Bài giảng Chất rắn ở trạng thái vô định hình và thủy tinh - Cao Xuân Việt

CHẤT RẮN Ở TRẠNG THÁI 
VƠ ĐỊNH HÌNH & THỦY TINH 
Các dạng tồn tại của vật chất 
Chất rắn: tinh thể và vơ định hình 
Phân biệt: X – ray 
Xuất hiện tinh thể lỏng 
Phân biệt: độ nhớt 
Những thuyết cấu trúc thủy tinh 
Các tính chất cơ bản của thủy tinh 
KHÁI NIỆM TINH THỂ 
LỎNG 
Tinh thể lỏng từ các hợp chất hữu cơ và là chất trung gian giữa trạng thái lỏng 
và rắn của tinh thể. Đồng thời, tinh thể lỏng cĩ thể chảy dịng giống chất lỏng, 
nhưng các phân tử của chúng cĩ thể định hướng giống như trong tinh thể. Hiện 
tượng này đã phát hiện năm 1888 bởi nhà hĩa học người Áo Frederich 
Reinitzer. 
CHẤT RẮN 
là những chất có độ nhớt từ 1012 
Pa.s trở lên, còn các chất lỏng có độ 
nhớt nhỏ hơn 10
12
 Pa.s. 
Tốc độ làm nguội: 
Nhanh? Tạo thủy tinh 
Chậm? Kết tinh 
Tốc độ tới hạn 
Tốc độ làm nguội tới hạn (vượt trên tốc 
độ này, chất lỏng sẽ tạo v.đ.h.): 
- H2O là 10
7 (0C/s), 
- Cu kim loại là 106 (0C/s), 
-SiO2 là 10
-4 (0C/s), 
- thủy tinh cơng nghiệp 10-3 (0C/s) [36]. 
Khái niệm độ nhớt 
A
F
s =
A 
A 
y 
F Dx 
t
x
v
D
D
=
Cĩ sự chênh lệch tốc độ. Quan hệ độ nhớt h với lực trướt s, và gradient tốc 
độ: 
yt
x
y
v
s D
D
hh ==
Độ nhớt cĩ thể xem như quan hệ lực trượt và diện tích trượt: 
h

hhh ====
tty
x
yt
x
s
D
D
D
Mặt trên trướt với v=const, tương ứng với lực trượt: 
v 
h Cĩ thứ nguyên S.I. là Pa s. 
Biến dạng trượt tăng với tốc độ khơng đổi: 
t

 = s-1 
KHÁI NIỆM 
Vật chất: rắn, lỏng hoặc khí (thường hoặc plazma). 
Lỏng+Khí: phần tử liên kết yếu nhất, chuyển động tự do. 
-Lỏng kết tinh: tinh thể lỏng. 
Chất rắn: -Liên kết chặt, hình dạng xác định. 
 -Tinh thể hoặc vô định hình 
-tinh thể: các phần tử theo quy luật đối xứng, tuần hoàn; 
-vô định hình: các phần tử hỗn độn, không theo trật tự. 
Vô định hình trạng thái trung gian giữa chất rắn và chất 
lỏng. 
-Tương tự chất rắn: không biến đổi hình dạng theo bình 
chứa, những tính chất vật lý như độ cứng, tính đàn hồi, 
trong suốt... 
-Tương tự chất lỏng: độ đồng nhất, bất đối xứng.... 
CẤU TRÚC CHẤT LỎNG 
1- Chất lỏng khơng sai sĩt (Bernal): 
-Pha lỏng và tinh thể tương ứng cĩ cùng cấu trúc (chất lỏng tinh thể). 
-Chuyển rắn - lỏng khơng đứt liên kết, chỉ định hướng lại lực tác dụng. 
-Ở Tnc, độ nhớt lớn. Các silicát lỏng thường là các chất lỏng Bernal. 
2- Chất lỏng cĩ hướng (Stuwart): 
-Liên kết phân tử cĩ hướng đặc trưng, độ bền liên kết trong phân tử rất 
lớn nhưng độ bền liên kết giữa các phân tử yếu (chất lỏng vi tinh). 
-Các chất lỏng từ Se, B2O3 thuộc về loại này. 
3- Chất lỏng khơng trật tự (Frenkel): 
-Chất lỏng khơng từ các phức cao phân tử, mà từ các ion tích tụ, cấu 
trúc luơn biến đổi (chất lỏng khơng trật tự). 
-Khi nhiệt độ tăng, các sai sĩt tích tụ nhanh, các liên kết bị đứt, nhiều lỗ 
xốp xuất hiện. Khi làm nguội, khĩ tạo thủy tinh. 
-Các chất lỏng kim loại, clorit và nitrát (như NaCl, NaNO3) là các chất 
lỏng khơng trật tự. 
ĐỖ 
QUA
NG 
MIN
H Bộ 
mơn 
Silic
at 
ĐHB
K Tp 
 BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ CỦA CÁC 
CHẤT TINH THỂ (1) VÀ THỦY TINH (2) 
ĐỖ 
QUA
NG 
MIN
H Bộ 
mơn 
Silic
at 
ĐHB
K Tp 
KHOẢNG BIẾN MỀM 
T T
Chảy lỏng Lỏng
T
f
T
g
10
8
10
12
Rắn vô 
định hình
Tính chất
Khoảng biến mềm
T
nc
Rắn tinh thể
h (Pa.s)
DT = T - T : khoảng biến mềm
f g
T : nhiệt độ nóng chảy
nc
a) b)
Miền quá lạnh
( )
Dấu hiệu nhiệt – vật lý quan trọng nhất phân biệt 
thủy tinh, tinh thể 
THŨY TINH KIM LOẠI, HỢP KIM 
T < Tx : Lỏng quá lạnh (vơ định hình). 
Tớc đợ làm nguợi quá nhanh, các phần tử khơng kịp sắp xếp trật tự (kết 
tinh). 
Cấu trúc kim loại ở trạng thái vơ định hình, nano tinh thể hoặc 
composite nano trong trường vơ định hình 
ĐỊNH NGHĨA THỦY TINH 
 “Thủy tinh là chất vô cơ nóng chảy bị làm quá lạnh về trạng thái rắn 
mà không kết tinh”. 
 Quá lạnh: hệ chất vô cơ nóng chảy ở T < T
kt
. 
-Hệ trở lại kết tinh ở nhiệt độ T
kt
: tinh thể 
-Hệ ở trạng thái rắn mà không kết tinh: thủy tinh. 
 Thủy tinh: rắn không bền nhiệt động, 
-Khi biến đổi: Thủy tinh  Tinh thể 
-Ta có: DG = G
tinh thể– Gthủy tinh < 0 (quá trình tự xảy ra). 
Nguơi chậm: các phần tử đủ 
thời gian sắp xếp trật tự 
Làm nguội chậm, các phần tử khơng 
đủ thời gia sắp xếp, tạo thủy tinh 
CÁC GIẢ THIẾT CẤU TRÚC 
GIẢ THIẾT CẤU TRÚC POLYME 
Thủy tinh là polyme vô cơ. 
Tạo mạch (khung):SiO
2
,P
2
O
5
,SeO
2
,GeO
2
... chất nhận oxy, 
Không tạo mạch (biến tính): Me
2
O, MeO... là chất cho 
oxy. Me
+
, Me
2+
... l.k. với O
2-
 của [SiO
4
]
4-
 cân bằng tĩnh. 
Tương tự polyme, hai nhóm tính chất : 
-Nhóm t/c phụ thuộc mạch polyme: độ dài và độ bền của cấu 
trúc sợi, tính lưỡng chiết, không có điểm nóng chảy cố 
định mà có khoảng biến mềm khi chuyển trạng thái rắn - 
lỏng, khi chảy tạo hỗn hợp lỏng có độ nhớt cao... 
-Nhóm t/c phụ thuộc ion biến tính. Do l.k. với khung yếu nên 
ion biến tính có độ linh động cao hơn, ảnh hưởng nhạy hơn 
tới tính dẫn điện, độ bền hóa và độ bền cơ... 
CẤU TRÚC 
POLYME 
Các kiểu cấu trúc polyme 
 Ngyên sinh: giữa các nhĩm mer: 
cộng hĩa trị 
 Thứ sinh: giữa các phân tử 
polymer: 
 Yếu: Van der Waals, Hydro 
 Mạnh: ion, cộng hĩa trị 
CÁC GIẢ THIẾT CẤU TRÚC 
GIẢ THIẾT ZACHARIASEN 
 Thủy tinh có cấu trúc mạng lưới không gian như tinh thể, nhưng 
không đối xứng, tuần hoàn. 
 Nội năng thủy tinh > nội năng tinh thể tương ứng. 
 Biến đổi thủy tinh  tinh thể tự xảy ra . 
 Các ion tạo thủy tinh nằm ở tâm tứ diện phối trí, các cation biến tính 
phân bố thống kê giữa những lỗ rỗng của các đa diện phối trí. 
 Với các oxit, khả năng tạo thủy tinh phụ thuộc kích thước ion và số 
phối trí các ion. 
 Theo khả năng tạo thủy tinh, chia ba nhóm: 
- Nhóm cation tạo thủy tinh: Si
4+
, B
3+
, P
5+
... 
- Nhóm cation biến tính: Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
, K
+
... 
- Nhóm cation trung gian, tạo thủy tinh hoặc biến tính tùy điều kiện 
(thành phần hóa, loại thủy tinh cơ sở...): Al
3+
, Ti
4+
, Pb
2+
.... 
ZACHARIASEN 
 MÔ HÌNH SIO
2
 TINH THỂ, THỦY 
TINH 
 VÀ THỦY TINH SIO
2
-CAO-NA
2
O 
a) Tinh thể SiO
2
; b) Thủy tinh SiO
2
; c) Thủy tinh SiO
2
–CaO-Na
2
O 
a) b) c) 
: Na 
+ 
: Ca 
2+ 
 CÁC THUYẾT GIẢI THÍCH KHẢ 
NĂNG TẠO THỦY TINH KHÁC 
 Stanworth J.E: 
- Đánh giá khả năng tạo thủy tinh theo hiệu số độ âm điện. 
- Giá trị
A
 - 
B
càng nhỏ, phần l.k. ion càng kém, phần l.k. cộng 
hóa trị càng tăng, càng dễ tạo thủy tinh. 
 Sun K.H: 
- Liên kết giữa các nguyên tử A càng bền, quá trình sắp xếp trật tự 
càng khó và do đó, càng dễ tạo thủy tinh. 
 Rawson H. 
- Theo đường cân bằng pha lỏng của hai cấu tử A và B. 
- Miền dễ tạo thủy tinh ứng với miền nhiệt độ nóng chảy giảm 
(điểm càng gần điểm eutécti, càng dễ tạo thủy tinh). 
 Wert và Mabro: 
- Theo khả năng polyme từ pha lỏng. 
- Chất lỏng dễ tạo mạch polyme (có độ nhớt cao) dễ tạo thủy tinh. 
QUAN HỆ 
TÍNH CHẤT - CẤU TRÚC 
Mật độ: thủy tinh < tinh thể (thủy tinh quắc 2100  2200kg/m3, mật độ 
tinh thể -quắc 2650kg/m3). 
Khoảng biến mềm: năng lượng mạng khơng ổn định 
Khó tham gia phản ứng hóa học (mạng lưới liên kết với 
oxy bền). 
Cách điện thủy tinh silicát có miền cấm lớn (10eV), 
Tính dẫn ion (do ion biến tính tách khỏi mạng lưới), 
Rất cứng (cấu trúc có độ sít chặt cao) 
Không có khả năng lệch mạng (mạng lưới không trật tự) 
Không có biến dạng dẻo, rất giòn, khó gia công nguội. 
SỰ KẾT TINH TỪ PHA LỎNG 
NĨNG CHẢY VÀ TỪ PHA THỦY 
TINH 
 Hai dạng chuyển pha kết tinh: 
- Từ khối nóng chảy quá bão hòa (làm nguội khối thủy tinh nóng 
chảy), 
- Từ dung dịch quá lạnh (thủy tinh ở trạng thái rắn). nâng nhiệt độ 
khối thủy tinh rắn lên tới nhiệt độ cần thiết, lưu nhiệt rồi làm 
nguội 
 Bản chất quá trình kết tinh không khác nhau nhiều, nhưng quá 
trình công nghệ là khác nhau. 
 XU HƯỚNG KẾT TINH 
Hai giai đoạn: tạo mầm và phát triển mầm : r > r* (E* ) 
Kết tinh đồng thể hoặc dị thể. 
Đồng thể: Hình thành ngẫu nhiên. 
Dị thể: Tinh thể phát triển từ bề mặt (bình chứa hoặc pha tinh thể xúc tác ). 
Taman (1902) 
a: nguội chậm tạo các vi tinh, nguội nhanh tạo đa tinh thể lớn. 
b: đặc trưng chất dễ kết tinh (nguội chậm tinh thể lớn, nguội nhanh tinh thể nhỏ, 
mịn. Tốc độ làm nguội tăng (quá lạnh T4) chậm tạo tâm kết tinh. 
c, đặc trưng các chất tạo thủy tinh khi quá lạnh với lượng nhỏ tinh thể (pha lỏng từ 
B2O3, Na2O.Al2O3.6SiO2) 
ĐỖ 
QUA
NG 
MIN
H Bộ 
mơn 
Silic
at 
ĐHB
K Tp 
2.5.1 KẾT TINH TỪ PHA LỎNG NÓNG 
CHẢY 
 Biến đổi năng lượng Gibbs: 
- Tạo pha mới: 4r2 
- Phát triển pha mới với thể tích tăng: 
 Biến đổi chung năng lượng 
 
 r - bán kính hạt (cm hoặc m); 
  - năng lượng bề mặt (J/cm2) 
 DG
V
 - biến đổi năng lượng trên một đơn vị thể tích pha rắn (J/cm
3
). 
Hai quá trình trái ngược:  lớn để hạt bền, nhưng cần 
phá vỡ bề mặt cũ DG
V
 tạo bề mặt mới. 
Năng lượng tạo bề mặt mới và phát triển pha mới cân 
bằng khi hạt đạt tới kích thước chuẩn r*. 
V
Gr D 3.
3
4
VGrrG DD
32 .
3
4
..4 
XÁC ĐỊNH BÁN KÍNH CHUẨN R* 
GIẢI PHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH R* 
 
Hai nghiệm. 
a)- r*= 0 . Mầm không có kích thước (r*= 0). Các mầm 
tinh thể luôn tồn tại trong toàn bộ thể tích pha lỏng. 
b)- 
Khi r > r* DG* < 0, mầm tạo tinh thể thực. 
Khi r < r* tan lại vào pha lỏng. 
0..4.8
2 D
D
rGr
dr
Gd
V
V
G
r
D


2*
3
3
3
3
2
2
.3
.168
3
4
.
4
4
V
V
VV
G
G
GG
G
D

D
D


D

D 
KHI MỨC QUÁ LẠNH NHỎ 
 Có thể tính: 
 
 DH - biến đổi entalpy trên một đơn vị thể tích tinh thể (J/cm3) 
 T
0
 - T - mức quá lạnh (K) 
 T
0
 - nhiệt độ cân bằng khối lỏng nóng chảy (K) 
 T - nhiệt độ thực khối lỏng nóng chảy (K). 
o
o
V
T
TTH
G
)( D
D







