Vi cấu trúc của vật liệu gốm sứ

Vi cấu trúc của vật liệu gốm sứ

Nếu chất rắn tinh thể chỉ là một khối mạng đồng nhất tức là cùng kiểu và hằng số mạng cũng như phương không đối trong toàn bộ thể tích thì được gọi là đơn tinh thể. Trong thiên nhiên tìm thấy một số khoáng vật có thể tồn tại dưới dạng đơn tinh thể. Đơn tinh thể có tính chất đặc thù là dị hướng, vì theo các phương khác nhau mật độ xếp chặt nguyên tử khác nhau. Trong sản xuất gốm sứ  không sử dụng đơn tinh thể, nó được dùng rộng rãi trong công nghiệp điện tử và đá quý.

Trong thực tế hầu như chỉ gặp các vật liệu đa tinh thể. Đa tinh thể gồm rất nhiều tinh thể nhỏ (cỡ micromet) được gọi là hạt tinh thể hay đơn giản là hạt, chúng tuy có cùng cấu trúc và thông số mạng nhưng phương lại định hướng khác nhau (mang tính ngẫu nhiên) và liên kết với nhau qua vùng ranh giới được gọi là biên giới hạt. Từ mô hình trên thấy rõ:

  • Mỗi hạt là một khối tinh thể hoàn toàn đồng nhất, xét về mặt này từng hạt đều thể hiện tính dị hướng.
  • Các hạt tuy có mạng và thông số giống nhau nhưng có phương lệch nhau tức tính đồng nhất về phương mạng không giữ được trong toàn khối mạng vì thế lại thể hiện tính đẳng hướng (đôi khih còn gọi là đẳng hướng giả vì mỗi phần của nó – hạt vẫn thể hiện tính dị hướng).
  • Biên giới hạt chịu ảnh hưởng quy luật phương mạng của các hạt xung quanh nên có cấu trúc “hỗn hợp” và vì vậy không duy trì được cấu trúc quy luật (tinh thể) mà lại có sắp xếp không trật tự (xô lệch) như là vô định hình, thường là kém sít chặt với tính chất khác với bản thân hạt.

Quá trình kết tinh có thể chia làm ba giai đoạn: tạo mầm, phát triển mầm (thành tinh thể) và tinh thể trưởng thành. Khi kết tinh, từ hỗn hợp lỏng nóng chảy xuất hiện một lượng lớn các mầm tinh thể, trong quá trình phát triển và trưởng thành chúng lớn lên, cản trở lẫn nhau và đồng trưởng thành thành một hợp thể chung gọi là đa tinh thể.

Như vậy, khuyết tật của đa tinh thể vừa là khuyết tật của bản thân mạng tinh thể (điểm, đường, mặt, khối) vừa là khuyết tật bên ngoài (như khuyết tật bề mặt, sự sắp xếp hỗn độn ở biên giới các hạt).

Số lượng khuyết tật tăng lên làm sự bố trí không trật tự các phần từ trong tinh thể tăng lên và dẫn đến việc chuyển thành trạng thái vô định hình. Trạng thái vô định hình không chỉ là sự sắp xếp hỗn độn các phần từ, đôi khi có thể sắp xếp tuần hoàn theo một hay hai hướng, hay kết quả của cấu trúc mạng tinh thể bị phá hủy. Trạng thái vô định hình còn được gọi là trạng thái thủy tinh vì thủy tinh là vật chất vô định hình phổ biến. Thủy tinh là trạng thái chất lỏng rắn lại mà không có sự kết tinh, nguyên nhân do độ nhớt của chất lỏng nóng chảy quá cao làm cho các tinh thể không thể hình thành dù nhiệt độ đã ở dưới điểm nóng chảy. Phần lớn vật liệu gốm đều chứa ít nhiều pha thủy tinh và nó ảnh hưởng đến tính chất cuối cùng của sản phẩm.

Chúng ta có thể định nghĩa: vi cấu trúc là sự bố trí sắp xếp của các hạt, các pha và biên giới giữa chúng để tạo nên cấu trúc bên trong của vật liệu. Thường được diễn tả bằng bản chất và số lượng của các pha tồn tại trong nó, kể cả lỗ xốp, kích thước, hình dạng, sự định hướng và phân bố giữa chúng.

Vật liệu gốm điển hình (sứ) thường chứa các hạt tinh thể khác nhau có kích thước vào khoảng từ 1-50μm, ngoài ra còn có pha thủy tinh và các lỗ xốp. Như vậy sứ là vật liệu có cấu trúc đa tinh thể đa pha nhiều cấu từ.

Gomsuu,

Ghi rõ nguồn https://gomsuu.com khi copy hoặc trích dẫn bài viết.

Leave a comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *