pte 351 engineering metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

61
1 / 118 / 118 Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006 PTE 351 Engineering Metallurgy Session 3 Session 3 : : Atomics and Ionics Arrangements Atomics and Ionics Arrangements Asst.Prof.Santirat Asst.Prof.Santirat Nansaarng Nansaarng Department of Production Technology Education, KMUTT 2 / 118 / 118 Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006 Outline of Session Outline of Session ระเบียบพิสัยสั้น ระเบียบพิสัยสั้น( Short Short- Range Order) Range Order) และ และ ระเบียบพิสัยยาว ระเบียบพิสัยยาว( Long Long- Range Order) Range Order) วัสดุอ วัสดุอ สัณฐาน สัณฐาน( Amorphous Materials): Amorphous Materials): Principles and Technological Applications Principles and Technological Applications แลต แลต ทิต ทิต( Lattice), Unit Cells, Basis, and Lattice), Unit Cells, Basis, and Crystal Structures Crystal Structures Allotropic or Polymorphic Transformations Allotropic or Polymorphic Transformations Points, Directions, and Planes in the Unit Points, Directions, and Planes in the Unit Cell Cell

Upload: others

Post on 23-Jan-2021

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

11 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

PTE 351 Engineering Metallurgy

Session 3Session 3 : : Atomics and Ionics ArrangementsAtomics and Ionics Arrangements

Asst.Prof.SantiratAsst.Prof.Santirat NansaarngNansaarngDepartment of Production Technology Education, KMUTT

22 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Outline of SessionOutline of Session

ระเบยบพสยสนระเบยบพสยสน((ShortShort--Range Order) Range Order) และและระเบยบพสยยาวระเบยบพสยยาว((LongLong--Range Order)Range Order)วสดอวสดอสณฐานสณฐาน((Amorphous Materials): Amorphous Materials): Principles and Technological ApplicationsPrinciples and Technological Applicationsแลตแลตทตทต((Lattice), Unit Cells, Basis, and Lattice), Unit Cells, Basis, and Crystal StructuresCrystal StructuresAllotropic or Polymorphic TransformationsAllotropic or Polymorphic TransformationsPoints, Directions, and Planes in the Unit Points, Directions, and Planes in the Unit CellCell

Page 2: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

33 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Crystal Structure and OrderCrystal Structure and Order

หลกการพนฐานของสถานการณเรยงตวของหลกการพนฐานของสถานการณเรยงตวของอะตอมสามารถแยกออกไดอะตอมสามารถแยกออกได ::

ไมมระเบยบพสยไมมระเบยบพสย((nono--order)order)ระเบยบพสยสนระเบยบพสยสน((shortshort--range order)range order)ระเบยบพสยยาวระเบยบพสยยาว((longlong--range order)range order)

44 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

กลมไมมระเบยบพสยกลมไมมระเบยบพสย((No order)No order)

แกสแกส((gases)gases)อะตอมแตละตวจะอยลาพงโดยอสระจากอะตอมแตละตวจะอยลาพงโดยอสระจากตวอนๆตวอนๆ อะตอมมการเรยงตวไมเปนระเบยบเชงอะตอมมการเรยงตวไมเปนระเบยบเชงปรมาณปรมาณ อะตอมมเสนทางเคลอนทเปนอสระขนาดอะตอมมเสนทางเคลอนทเปนอสระขนาดใหญใหญ

Page 3: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

55 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระเบยบพสยสนระเบยบพสยสน((ShortShort--Range Order)Range Order)

ของเหลวของเหลว((Liquids) Liquids) อะตอมมความเปนอสระในการเคลอนทอะตอมมความเปนอสระในการเคลอนทพนธะไฮโดรเจนเปนพนธะประเภทระเบยบพสยสนพนธะไฮโดรเจนเปนพนธะประเภทระเบยบพสยสน ของแขงอยางเชนโพลของแขงอยางเชนโพลเมอรเมอรและและวสดอวสดอสณฐานจาพวกสณฐานจาพวกแกวจะถกจดไวในกลมระเบยบพสยสนแกวจะถกจดไวในกลมระเบยบพสยสน ถงแมอะตอมจะถกยดไวกบทดวยพนธะทแขงแรงถงแมอะตอมจะถกยดไวกบทดวยพนธะทแขงแรง แตแตกไมใชโครงสรางกไมใชโครงสราง 3 3 มตแบบเอกพนธมตแบบเอกพนธ ( (33--dimensional dimensional homogeneous structure)homogeneous structure)

66 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระเบยบพสยยาวระเบยบพสยยาว ( (LongLong--range Order)range Order)

ของแขงของแขง((Solids)Solids)โครงสรางไดแกวสดมผลกโครงสรางไดแกวสดมผลก((crystalline)crystalline)ผลกจะมขนาดเลกและเตบโตไปสขนาดทโตขนผลกจะมขนาดเลกและเตบโตไปสขนาดทโตขน ซงจะซงจะมความเปนเอกพนธและไรจดบกพรองมความเปนเอกพนธและไรจดบกพรองความสมบรณของผลกจะตองมความสมพนธกบขนาดความสมบรณของผลกจะตองมความสมพนธกบขนาดของผลกของผลก โลหะโลหะ(metals)(metals)และโลหะผสมและโลหะผสม(alloys)(alloys) สารกงตวนาสารกงตวนา((semiconductors)semiconductors) สารตวนายงยวดสารตวนายงยวด((superconductors) superconductors) เซราเซรามกซมกซ(ceramics)(ceramics)และวสดและวสดทางชวะภาพทางชวะภาพ(biological materials : (biological materials : ระเบยบพสยสนระเบยบพสยสนและยาวและยาว) )

Page 4: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

77 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระเบยบพสยสนและระเบยบพสยยาว

ระดบการเรยงตวของอะตอมระดบการเรยงตวของอะตอมในวสดในวสด :: (a) (a) แกสเฉอยแบบแกสเฉอยแบบอะตอมเดยวจดเปนพวกไมมอะตอมเดยวจดเปนพวกไมมระเบยบพสยของอะตอมระเบยบพสยของอะตอม::(b,c) (b,c) บางวสดทรวมถงไอนาบางวสดทรวมถงไอนา แกสไนโตรเจนแกสไนโตรเจน ซลกอนซลกอนกลมอกลมอสณฐานสณฐาน และแกวซลเกตและแกวซลเกต จะจะเปนพวกระเบยบพสยสนเปนพวกระเบยบพสยสน ( (d) d) โลหะโลหะ โลหะผสมโลหะผสม กลมเซรากลมเซรามกซมกซ และโพลและโพลเมอรเมอรบางกลมบางกลมจะมระเบยบพสยอะตอมทเปนจะมระเบยบพสยอะตอมทเปนระเบยบระเบยบ

88 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ประเภทของระเบยบพสยของอะตอม

Page 5: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

99 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ประเภทของของแขงประเภทของของแขง

ของแขงจาแนกออกไดของแขงจาแนกออกได 2 2 ประเภทประเภทของแขงอของแขงอสณฐานสณฐาน (Amorphous solid)(Amorphous solid) เปนเปนของแขงทเกดจากการจดเรยงอนภาคไมเปนระเบยบของแขงทเกดจากการจดเรยงอนภาคไมเปนระเบยบ ไมมรปรางทางเรขาคณตทแนนอนไมมรปรางทางเรขาคณตทแนนอน เชนเชน แกวแกว ยางยาง พลาสตกพลาสตก เปนตนเปนตนของแขงหรอผลกของแขงหรอผลก (Crystalline solid)(Crystalline solid) เปนเปนของแขงทเกดจากการจดเรยงของอนภาคอยางเปนของแขงทเกดจากการจดเรยงของอนภาคอยางเปนระเบยบทางเรขาคณตเปนสามมตระเบยบทางเรขาคณตเปนสามมต มดานตดเปนมดานตดเปนเหลยมเหลยม มมมทเฉพาะทาใหเกดรปรางตางมมมทเฉพาะทาใหเกดรปรางตาง ๆๆ เชนเชน โซโซเดยวคลอเดยวคลอไรดไรด แกรไฟตแกรไฟต โลหะบรสทธโลหะบรสทธ เปนตนเปนตน

1010 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ประเภทของของแขงประเภทของของแขง

Crystalline Amorphous

Page 6: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

1111 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ประเภทของผลกประเภทของผลก

ผลกสามารถจาแนกตามแรงยดเหนยวของอนภาคในผลกสามารถจาแนกตามแรงยดเหนยวของอนภาคในผลกไดผลกได 55 คอคอผลกไอออผลกไอออนกนก พลงงานยดเหนยวประมาณพลงงานยดเหนยวประมาณ 55--10 10 eVeV//โมเลกลโมเลกล เชนเชน โซเดยมคลอโซเดยมคลอไรดไรดผลกโควาเลนสผลกโควาเลนส พลงงานยดเหนยวประมาณพลงงานยดเหนยวประมาณ 10 10 eVeV//โมเลกลโมเลกล เชนเชน เพชรเพชรผลกไฮโดรเจนผลกไฮโดรเจน พลงงานยดเหนยวประมาณพลงงานยดเหนยวประมาณ 0.5 0.5 eVeV//โมเลกลโมเลกล เชนเชน นาแขงนาแขงผลกโมเลกลผลกโมเลกล พลงงานยดเหนยวประมาณพลงงานยดเหนยวประมาณ 0.1 0.1 eVeV//โมเลกลโมเลกล เชนเชน มมเธนเธน CHCH44

ผลกโลหะผลกโลหะ พลงงานยดเหนยวประมาณพลงงานยดเหนยวประมาณ 1~5 1~5 eVeV//โมเลกลโมเลกล เชนเชน โซเดยมโซเดยม

1212 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกผลกไออนกไออนก

ประกอบดวยไอออนบวกและลบจดเรยงตวกนประกอบดวยไอออนบวกและลบจดเรยงตวกนอยางเปนระเบยบอยางเปนระเบยบโดยทวไปไอออนทงสองมกมขนาดแตกตางกนโดยทวไปไอออนทงสองมกมขนาดแตกตางกน เชนเชน โซเดยวคลอโซเดยวคลอไรดไรดพนธะระหวางไอออนภายในผลกเกดจากการพนธะระหวางไอออนภายในผลกเกดจากการดงดดแบบไฟฟาดงดดแบบไฟฟาสถตยสถตย (electrostatic force) (electrostatic force) ซงมความแขงแรงซงมความแขงแรง ทาใหสารประกอบไอทาใหสารประกอบไอออนกออนกมมจดหลอมเหลวและเดอดสงจดหลอมเหลวและเดอดสงผลกไอผลกไอออนกออนกโดยทวไปมความแขงแตเปราะโดยทวไปมความแขงแตเปราะ

Page 7: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

1313 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกผลกไออนกไออนก

1414 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโควาเลนสผลกโควาเลนส

ในผลกอะตอมจะยดอยดวยกนดวยพนธะโควาในผลกอะตอมจะยดอยดวยกนดวยพนธะโควาเลนสเลนส ทแตกแขนงขยายออกเปนโครงรางแหทแตกแขนงขยายออกเปนโครงรางแหแบบแบบ 3 3 มตขนาดใหญมตขนาดใหญตวอยางการศกษาไดตวอยางการศกษาไดจากอยจากอยรปของคารบอนรปของคารบอน คอคอ เพชรเพชร และกและกราราไฟตไฟต

Page 8: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

1515 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโควาเลนสผลกโควาเลนส

คารบอนในเพชรคารบอนในเพชร แตละแตละอะตอมจะเกดพนธะกบอะตอมจะเกดพนธะกบอะตอมอนอกอะตอมอนอก 4 4 อะตอมอะตอม แบบแบบ tetrahedral tetrahedral ตดตอกนเปนโครงสรางแหตดตอกนเปนโครงสรางแห 3 3 มตมต ขนาดใหญในผลกขนาดใหญในผลก ทาใหเพชรมความทาใหเพชรมความแขงแกรงเปนพเศษแขงแกรงเปนพเศษ จดจดหลอมเหลวสงหลอมเหลวสง 35503550ooCC

3-dimension network

1616 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโควาเลนสผลกโควาเลนส

กราไฟตกราไฟต อะตอมของอะตอมของคารบอนมการจดเรยงตวเปนคารบอนมการจดเรยงตวเปนวงหกเหลยมวงหกเหลยม เชอมตดตอกนเชอมตดตอกนเปนแพเปนแพ เปนชนเปนชนคารบอนแตละอะตอมมคารบอนแตละอะตอมมไฮบรดไฮบรดไดไดเซซนเซซนแบบแบบ spsp22 ททเกดพนธะโควาเลนสกบอกเกดพนธะโควาเลนสกบอก 3 3 อะตอมอะตอม คารบอนอนทอยคารบอนอนทอยขางเคยงในระนาบเดยวกนขางเคยงในระนาบเดยวกน 2-dimension network

Page 9: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

1717 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโควาเลนสผลกโควาเลนส

ควอทซควอทซ (quartz), SiO(quartz), SiO22 ถอวาเปนถอวาเปนผลกโควาเลนสอกชนดหนงผลกโควาเลนสอกชนดหนงโครงสรางผลกมการจดอะตอมทโครงสรางผลกมการจดอะตอมทคลายคลงกบของอะตอมคารบอนในคลายคลงกบของอะตอมคารบอนในเพชรมากเพชรมาก ตางกนทจะมหนงอะตอมตางกนทจะมหนงอะตอมของออกซเจนอยระหวางของออกซเจนอยระหวาง 1 1 คของคของอะตอมของซลกอนอะตอมของซลกอนพนธะพนธะ SiSi--O O เปนแบบเปนแบบ polar polar ((เนองจากเนองจาก Si Si และและ O O มคามคา electronegativityelectronegativity ตางกนตางกน))SiOSiO22 มความแขงมากมความแขงมาก และมจดและมจดหลอมเหลวสงหลอมเหลวสง 16101610ooCC

1818 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโมเลกลผลกโมเลกล

ผลกชนดนอนภาคภายในผลกเปนโมเลกลมแรงดงดดผลกชนดนอนภาคภายในผลกเปนโมเลกลมแรงดงดดระหวางโมเลกลเปนแรงแวนระหวางโมเลกลเปนแรงแวนเดอรวาลลเดอรวาลล และและ//หรอพนธะหรอพนธะไฮโดรเจนไฮโดรเจนตวอยางเชนผลกโมเลกลตวอยางเชนผลกโมเลกล เชนเชน ของแขงของแขง SOSO22 ซงมแรงซงมแรงดงดดแบบดงดดแบบ dipoledipole--dipoledipoleนาแขงมโครงสรางแบบนาแขงมโครงสรางแบบ tetrahedral tetrahedral เชอมตอกนเชอมตอกนลกษณะแบบลกษณะแบบ 3 3 มตแรงดงดดระหวางโมเลกลเปนพนธะมตแรงดงดดระหวางโมเลกลเปนพนธะไฮโดรเจนไฮโดรเจนตวอยางผลกโมเลกลอนตวอยางผลกโมเลกลอน ๆๆ เชนเชน II22, P, P44, S, S8 8 ซงมแรงซงมแรงดงดดระหวางโมเลกลแบบดงดดระหวางโมเลกลแบบ London forceLondon force

Page 10: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

1919 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโมเลกลผลกโมเลกล

ผลกนาแขงผลกนาแขง

2020 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโมเลกลผลกโมเลกล

โดยทวไปโดยทวไป ((ยกเวนนาแขงยกเวนนาแขง)) โมเลกลตางโมเลกลตาง ๆๆ ในผลกจะในผลกจะพยายามจดตวใหใกลชดกนทสดเทาทชดไดตามขนาดพยายามจดตวใหใกลชดกนทสดเทาทชดไดตามขนาดและรปรางของโมเลกลและรปรางของโมเลกล และเนองจากแรงดงดดระหวางและเนองจากแรงดงดดระหวางโมเลกลเปนแรงทออนแอโมเลกลเปนแรงทออนแอ ทาใหผลกโมเลกลคอนขางทาใหผลกโมเลกลคอนขางจะแตกหกไดงายกวาผลกไอจะแตกหกไดงายกวาผลกไอออนกออนกและผลกโควาเลนสและผลกโควาเลนส และมจดเดอดตากวาและมจดเดอดตากวา 100100ooCCโดยทวไปแลวผลกโมเลกลเปนตวนาไฟฟาทเลวมากโดยทวไปแลวผลกโมเลกลเปนตวนาไฟฟาทเลวมากหรอไมนาไฟฟาเลยหรอไมนาไฟฟาเลย((ไมวาสภาพของแขงหรอไมวาสภาพของแขงหรอของเหลวของเหลว)) เนองจากแตละโมเลกลคงรกษาเอกลกษณเนองจากแตละโมเลกลคงรกษาเอกลกษณของตวเองอยโดยอเลกตรอนจากดทอยในเฉพาะแตละของตวเองอยโดยอเลกตรอนจากดทอยในเฉพาะแตละโมเลกลเทานนโมเลกลเทานน จงไมมอเลกตรอนเคลอนทจากจงไมมอเลกตรอนเคลอนทจากโมเลกลหนงไปยงโมเลกลอนโมเลกลหนงไปยงโมเลกลอน ๆๆ

Page 11: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

2121 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโลหะผลกโลหะ

โครงสรางของอเลกตรอนในโลหะโครงสรางของอเลกตรอนในโลหะ มความแตกตางจากมความแตกตางจากสารอนสารอน ๆๆ ทวาเลนสอเลกตรอนของแตละอะตอมไมไดทวาเลนสอเลกตรอนของแตละอะตอมไมไดอยเฉพาะอะตอมนนอยเฉพาะอะตอมนน ๆๆ แตสามารถเคลอนทไปยงแตสามารถเคลอนทไปยงอะตอมอนๆอะตอมอนๆ ไดได ทวทงผลกโลหะอยางอสระทวทงผลกโลหะอยางอสระ คลายกบคลายกบอยในทะเลอเลกตรอนอยในทะเลอเลกตรอนทาใหโลหะเปนตวนาไฟฟาทาใหโลหะเปนตวนาไฟฟาแรงดงดดระหวางไอออนบวกกบทะเลอเลกตรอนแรงดงดดระหวางไอออนบวกกบทะเลอเลกตรอนเรยกวาเรยกวา พนธะโลหะพนธะโลหะเปนพนธะทแขงแรงเปนพนธะทแขงแรง มจดหลอมละลายสงมจดหลอมละลายสง ความความหนาแนนสงหนาแนนสง เนองจากโครงสรางไอออนบวกในผลกมเนองจากโครงสรางไอออนบวกในผลกมการจดเรยงแบบประชดทสดการจดเรยงแบบประชดทสด (closets packed)(closets packed)

2222 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ผลกโลหะผลกโลหะ

ในผลกโลหะระนาบของอะตอมอาจเคลอนทบนในผลกโลหะระนาบของอะตอมอาจเคลอนทบนระนาบอนระนาบอน ๆไดงายๆไดงาย ทาใหโลหะมสมบตทหกงอทาใหโลหะมสมบตทหกงอไดได และสามารถตแผและรดเปนเสนไดและสามารถตแผและรดเปนเสนได

Page 12: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

2323 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก(Crystal Structure)(Crystal Structure)

2424 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การพสจนระบบผลกการพสจนระบบผลก

การพสจนระบบผลกจะไดโดยวธการพสจนระบบผลกจะไดโดยวธ X X--RayRay DiffractionDiffraction

Page 13: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

2525 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การพสจนระบบผลกการพสจนระบบผลก

2626 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระบบผลกระบบผลก (Crystal system)(Crystal system)

ผลกคอผลกคอ การเรยงตวของอนภาคอยางเปนการเรยงตวของอนภาคอยางเปนระเบยบทางเรขาคณตแบบสามมตระเบยบทางเรขาคณตแบบสามมต มมมตดมมมตดเฉพาะเฉพาะผลกถกจนตนาการวาสรางขนจากจดเลกผลกถกจนตนาการวาสรางขนจากจดเลก ๆๆ ตดตอแบบซาตดตอแบบซา ๆๆ กนโดยใหจดเลกกนโดยใหจดเลก ๆๆ นเปนจดนเปนจดแลตทซแลตทซ (lattice point)(lattice point)จดแลตทซอาจเปนตาแหนงของอนภาคจดแลตทซอาจเปนตาแหนงของอนภาค และแตและแตละจดแลตทซจะตองมสงแวดลอมเหมอนกบจดละจดแลตทซจะตองมสงแวดลอมเหมอนกบจดอนอน ๆๆ ในทศทางทเหมอนกนในทศทางทเหมอนกน

Page 14: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

2727 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระบบผลกระบบผลก (Crystal system)(Crystal system)

จดแลตทซในสามมตจดแลตทซในสามมตเรยกวาเรยกวา space lattice space lattice หรอหรอ crystal lattice crystal lattice ซงเรยกสนซงเรยกสน ๆๆ วาวา แลตแลตทชทช เมอโยงจดเมอโยงจดแลตทซในระนาบเดยวกนแลตทซในระนาบเดยวกน เรยกระนาบแลตทซซงเรยกระนาบแลตทซซงลกษณะเปนระนาบหลายๆลกษณะเปนระนาบหลายๆ ระนาบขนานกนระนาบขนานกน

2828 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก(Crystal Structure)(Crystal Structure)

โครงสรางผลกโครงสรางผลก (crystal structure)(crystal structure) ::โครงสรางผลกของวสดจะสรางขนบนโครงสรางผลกของวสดจะสรางขนบน Space latticeSpace latticeแตละจดในแตละจดใน lattice lattice จะแทนดวยหนงอะตอมจะแทนดวยหนงอะตอม หรอมากกวาในหรอมากกวาในลกษณะของการเรยงตวลกษณะของการเรยงตวจานวนและการเรยงตวของอะตอมทเกยวกบจานวนและการเรยงตวของอะตอมทเกยวกบ lattice lattice จะจะเรยกวาเรยกวา BasisBasis

แลตทซแลตทซ (lattice)(lattice) :: กลมของจดซงแตละจดมลกษณะกลมของจดซงแตละจดมลกษณะแวดลอมเหมอนกนในทกทศทางแวดลอมเหมอนกนในทกทศทางเบซสเบซส (basis) (basis) หรอหรอ โมทฟโมทฟ (motif)(motif) : : อะตอมอะตอม หรอหรอ ไอออนไอออน หรอกลมของอะตอมหรอไอออนหรอกลมของอะตอมหรอไอออน ทเรยงตวอยตามจดของทเรยงตวอยตามจดของแลตทซแลตทซ

Crystal structure = Lattice + BasisCrystal structure =Crystal structure = Lattice + BasisLattice + Basis

Page 15: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

2929 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก(Crystal Structure)(Crystal Structure)

ConvolutionConvolution

แนวคดของสวนประกอบของผลกแนวคดของสวนประกอบของผลก

3030 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก(Crystal Structure)(Crystal Structure)

== ++

ประกอบดวยประกอบดวย 2 2 สวนคอสวนคอแลตทซแลตทซ :: การเรยงตวของจดในพนทอนนตการเรยงตวของจดในพนทอนนตเบซสเบซสหรอหรอโมทฟโมทฟ :: อะตอมอะตอม ((Fe, CuFe, Cu), ),

ไอออนไอออน((CsCs++, , ClCl--), ), โมเลกลโมเลกล ( (CC22HH44))

Page 16: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

3131 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

หนวยเซลหนวยเซล((Unit cell)Unit cell)เปนหนวยทเลกทสดของแลตทซเปนหนวยทเลกทสดของแลตทซ ซงยงคงรกษาสมบตของผลกซงยงคงรกษาสมบตของผลกทงหมดทงหมดหนงผลกจะประกอบดวยหลายหนงผลกจะประกอบดวยหลายหนวยเซลทรวมตวกนหนวยเซลทรวมตวกนผลกของลกบาศกจะมหนวยเซลผลกของลกบาศกจะมหนวยเซลเปนรปลกบาศกเลกเปนรปลกบาศกเลก ๆๆ ทเหมอนกนทเหมอนกนเรยงตอกนทวผลกเรยงตอกนทวผลกการบอกรปทรงของผลกทาไดโดยการบอกรปทรงของผลกทาไดโดยการตงแกนใหความสมพนธกบการตงแกนใหความสมพนธกบรปรางภายนอกของผลกนนโดยรปรางภายนอกของผลกนนโดยกาหนดใหกาหนดให a, b a, b และและ c c เปนความเปนความยาวของดานในยาวของดานใน 3 3 มตของมตของหนวยเซลบนแกนหนวยเซลบนแกน x, y x, y และและ z z เรยกวาเรยกวา แกนครแกนครสแทลสแทลโลกราฟกโลกราฟก(crystallographic axes)(crystallographic axes)

3232 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

หนวยเซลหนวยเซล((Unit cell)Unit cell)

มมทอยระหวางมมทอยระหวาง b b และและ c c เรยกวาเรยกวา ααมมทอยระหวางมมทอยระหวาง c c และและ a a เรยกวาเรยกวา ββมมทอยระหวางมมทอยระหวาง a a และและ b b เรยกวาเรยกวา γγ

Page 17: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

3333 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

แลตทซแลตทซ((Lattice)Lattice)

รปแบบการเรยงตวรปแบบการเรยงตว 3 3 มตมต

3434 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ตาแหนงในแลตทซสามารถอธบายดวยเวกเตอรตาแหนงในแลตทซสามารถอธบายดวยเวกเตอรไดแกไดแก a, ba, b และและ cc

rruvwuvw==uuaa+v+vbb+w+wcc, , เมอเมอ u, v, wu, v, w เปนจานวนเตมเปนจานวนเตม

แลตทซแลตทซ((Lattice)Lattice)

aabb

cc

aabb

cc

Page 18: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

3535 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

รปแบบของผลกรปแบบของผลก((Crystal form)Crystal form)

การเรยงตวในหนวยเซลการเรยงตวในหนวยเซล

แลตทซพาแลตทซพารามเตอรรามเตอร((Lattice parameters)Lattice parameters)มตของดานของหนวยเซลมตของดานของหนวยเซลมมระหวางดานของหนวยเซลมมระหวางดานของหนวยเซล

3636 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

หนวยเซลหนวยเซล((Unit cell)Unit cell)

การใชความสมมาตรของการใชความสมมาตรของหนวยเซลสามารถแบงแลตทซหนวยเซลสามารถแบงแลตทซ ออกเปนกลมไดออกเปนกลมได ซงเราเรยกวาซงเราเรยกวาการดาเนนการสมมาตรการดาเนนการสมมาตร(symmetry operation)(symmetry operation)Symmetry operation Symmetry operation เปนวธเปนวธหนงหลงจากไดกระทาแลวหนงหลงจากไดกระทาแลวบรเวณรอบๆผลกไมเปลยนแปลงบรเวณรอบๆผลกไมเปลยนแปลงการดาเนนการสมมาตรมการดาเนนการสมมาตรม 4 4 ประเภทคอประเภทคอ

การเคลอนยายการเคลอนยายการหมนการหมนการสะทอนการสะทอนการกลบการกลบ

Page 19: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

3737 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การดาเนนการสมมาตรการดาเนนการสมมาตร(symmetry operation)(symmetry operation)

SymmetrySymmetry OperationsOperations ((CambridgeCambridge MaterialsMaterials WorldWorld).).

3838 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การดาเนนการสมมาตรการดาเนนการสมมาตร(symmetry operation)(symmetry operation)

ถาวตถมการเคลอนยายแถวถาวตถมการเคลอนยายแถวของจดทไดจากการของจดทไดจากการเคลอนยายคอเคลอนยายคอ แลตทซแลตทซ และและจดแตละจดคอจดแตละจดคอ จดแลตทซจดแลตทซ (lattice point)(lattice point)วตถทมสมมาตรการหมนวตถทมสมมาตรการหมน(rotation symmetry) (rotation symmetry) รอบรอบแกนแกน คอคอ ถาหลงจากหมนไปถาหลงจากหมนไปเปนมมเปนมม θθ แลวมบรเวณรอบๆแลวมบรเวณรอบๆ มนเหมอนกอนการหมนมนเหมอนกอนการหมน

Page 20: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

3939 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การดาเนนการสมมาตรการดาเนนการสมมาตร(symmetry operation)(symmetry operation)

ถาวตถมการเคลอนยายแถวถาวตถมการเคลอนยายแถวของจดทไดจากการของจดทไดจากการเคลอนยายคอเคลอนยายคอ แลตทซแลตทซ และและจดแตละจดคอจดแตละจดคอ จดแลตทซจดแลตทซ (lattice point)(lattice point)วตถทมสมมาตรการหมนวตถทมสมมาตรการหมน(rotation symmetry) (rotation symmetry) รอบรอบแกนแกน คอคอ ถาหลงจากหมนไปถาหลงจากหมนไปเปนมมเปนมม θθ แลวมบรเวณรอบๆแลวมบรเวณรอบๆ มนเหมอนกอนการหมนมนเหมอนกอนการหมน

4040 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การดาเนนการสมมาตรการดาเนนการสมมาตร(symmetry operation)(symmetry operation)

วตถทมสมมาตรการสะทอนวตถทมสมมาตรการสะทอน คอคอ ถาหลงจากการสะทอนถาหลงจากการสะทอนตามเสนตามเสน((กรณกรณ 2 2 มตมต)) หรอหรอระนาบระนาบ ( (3 3 มตมต) ) มนยงคงไมมนยงคงไมเปลยนเปลยนวตถทมสมมาตรการหมนการวตถทมสมมาตรการหมนการกลบกลบ คอคอ ถาหลงจากมนกลบถาหลงจากมนกลบผานจดแลวมการเปลยนจากผานจดแลวมการเปลยนจากระบบซายมอเปนระบบระบบซายมอเปนระบบขวามอขวามอ

Page 21: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

4141 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ตวอยางการจดเรยงของหนวยเซลตวอยางการจดเรยงของหนวยเซล

4242 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระบบผลกระบบผลก (Crystal system)(Crystal system)

บราเวยสบราเวยส ((BravaisBravais)) ไดสรปจากไดสรปจากการรวมกลมจดและกลมการการรวมกลมจดและกลมการเคลอนยายไดวาเคลอนยายไดวา แลตทซทเกดขนแลตทซทเกดขนมเพยงมเพยง 14 14 ชนดชนด ซงแลตทซทงซงแลตทซทง 14 14 แบบเรยกวาแบบเรยกวา แลตทแลตทซบราซบราเวยสเวยส((BravaisBravais lattice)lattice) และสามารถและสามารถจดจาพวกไดทงหมดจดจาพวกไดทงหมด 7 7 ระบบระบบ

BravaisBravais : 1848: 1848

Page 22: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

4343 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระบบผลกระบบผลก (Crystal system)(Crystal system)

7 7 ระบบผลกระบบผลกอธบายดวยอธบายดวยแลตทซพาแลตทซพารามเตอรรามเตอร

a, b, ca, b, cαα, , ββ, , γγ

14 14 รปแบบของรปแบบของแลตทแลตทซบราซบราเวยสเวยสพนฐานของการจดเรยงตวของอะตอมสรางจากจดพนฐานของการจดเรยงตวของอะตอมสรางจากจดแลตทซแลตทซมจานวนของอะตอมไดไมจากดในหนงหนวยเซลมจานวนของอะตอมไดไมจากดในหนงหนวยเซล

aa

bb

cc

ββ αα

γγ

4444 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

14 14 รปแบบของรปแบบของแลตทชบแลตทชบราราเวยสเวยส ((BRAVAISBRAVAIS LATTICESLATTICES ))

Page 23: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

4545 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Cubic systemCubic system

4646 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การนบจานวนอะตอมในหนวยเซลการนบจานวนอะตอมในหนวยเซล

Page 24: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

4747 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Cubic SystemCubic System

a=b=ca=b=c αα==ββ==γγ=90=9000

3 3 BravaisBravais latticeslattices

Simple / primitive FaceSimple / primitive Face--centered Bodycentered Body--centeredcentered

4848 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Cubic SystemCubic System

a=b=ca=b=c αα==ββ==γγ=90=9000

3 3 BravaisBravais latticeslattices

cIcIIIBodyBody--centeredcentered

cFcFFFFaceFace--centeredcentered

cPcPPPSimpleSimple

PearsonPearsonHermannHermann--MauguinMauguinSymbolSymbol

Page 25: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

4949 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Tetragonal SystemTetragonal System

a=a=bb≠≠cc αα==ββ==γγ=90=9000

2 2 BravaisBravais latticeslattices

SimpleSimple BodyBody--centeredcentered

5050 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Tetragonal SystemTetragonal System

a=a=bb≠≠cc αα==ββ==γγ=90=9000

2 2 BravaisBravais latticeslattices

tItIIIBodyBody--centeredcentered

tPtPPPSimpleSimple

PearsonPearsonHermannHermann--MauguinMauguinSymbolSymbol

Page 26: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

5151 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Orthorhombic SystemOrthorhombic System

a a ≠≠ bb≠≠cc αα==ββ==γγ=90=9000

4 4 BravaisBravais latticeslattices

Simple Based-centered Face-centered Body-centered

5252 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Orthorhombic SystemOrthorhombic System

a a ≠≠ bb≠≠cc αα==ββ==γγ=90=9000

4 4 BravaisBravais latticeslattices

oFoFFFFaceFace--centeredcentered

oCoCCCBasedBased--centeredcentered

oIoIIIBodyBody--centeredcentered

oPoPPPSimpleSimple

PearsonPearsonHermannHermann--MauguinMauguinSymbolSymbol

Page 27: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

5353 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Rhombohedra SystemRhombohedra System

a=b=ca=b=c αα==ββ==γγ ≠≠ 909000

1 1 BravaisBravais latticeslattices

hRhRRRSimpleSimple

PearsonPearsonHermannHermann--MauguinMauguinSymbolSymbol

5454 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Hexagonal SystemHexagonal System

a a == bb≠≠cc αα==ββ=90=9000 γγ=120=12000

1 1 BravaisBravais latticeslattices

hPhPR R oror CCSimpleSimple

PearsonPearsonHermannHermann--MauguinMauguinSymbolSymbol

Page 28: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

5555 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Monoclinic SystemMonoclinic System

a a ≠≠ bb≠≠cc αα==γγ=90=900 0 ββ ≠≠ 12012000

2 2 BravaisBravais latticeslattices

mCmCCCBasedBased--centeredcentered

mPmPPPSimpleSimple

PearsonPearsonHermannHermann--MauguinMauguinSymbolSymbol

Simple Based-centered

5656 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Triclinic SystemTriclinic System

a a ≠≠ bb≠≠cc αα ≠≠ γγ ≠≠ ββ ≠≠ 909000

1 1 BravaisBravais latticeslattices

aPaPPPSimpleSimple

PearsonPearsonHermannHermann--MauguinMauguinSymbolSymbol

Simple

Page 29: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

5757 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การจดเรยงของอนภาคในผลกการจดเรยงของอนภาคในผลก

ในธรรมชาตผลกมการจดเรยงอนภาคในในธรรมชาตผลกมการจดเรยงอนภาคในลกษณะทเปนแถวของอะตอมลกษณะทเปนแถวของอะตอม ((หรอโมเลกลหรอโมเลกล หรอไอออนหรอไอออน)) เรยงตดตอกนและทบกนเปนชนเรยงตดตอกนและทบกนเปนชน ๆๆ เกดโครงสรางไดเกดโครงสรางได 2 2 ประเภทคอประเภทคอโครงสรางแบบชดทสดโครงสรางแบบชดทสด (closest packed (closest packed structure)structure)โครงสรางแบบไมชดทสโครงสรางแบบไมชดทส (non(non-- closest packed closest packed structure)structure)

5858 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางแบบชดทสดโครงสรางแบบชดทสด

อนภาคทมการเรยงในลกษณะนจะเรยงสมผสชดกนอนภาคทมการเรยงในลกษณะนจะเรยงสมผสชดกน มมความหนาแนนมากทสดความหนาแนนมากทสดพบในบรรดาโลหะเกอบทงหมดพบในบรรดาโลหะเกอบทงหมดการเรยงโครงสรางแบบชดทสดการเรยงโครงสรางแบบชดทสด แบงออกไดแบงออกได 2 2 แบบคอแบบคอโครงสรางชดทสดแบบรปโครงสรางชดทสดแบบรปเฮกเฮกซะซะโกนอลโกนอล(hexagonal (hexagonal closestclosest--packed structure)packed structure)โครงสรางชดทสดแบบรปลกบาศกโครงสรางชดทสดแบบรปลกบาศก(cubic closest(cubic closest--packed packed structure, structure, ccpccp หรอหรอ facfac center cubic, center cubic, fccfcc))

Page 30: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

5959 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การเรยงลกทรงกลมแบบชดทสดการเรยงลกทรงกลมแบบชดทสด

a a a a

a a a a a

a a a a

c c c c

c c c

b b b

b b b bb c

ลกทรงกลมจะมจดศนยกลางอยบนระนาบเดยวกนลกทรงกลมจะมจดศนยกลางอยบนระนาบเดยวกน ทรงทรงกลมหนงลกถกลอมดวยทรงกลมอนกลมหนงลกถกลอมดวยทรงกลมอน 6 6 ลกลก เรยกเรยกตาแหนงททรงกลมเหลานนอยวาตาแหนงททรงกลมเหลานนอยวา ““aa””

6060 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การเรยงลกทรงกลมแบบชดทสดการเรยงลกทรงกลมแบบชดทสด

a a a a

a a a a a

a a a a

c c c c

c c c

b b b

b b b bb c

ระนาบนจดเปนชนทระนาบนจดเปนชนท 1 1 ระหวางทรงกลมระหวางทรงกลม 3 3 ลกทลกทชดกนทสดจะพบวามชองวางชดกนทสดจะพบวามชองวาง 2 2 ลกษณะคอลกษณะคอ b b และและ cc

Page 31: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

6161 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

a a a a

a a a a a

a a a a

c c c c

c c c

b b b

b b b b

การเรยงลกทรงกลมแบบชดทสดการเรยงลกทรงกลมแบบชดทสด

b c

ในการวางชนท 2 พบวาถาวางในตาแหนงขางบน b กไมสามารถวางบนตาแหนง c ทอยตดได และถาวางท c กไมสามารถวางท b ไดการวางชนท 2 จะตองวางทตาแหนง b หรอ c อยางใดอยางหนงถาหากวางชนท 3 ตองเลอกวาจะวางใหตรงกบตาแหนง a หรอ c อยางใดอยางหนง

6262 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การเรยงลกทรงกลมแบบชดทสดการเรยงลกทรงกลมแบบชดทสด

แบบทแบบท 11 ถาวางทรงกลมในชนถาวางทรงกลมในชนทท 3 3 ใหตรงกบใหตรงกบ a a ((ชนทชนท 2 2 วางวางทท bb)) โดยในชนตอโดยในชนตอ ๆๆ กจะตรงกจะตรงกบตาแหนงกบตาแหนง b a b b a b …… ลาดบลาดบของการเรยงทรงกลมจงเปนของการเรยงทรงกลมจงเปนแบบแบบ ABAB ABABAB AB…… ซงเรยกวาซงเรยกวาเปนการจดเรยงอนภาคแบบชดเปนการจดเรยงอนภาคแบบชดทสดรปทสดรปเฮกเฮกซะซะโกนอลโกนอล

Page 32: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

6363 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การเรยงลกทรงกลมแบบชดทสดการเรยงลกทรงกลมแบบชดทสด

แบบทแบบท 22 ถาวางทรงกลมในชนถาวางทรงกลมในชนทท 3 3 ใหตรงกบใหตรงกบ c c ((ชนทชนท 2 2 วางวางทท bb)) โดยในชนตอโดยในชนตอ ๆๆ กจะตรงกจะตรงกบตาแหนงกบตาแหนง abcabc abcabc…… ลาดบลาดบของการเรยงทรงกลมจงเปนของการเรยงทรงกลมจงเปนแบบแบบ ABC ABC ABCABC…… ซงเรยกวาซงเรยกวาเปนการจดเรยงอนภาคแบบชดเปนการจดเรยงอนภาคแบบชดทสดรปลกบาศกทสดรปลกบาศก