 D

D



kT
G
TTHkT
T
II
o
o
o
exp
)(3
16
exp
22
23
1
 TT
T
o
o
2
1
TD
ln I ≈ 
Hình 2.7 Sự phụ thuộc năng lượng tự do của quá 
trình kết tinh vào kích thước mầm r 
Hình 2.8 Ảnh hưởng của mức quá lạnh 
tới DG 
Đ
Ỗ
 Q
U
A
N
G
 M
IN
H
 B
ộ
 m
ơ
n
 S
ilic
a
t Đ
H
B
K
 T
p
H
C
M
VÍ DỤ: TÍNH KÍCH THƯỚC R* 
 Tính r* và số nguyên tử 
trong đĩ của Cu. Biết: 
-Mức quá lạnh DT=0,2.Tm 
-Nhiệt nĩng chảy: DH= -1,628.109J.m-
3 
-Sức căng bề mặt  = 1,77.10-1 J.m-2 
-Tham số mạng a=3,615.10-10 m 
Giải: 
Biết: 
Thay vào cơng thức tính r* : 
 Thể tích ơ mạng cơ sở Cu: 
 V0= a
3=(3,615.10-10)3 = 4,724.10-29 m3 
 Thể tích mầm chuẩn: 
 Số ơ mạng cơ sở n trong mầm chuẩn 
 Mạng cơ sở Cu lập phương tâm mặt, 
số nguyên tử trong một ơ mạng là 
1/8. 8 + ½.6 = 4. 
 Vậy số nguyên tử trong một mầm 
tinh thể sẽ là: 
 4.113,9 = 456 
m
TH
T
G
r m
9
9
1
*
10.087,1
1358.2,0.10.628,1
1358.10.77,1.2
.
.22






DD


D



39
393**
10.724,4
)10.087,1(
3
4
.
3
4
m
rV



 
9,113
10.724,4
10.38,5
29
27
0
*



V
V
n
)1(
mm T
T
H
T
H
THSTHG D
D
DDDD
 KẾT TINH DỊ THỂ Thành bình chứa hoặc các tạp 
chất dạng tinh thể sẽ tạo các bề 
mặt dị thể, 
Sơ đồ phát triển bề mặt hạt 
mới từ pha rắn theo sơ đồ hình 
2.10. 
Pha dị thể làm giảm hàng rào 
năng lượng kết tinh theo hàm 
f(q) như sau (Uhlman, 
Chalmera 1965): 
 
Hình 2.10 Sơ đồ quá trình kết tinh dị 
thể 
Kết tinh dị thể thuận lợi hơn kết tinh đồng thể về 
mặt năng lượng, các mầm nhanh chĩng phát triển 
vượt kích thước chuẩn r* để phát triển thành tinh 
thể mới. 
Kết tinh dị thể cĩ ý nghĩa thực tiễn lớn nhằm điều 
khiển quá trình kết tinh 
r* 
q 
R1 
21 RR 

LR 2

2RL

2121
cos. RRRLLR   q
4
)cos1).(cos2(
.
3
..16
)(.
2
2
*
**
qq
q

D
D
DD

V
LR
dithe
dithe
G
G
fGG
ĐỖ 
QUA
NG 
MIN
H Bộ 
mơn 
Silic
at 
ĐHB
K Tp 
SO SÁNH KẾT TINH DỊ THỂ VÀ ĐỒNG 
THỂ 
So sánh DG* kết tinh đồng thể và dị thể (a) và ảnh hưởng quá lạnh tới số nguyên tử N 
trong kết tinh đồng thể và dị thể (b). 
DG*dị thể << DG
*
đồng thể. 
ĐỘNG HỌC KẾT TINH – PHƯƠNG TRÌNH AVRAMI 
T=const, phần thể tích của tinh thể kết tinh x (% thể tích) theo thời gian t : 
 x = 1 – exp (- ktn) 
n là số Avrami, phụ thuộc cơ chế kết tinh và thường xác định bằng thực nghiệm. Để xác 
định n, thực hiện một số biến đổi tốn học: 
 1 – x = exp (- ktn) 
 ln (1 – x) = - ktn 
 ln [ln (1 – x)] = lnk - nlnt 
Cơ chế kết tinh n 
Kết tinh tồn khối với số tâm khơng đổi 
Tinh thể phát triển ba chiều khơng gian 
Tinh thể phát triển hai chiều khơng gian 
Tinh thể phát triển một chiều khơng gian 
Kết tinh tồn khối với số tâm biến đổi 
Tinh thể phát triển ba chiều khơng gian 
Tinh thể phát triển hai chiều khơng gian 
Tinh thể phát triển một chiều khơng gian 
Kết tinh bề mặt 
3 
2 
1 
4 
3 
2 
1 
TTT 
SỰ PHÁT TRIỂN TINH THỂ VÀ KẾT TINH CĨ 
ĐIỀU KHIỂN 
 Tốc độ phát triển tinh thể từ 
pha lỏng u theo chiều dài 
[3]: 
 
