = AO 2 r +r 2 3 − 3 r r+ + 2 −r = + (r + r ) 1 = (1 + − ) − = − 1 = 0.115 2 2 r r 3 ...