6464 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางแบบชดทสดโครงสรางแบบชดทสด

Page 33: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

6565 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก (Crystal structure)(Crystal structure)

โครงสรางผลกโครงสรางผลก ::โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ FCCFCCโครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ BCCBCCโครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ HCPHCP

6666 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ FCC (Face Center Cubic)FCC (Face Center Cubic)

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ FCC FCC Al, Ca, Ni, Cu, Sr, Rh, Pd, Al, Ca, Ni, Cu, Sr, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt, Au, Pb, Ce, Ag, Ir, Pt, Au, Pb, Ce, YtYt

Page 34: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

6767 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ FCC (Face Center Cubic)FCC (Face Center Cubic)

a= 2Ra= 2R√√22RR

aa

aa

aa4R4Raa

aa

6868 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ FCC (Face Center Cubic)FCC (Face Center Cubic)

ระนาบทชดทสดระนาบทชดทสด((CloseClose--packedpacked planesplanes)) == (1(1 11 1)1)ทศทางทชดทสดทศทางทชดทสด((CloseClose--packedpacked directiondirection)) == [1[1 11 1]1]ลาดบการซอนทบลาดบการซอนทบ((StackingStacking sequencesequence)) == AABBCCAABBCCAABBCC ......ลกบาศกลกบาศก((CubicCubic):): aa == bb ==cc,, αα == ββ == γγ == 9090°°44 อะตอมตออะตอมตอ 1 1 unitunit cellcell:: (0,(0, 0,0, 0)0) (0,(0, 1/2,1/2, 1/2)1/2) (1/2,(1/2, 0,0, 1/2)1/2)

(1/2,(1/2, 1/2,1/2, 0)0)

Page 35: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

6969 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ FCC (Face Center Cubic)FCC (Face Center Cubic)

7070 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ FCC (Face Center Cubic)FCC (Face Center Cubic)

จานวนพกดจานวนพกด((coordination number, CN) coordination number, CN) = = จานวนของอะตอมจานวนของอะตอมทอยใกลซงกคออะตอมทมพนธะทอยใกลซงกคออะตอมทมพนธะ== จานวนของอะตอมทสมผสจานวนของอะตอมทสมผสกนกน,, CN = 12CN = 12จานวนอะตอมตอจานวนอะตอมตอ unit cell, n = 4unit cell, n = 4. . ((สาหรบอะตอมทแบงบนสาหรบอะตอมทแบงบนใหกบใหกบ unit cells unit cells อนทใกลกนอนทใกลกน เราสามารถหาไดจากเราสามารถหาไดจาก 1 1//ปรมาตรปรมาตร))ในใน FCC unit cell FCC unit cell จะไดวาจะไดวา::

6 6 อะตอมทผวหนาแชรใหอะตอมทผวหนาแชรให 2 Unit cells2 Unit cells : 6 x 1/2 = 3: 6 x 1/2 = 38 8 อะตอมทมมแชรใหอะตอมทมมแชรให 8 Unit cells8 Unit cells : 8 x 1/8 = 1: 8 x 1/8 = 1

คาการอดตวของอะตอมคาการอดตวของอะตอม((Atomic packing factor, APF)Atomic packing factor, APF) = = สวนยอยของปรมาตรทเกดขนดวยทรงกลมสวนยอยของปรมาตรทเกดขนดวยทรงกลม== ((ผลรวมของผลรวมของปรมาตรของอะตอมปรมาตรของอะตอม)/()/(ปรมาตรของปรมาตรของ Unit cellUnit cell)) = 0.74= 0.74 ((คาสงสดคาสงสดทเปนไปไดทเปนไปได))

APFR

R= =

4 4 3

4 20 74

3

3

[ / ]

[ / ].

π

Page 36: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

7171 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ BCC (Body Center Cubic)BCC (Body Center Cubic)

a= 4R/a= 4R/√√33Na, K, V, Cr, Fe, Rb, Nb, Mo, Na, K, V, Cr, Fe, Rb, Nb, Mo, Cs, Ba, Eu, Ta, W Cs, Ba, Eu, Ta, W

a

a

a

RR

7272 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ BCC (Body Center Cubic)BCC (Body Center Cubic)

NONNON--CLOSECLOSE--PACKEDPACKED

Page 37: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

7373 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกแบบโครงสรางผลกแบบ BCC (Body Center Cubic)BCC (Body Center Cubic)

จานวนพกดจานวนพกด((coordination number, CN) = 8coordination number, CN) = 8จานวนอะตอมตอจานวนอะตอมตอ unit cell, n = 2unit cell, n = 2อะตอมตรงกลางอะตอมตรงกลาง ( (1) 1) ไมไดแชรกบไมไดแชรกบUnit cells Unit cells อนอน :: 1 x 1 = 11 x 1 = 18 8 อะตอมทมมโดยแชรกบอกอะตอมทมมโดยแชรกบอก 8 Unit cells: 8 x 1/8 = 18 Unit cells: 8 x 1/8 = 1

คาการอดตวของอะตอมคาการอดตวของอะตอม,, APFAPF = 0.68= 0.68

อะตอมตรงกลางและมมจะเทยบเทากนอะตอมตรงกลางและมมจะเทยบเทากน((equivalent)equivalent)

68.0]3/4[

]3/4[23

3

==R

RAPF

π

7474 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก HCP (Hexagonal CloseHCP (Hexagonal Close--Packed)Packed)

HCP HCP หนงในระบบผลกหนงในระบบผลกของวสดกลมโลหะของวสดกลมโลหะมหกอะตอมทมมหกมหกอะตอมทมมหกเหลยมและมอกหนงเหลยมและมอกหนงอะตอมตรงกลางอะตอมตรงกลางBe, Mg, Ti, Co, Zn, Y, Be, Mg, Ti, Co, Zn, Y, ZrZr, , TcTc, , RuRu, , CdCd, , GdGd, , Tb, Tb, DyDy, Ho, , Ho, ErEr, Tm, , Tm, Lu, Lu, HfHf, Re, Os, , Re, Os, ThThhave this crystal have this crystal structurestructure

Page 38: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

7575 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก HCP (Hexagonal CloseHCP (Hexagonal Close--Packed)Packed)

ระนาบทฐานระนาบทฐาน (0001)(0001) คอคอ ระนาบทชดทสดระนาบทชดทสด((closeclose packedpacked))ทศทางทชดทสดคอทศทางทชดทสดคอ [0001][0001]ลาดบการซอนทบลาดบการซอนทบ((StackingStacking sequencesequence)) == AABBAABBAABB ......รปทรงหกเหลยมรปทรงหกเหลยม((HexagonalHexagonal):): aa == bb,, cc == 1.631.63aa,,

αα==ββ = = 9090°°,, γγ == 120120°°22 อะตอมตออะตอมตอ Unit cell Unit cell ทตาแหนงทตาแหนง:: (0,(0, 0,0, 0)0) (2/3,(2/3, 1/3,1/3, 1/2)1/2)

7676 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก HCP (Hexagonal CloseHCP (Hexagonal Close--Packed)Packed)

ลกษณะของการเรยงตวของลกษณะของการเรยงตวของ HCP HCP ในแตละชนในแตละชน (layer)(layer)ชนทชนท 11 เปนชนของการเรยงตวของอะตอมในลกษณะหกเปนชนของการเรยงตวของอะตอมในลกษณะหกเหลยมเหลยม

Page 39: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

7777 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก HCP (Hexagonal CloseHCP (Hexagonal Close--Packed)Packed)

ชนทชนท 2 :2 :

ชองวางทเปนหลมระหวางชนเตมชองวางทเปนหลมระหวางชนเตมดวยทรงกลมไมไดดวยทรงกลมไมไดทาใหเกดชองวางทาใหเกดชองวาง ( (holes) holes) ททแตกตางกนเรยกวาแตกตางกนเรยกวา ตาแหนงการตาแหนงการแทรกตวแทรกตว(interstitial site)(interstitial site)ชองวางแบบออกชองวางแบบออกตะฮดรอลตะฮดรอล((OOctahedralctahedral; ; OO)) จะมอะตอมจะมอะตอมจานวนจานวน 6 6 อะตอมทประชดโพรงนอะตอมทประชดโพรงน ชองวางแบบเตชองวางแบบเตตระฮดรอลตระฮดรอล((TTetrahedraletrahedral; ; TT±±)) จะมอะตอมจะมอะตอมจานวนจานวน 4 4 อะตอมทประชดโพรงนอะตอมทประชดโพรงน