 u - tốc độ phát triển tinh thể theo 
chiều dài 
 l - đường kính hạt 
 D - hệ số khuếch tán, do 
nên đường cong u – T cĩ cực trị 
 - số hạt tích tụ trên bề mặt tinh thể 
Ti - nhiệt độ trên bề mặt phân chia 
pha. 
Thay giá trị tính D, ta 
cĩ: 
 
 
 u cĩ số mũ (- DG+/RT) đạt 
maximum tại giá trị nhiệt độ 
nào đĩ. 
 Các đường cong xác định xác 
suất tạo mầm tinh thể I và 
tốc độ phát triển mầm tinh 
thể, cĩ dạng như chỉ ra trên 
hình 2.6. 
 Kết tinh cĩ điều khiển: cĩ 
thể ở dạng đa tinh thể (gốm 
thủy tinh, men kết tinh) 
hoặc đơn tinh thể. 
 Ngồi thành phần hĩa thích 
hợp, cần các thiết bị đặc biệt 
đảm bảo chế độ nhiệt độ phù 
hợp quá trình kết tinh. 
i
V
RT
G
l
D
u
D

3

*
0
G
RTD D e
D







 D

D


RT
G
RTT
TTH
l
D
u exp
)(3
0
00
Đ
Ỗ
 Q
U
A
N
G
 M
IN
H
 B
ộ
 m
ơ
n
 S
ilic
a
t Đ
H
B
K
 T
p
H
C
M
CHẾ ĐỘ NHIỆT ĐỘ GIA CƠNG GỐM 
THỦY TINH 
A- Hai giai đoạn: 
I – Tạo mầm tinh thể; 
II - Tốc độ phát triển tinh thể 
B-Chọn nhiệt độ Top rồi lưu tại 
nhiệt độ này 
ĐỖ 
QUA
NG 
MIN
H Bộ 
mơn 
Silic
at 
ĐHB
K Tp 
SỰ GIẢM (TNC) CỦA HỆ NANO VÀNG 
 Tnc : dao động nhiệt đủ 
năng lượng để phá vỡ sức 
căng bề mặt và liên kết tinh 
thể. 
 Nhiệt độ nĩng chảy khơng 
đổi chỉ khi năng lượng bề 
mặt DS tương đối nhỏ so với 
năng lượng tạo thể tích 
DGV. 
 Thơng thường, tỷ lệ 
DS/DGV ≈ 2 – 4 . 
 Với hệ hạt nano, do d giảm 
mạnh, tỷ lệ DS/DGV tăng 
nhanh, nhiệt độ nĩng chảy 
của hệ giảm. 
Đ
Ỗ
 Q
U
A
N
G
 M
IN
H
 B
ộ
 m
ơ
n
 S
ilic
a
t Đ
H
B
K
 T
p
H
C
M
TỐC ĐỘ KẾT TINH I 
 I tỷ lệ với xác suất xuất hiện mầm tinh thể có kích thước 
r*, tính như sau: 
 
I - tốc độ tạo mầm kết tinh (số mầm/s) 
K - hằng số; 
k - hằng số Bolzman 
DG+- năng lượng hoạt hóa quá trình khuếch tán chuyển 
pha lỏng  rắn. 
Như vậy: 
 





 D


kT
G
KI exp. 