((PP = = spheresphere,, O O == octahedraloctahedral holehole,, TT++ // TT-- == tetrahedraltetrahedral holesholes) )

7878 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ชองวางในผลกชองวางในผลก HCPHCP

Page 40: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

7979 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ชองวางในผลกชองวางในผลก HCPHCP

ชองวางเตชองวางเตตระฮดรอลตระฮดรอลมขนาดทเลกกวาออกมขนาดทเลกกวาออกตะฮดรอลตะฮดรอล แตจานวนแตจานวนมากกวาเปนมากกวาเปน 2 2 เทาเทา โดยทรงโดยทรงกลมลหหกลมลหหนงจะลอมรอบดวยนงจะลอมรอบดวยชองวางเตชองวางเตตะฮดรอลตะฮดรอล 8 8 ชองชองเนองจากชองวางเตตระอเนองจากชองวางเตตระอดรอลดรอลมทรงกลมลอมรอบมทรงกลมลอมรอบ 4 4 ลกลก นนคอนนคอจะเกดชองวางเตจะเกดชองวางเตตระฮดรอลตระฮดรอล 2 2 ชองตอทรงกลมชองตอทรงกลม 1 1 ลกลกขณะเดยวกนทรงกลมแตละลกลอมรอบดวยชองวางออกขณะเดยวกนทรงกลมแตละลกลอมรอบดวยชองวางออกตะฮตะฮดรอลดรอล 6 6 ชองชอง แตละชองวางออกแตละชองวางออกตะฮดรอลตะฮดรอลมทรงกลมมทรงกลม 6 6 ลกลก ดงนนจะเกดชองวางออกดงนนจะเกดชองวางออกตะฮดรอลตะฮดรอล 1 1 ชองชอง ตอทรงกลมตอทรงกลม 1 1 ลกลก

8080 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก HCPHCPHexagonal CloseHexagonal Close--PackedPacked

ชนทชนท 3 :3 :ในชนทในชนท 3 3 สามารถเรยงลาดบไดสามารถเรยงลาดบได 2 2 แบบแบบคอคอ

ลาดบชนการเรยงแบบลาดบชนการเรยงแบบ AABBAAลาดบชนการเรยงแบบลาดบชนการเรยงแบบ AABBCC

HCP FCC

Page 41: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

8181 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก HCP (Hexagonal CloseHCP (Hexagonal Close--Packed)Packed)

8282 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โครงสรางผลกโครงสรางผลก HCP (Hexagonal CloseHCP (Hexagonal Close--Packed)Packed)

Unit cell Unit cell มม 2 2 แลตแลตทชพารามเตอรคอทชพารามเตอรคอ a a และและ c c. . อตราสวนอดมคตอตราสวนอดมคต((Ideal ratio) c/a = 1.633Ideal ratio) c/a = 1.633

จานวนพกดจานวนพกด((coordination number, CN) =coordination number, CN) = 12 12 ((เหมอนกบเหมอนกบ FCC FCC))จานวนอะตอมตอจานวนอะตอมตอ 1 unit cell, n = 61 unit cell, n = 6. . 3 3 อะตอมทระนาบตรงกลางไมไดแชรกบอะตอมทระนาบตรงกลางไมไดแชรกบ unit cells unit cells อนอน:: 3 x 1 = 33 x 1 = 312 12 อะตอมทมมและแชรกบอะตอมทมมและแชรกบ 6 unit cells 6 unit cells อนอน :: 12 x 1/6 = 212 x 1/6 = 22 2 อะตอมดานบนอะตอมดานบน//ดานลางและแชรกบดานลางและแชรกบ 2 unit cells : 2 x 1/2 = 12 unit cells : 2 x 1/2 = 1

คาการอดตวของอะตอมคาการอดตวของอะตอม,, APFAPF = 0.74= 0.74 ((เหมอนกบเหมอนกบ FCC FCC))ทกทก ๆๆ อะตอมคอคาเทยบเทากนอะตอมคอคาเทยบเทากน

Page 42: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

8383 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โพลโพลมอรฟซมมอรฟซม((Polymorphism) Polymorphism) และและอลโลอลโลโทรปโทรป((Allotropic)Allotropic)

PolymorphismPolymorphism: : วสดทเหมอนกนแตมหลายรปแบบของผลกทวสดทเหมอนกนแตมหลายรปแบบของผลกทแตกตางกนแตกตางกน หรอปรากฏการณทสสารสามารถเปลยนแปลงระบบหรอปรากฏการณทสสารสามารถเปลยนแปลงระบบผลกไดเมออณหภมเปลยนผลกไดเมออณหภมเปลยนAllotropicAllotropic: : วสดเชนวสดเชนธาตบธาตบรรสทธสทธ หรอวสดทางวศวกรรมจะมกลายหรอวสดทางวศวกรรมจะมกลายปรบเปลยนรปแบบของโครงสรางผลกจากรปแบบผลกหนงไปสปรบเปลยนรปแบบของโครงสรางผลกจากรปแบบผลกหนงไปสอกรปแบบผลกหนงเมอสภาวะอานวยอกรปแบบผลกหนงเมอสภาวะอานวย

ตวอยางเชนตวอยางเชน คารบอนทมการเปลยนแปลงรปแบบโครงสรางผลกจากเพชรคารบอนทมการเปลยนแปลงรปแบบโครงสรางผลกจากเพชร((diamond) diamond) ไปสกไปสกราราไฟตไฟต((graphite) graphite) เมออยภายใตสภาวะความดนตาและเมออยภายใตสภาวะความดนตาและความรอนสงความรอนสง

การเปลยนโครงสรางผลกของเหลกจากการเปลยนโครงสรางผลกของเหลกจาก BCC BCC ทอณหภมหองไปเปนทอณหภมหองไปเปน FCC FCC ทอณหภมทอณหภม 912 912ooC C

การเปลยนแปลงนจะรวมถงการเปลยนแปลงเชงปรมาตรดวยการเปลยนแปลงนจะรวมถงการเปลยนแปลงเชงปรมาตรดวย

8484 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

โพลโพลมอรฟซมมอรฟซม((Polymorphism) Polymorphism) และและอลโลอลโลโทรปโทรป((Allotropic)Allotropic)

การเปลยนแปลงผลกของเหลกการเปลยนแปลงผลกของเหลก การเปลยนแปลงผลกของเพชรการเปลยนแปลงผลกของเพชร

Page 43: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

8585 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ตาแหนงอะตอมในหนวยเซลตาแหนงอะตอมในหนวยเซล

อธบายจากมตของแกนของหนวยเซลอธบายจากมตของแกนของหนวยเซลคาตาสดเทากบคาตาสดเทากบ 0 0 และคาสงสดเทากบและคาสงสดเทากบ 11

ZZ

xx

yy00 11

8686 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ตาแหนงอะตอมในหนวยเซลของตาแหนงอะตอมในหนวยเซลของ cPcP

Simple cubic (sc) Simple cubic (sc) cPcPAtomic position at Atomic position at 0,0,00,0,0

ZZ

xx

yy00 11

ZZ

xx

yy

Page 44: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

8787 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ตาแหนงอะตอมในหนวยเซลของตาแหนงอะตอมในหนวยเซลของ cIcI

BodyBody--centered cubic (bcc) centered cubic (bcc) cIcIAtomic position at Atomic position at 0,0,00,0,0 and and ½½, , ½½, , ½½

ZZ

xx

yy00 11

ZZ

xx

yy

8888 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Atomic position in Atomic position in cFcF

FaceFace--centered cubic (centered cubic (fccfcc) ) cFcFAtomic position at Atomic position at 0,0,00,0,0 and and ½½, , ½½,0 ,0 ½½,0,0,,½½andand 0,0,½½,,½½