 D


kT
G
IK
o
exp







 D


kT
G
II
o
exp







 D


kT
G
exp
SỰ PHÁT TRIỂN TINH THỂ 
Pha lỏng
Nhiệt độ thực
Nhiệt độ kết tinh
T
kt
Tinh
thể
DH
d
T
kt
Tinh
thể
d
Hướng tinh thể
Miền quá lạnh
H
Hình 2.5 Biến đổi nhiệt độ trên bề mặt phân chia pha 
và ảnh hưởng của nó tới sự phát triển tinh thể dendrite 
SỰ PHÁT TRIỂN TINH THỂ 
(TỪ ẢNH TEM) 
Tinh thể rời rạc 
 bắt đầu liên kết 
Chùm tinh thể nhỏ Bắt đầu dạng dendrite 
KẾT TINH TỪ DUNG DỊCH ĐẬM ĐẶC 
Tốc độ phát triển tinh thể còn 
phụ thuộc tốc độ thoát nhiệt từ 
bề mặt phân chia pha. Tinh thể 
phát triển theo dạng hình cây, 
tốc độ phát triển : 
L - hằng số hình học; 
n - hệ số dẫn nhiệt 
r - bán kính bề mặt phân chia pha (cm hoặc 
m) 
DH
V
 - ẩn nhiệt kết tinh một đơn vị thể tích 
(J/cm3) 
T
0
 - nhiệt độ biến đổi pha lỏng - rắn (K) 
T
m
 - nhiệt độ pha tinh thể (K). 
Tốc độ khuếch tán ng.t và ion điều 
khiển quá trình. Tốc độ phát triển 
tinh thể u: 
u - tốc độ phát triển tinh thể (cm/s 
hoặc m/s) 
D - hệ số khuếch tán. 
tốc độ phát triển cĩ cực trị 
l - đường kính hạt chuyển tới giới 
hạn phân chia pha (cm hoặc m) 
- hệ số tích tụ, tức là số hạt có thể 
kết tinh. 
RT
G
l
D
u
V
D

3
)exp(
RT
G
DD
o
D






 D

D


RT
G
RTT
TTH
l
D
u
o
o
exp.
).(3
)(
.
.
mo
V
n
TT
rH
L
u 
D


KẾT TINH TỪ PHA THỦY TINH 
Pha thủy tinh = dung dịch quá lạnh, luôn có xu hướng kết 
tinh. Khả năng kết tinh phụ thuộc: 
1- Nhiệt độ tạo pha lỏng (độ nhớt, sức căng bề mặt đủ lớn) 
2- Tốc độ tạo mầm tinh thể (I), 
3- Tốc độ phát triển tinh thể (u), 
Để thủy tinh kết tinh, cần nhiệt độ thích hợp. 
-T tăng làm độ nhớt giảm, các phần tử dễ khuếch tán tạo 
mạng tinh thể. Mặt khác, nhiệt độ tăng cũng làm tăng sự 
hòa tan pha rắn (tinh thể) vào pha lỏng. 
 Vì vậy, trên đường cong tạo mầm và phát triển mầm tinh 
thể có điểm đại, điểm cân bằng của hai quá trình. 
ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ TỚI SỰ KẾT TINH TỪ 
PHA THỦY TINH 
 Theo nhiệt độ - tốc độ tạo mầm và 
kết tinh (H.2.6) phân 3 miền: 
 1- Miền quá lạnh giả bền (I): nhiệt 
độ thấp, độ nhớt cao, không kết tinh. 
 2- Miền lỏng nhớt giả bền (II): nhiệt 
độ cao, độ nhớt thấp, không kết tinh. 
 3- Miền có thể kết tinh (III): nhiệt độ 
và độ nhớt thích hợp, có thể kết tinh. 
T
op
 giao đường cong tốc độ tạo 
mầm I và tốc độ phát triển tinh 
thể u (có bao nhiêu mầm tinh thể 
thì bấy nhiêu tinh thể có thể 
phát triển thành tinh thể thực). 
Sự phụ thuộc tốc độ tạo mầm và 
tốc độ phát triển mầm 
 vào nhiệt độ 
I 
u 
() III 
() I
() II 
T 
op T(C) 
o 
I (n/cm) 
3 
u(cm/s) 
ỨNG DỤNG: GLASS CERAMIC 
Một giai đoạn Hai giai đoạn 
I
u
T
o
p
T
(
C
)
o
I
 (n
/
c
m
)
3
u
(
c
m
/
s
)
500 - 
1000 - 
1500 - 
 
I
u
T
o
p
T
(
C
)
o
I
 (n
/
c
m
)
3
u
(
c
m
/
s
)
500 - 
1000 - 
1500 - 
 
Chảy lỏng 
Rĩt 
khuơn 
Thành hình 
Nguội chậm 
(Kết tinh) 
Ủ 
Thủy tinh 
cĩ hình 
Tạo mầm 
(cực đại) 
Nâng 
nhiệt độ 
Tăng kích thước 
tinh thể (cực đại)