ZZ

xx

yy00 11

ZZ

xx

yy

Page 45: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

8989 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

Atomic position in Atomic position in mCmC

BodyBody--centered monoclinic centered monoclinic mCmCAtomic position at Atomic position at 0,0,00,0,0 and and ½½, , ½½,0,0

ZZ

xx

yy00 11

ZZ

yy

xx

9090 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางของทศทางของ LatticeLattice

ทศทางในทศทางใน LatticeLattice ::การระบทศทางในการระบทศทางใน lattice lattice จะเขยนแทนดวยสญลกษณจะเขยนแทนดวยสญลกษณ [u v [u v w] w] หรอเรยกวาหรอเรยกวา ดชนดชนมลเลอรมลเลอร (miller indices) (miller indices) โดยจะใชโดยจะใชเครองหมายเครองหมาย ““[[……]]”” แตจะไมมเครองหมายแตจะไมมเครองหมาย ““,,”” คนคนการระบทศทางจะเรมตนจากจกกาเนดคอการระบทศทางจะเรมตนจากจกกาเนดคอ 0,0,0 0,0,0 การระบทศทางของการระบทศทางของ lattice lattice นนจะใชหลกการของเวกเตอรนนจะใชหลกการของเวกเตอร

R R coscosφφ

RR

φφ

R cos(90R cos(90--φφ))

Page 46: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

9191 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางของทศทางของ LatticeLatticeตวอยางการระบทศทางตวอยางการระบทศทางComponent :Component :X = a X = a coscos 90 = 090 = 0Y = a Y = a coscos 90 = 090 = 0Z = a Z = a coscos 0 = a0 = aMiller index : [001]Miller index : [001]

Component :Component :X = a X = a coscos 90 = 090 = 0Y = a Y = a coscos 0 = a0 = aZ = a Z = a coscos 90 = 090 = 0Miller index : [010]Miller index : [010]

Component :Component :X = a X = a coscos 0 = a0 = aY = a Y = a coscos 90 = 090 = 0Z = a Z = a coscos 90 = 090 = 0Miller index : [100]Miller index : [100]

XX

YY

ZZ

Family : <100> <010> <001>Family : <100> <010> <001>

9292 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางของทศทางของ LatticeLattice

ตวอยางการระบทศทางตวอยางการระบทศทางComponent :Component :X = aX = aY = 0Y = 0Z = aZ = aMiller index : [101]Miller index : [101]

Component :Component :X = 0X = 0Y = aY = aZ = aZ = aMiller index : [011]Miller index : [011]

Component :Component :X = aX = aY = aY = aZ = 0Z = 0Miller index : [110]Miller index : [110]

XX

YY

ZZ

Page 47: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

9393 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางของทศทางของ Lattice Lattice -- ตอตอ

ตวอยางการระบตวอยางการระบทศทางทศทาง

Component :Component :X = 0X = 0Y = Y = --aaZ = Z = --aaMiller index :Miller index : ]110[

XX

YY

ZZ

Component :Component :X = X = --aaY = 0Y = 0Z = Z = --aaMiller index : Miller index :

]101[

Component :Component :X = aX = aY = aY = aZ = 0Z = 0Miller index : Miller index : ]011[

Family : <110> <011> <101>Family : <110> <011> <101>

9494 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางของทศทางของ Lattice Lattice -- ตอตอ

ตวอยางการระบทศทางตวอยางการระบทศทาง

Component :Component :X = X = --aaY = Y = --aaZ = Z = --aaMiller index :Miller index : ]111[

XX

YY

ZZ

Component :Component :X = aX = aY = aY = aZ = aZ = aMiller index : Miller index : ]111[

Family : <111>Family : <111>

Page 48: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

9595 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางของทศทางของ LatticeLattice

การกาหนดกลมของทศทางการกาหนดกลมของทศทาง (family of direction) :(family of direction) :จะใชสญลกษณจะใชสญลกษณ <<u v w> u v w> เปนตวกาหนดเปนตวกาหนด<1 1 1> <1 1 1> ประกอบดวยทศทางดงนคอประกอบดวยทศทางดงนคอ

ทศทางอนทศทางอน ๆๆ เชนเชน [3 2 4] [3 2 4] จะไดวาตาแหนงจะไดวาตาแหนง X=3/4, Y=2/4, Z=4/4 X=3/4, Y=2/4, Z=4/4 หรอหรอ ( (3/4, 1/2, 1)3/4, 1/2, 1)

]111][111][111][111][111][111][111][111[

X=3/4X=3/4

Y=1/2Y=1/2

Z=1Z=1

[3 2 4][3 2 4]

9696 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางทสมมลกนทศทางทสมมลกน((Family of directionFamily of direction))

Note : in cubic system only![111] is normal to (111) ; [100] is normal to (100), etc.

Page 49: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

9797 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบในระนาบใน Unit cellUnit cell

การระบระนาบของการระบระนาบของ lattice :lattice :จะระบโดยการใชสญลกษณจะระบโดยการใชสญลกษณ (h k l) (h k l) คอคอ ดชนดชนมลเลอรมลเลอรจดทระนาบใดจดทระนาบใด ตดแกนผลกจะไดมาจากคาสวนกลบของดชนตดแกนผลกจะไดมาจากคาสวนกลบของดชนมลเลอรมลเลอร เชนเชนระนาบระนาบ (0 1 0) (0 1 0) จะตดแกนจะตดแกน x y z x y z ทจดทจดหรอจดหรอจด ∞∞,, 1, 1, ∞∞โดยโดย ∞∞ คอระยะอนนตซงจะไมตดกบแกนนนคอระยะอนนตซงจะไมตดกบแกนนน ๆๆ

ถาหากจดตดใดตดลบกจะใสเครองหมายถาหากจดตดใดตดลบกจะใสเครองหมาย ““--”” หรอบารไวบนหรอบารไวบนตวเลขนนตวเลขนน ๆๆในกลมระนาบทสมมลกนในกลมระนาบทสมมลกน (family of planes) (family of planes) กจะใชกจะใชสญลกษณสญลกษณ {h k l} {h k l} เชนเชน

0

1,

1

1,

0

1

{ } )100(),010(),001(),001(),010(),100(100 =

9898 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบในระนาบใน Unit cellUnit cell

(312)(312)3/1 1/1 2/13/1 1/1 2/13. X=1/3 y=1 Z=1/23. X=1/3 y=1 Z=1/2

(321)(321)3/1 2/1 1/13/1 2/1 1/12. X=1/3 y=1/2 Z=12. X=1/3 y=1/2 Z=1

(111)(111)1/1 1/1 1/11/1 1/11/11. X=1 y=1 Z=11. X=1 y=1 Z=1

PlanePlaneReciprocalReciprocalInterceptIntercept

1 2 3

000

Page 50: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

9999 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบในระนาบใน Unit cellUnit cell

(020)(020)1/ 1/ ∞∞ 2/1 1/ 2/1 1/ ∞∞3. X= 3. X= ∞∞ y=1/2 Z= y=1/2 Z= ∞∞

(100)(100)1/1 1/ 1/1 1/ ∞∞ 1/ 1/ ∞∞2. X=1 y= 2. X=1 y= ∞∞ Z= Z= ∞∞

(010)(010)1/ 1/ ∞∞ 1/1 1/ 1/1 1/ ∞∞1. X=1. X=∞∞ y=1 Z= y=1 Z= ∞∞

PlanePlaneReciprocalReciprocalInterceptIntercept

1 2 3

000 000

100100 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบทสมมลกนระนาบทสมมลกน((Family of planesFamily of planes))

A family of planescontains all thoseplanes that arecrystallographicallyequivalent, in otherwords having thesame atomicpacking

Page 51: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

101101 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบในระนาบใน Unit cellUnit cell

ตวอยางระนาบในตวอยางระนาบใน latticelattice ::

XX

ZZ

YY

XX

ZZ

YY

∞==∞= ZYX ,1,;0

1,

1

1,

0

1:)010(

1,1,1;1

1,

1

1,

1

1:)111( === ZYX

∞=∞== ZYX ,,1;0

1,

0

1,

1

1:)100(

102102 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบในระนาบใน lattice (lattice planes)lattice (lattice planes)

ตวอยางระนาบในตวอยางระนาบใน latticelattice ::

ZZ

YY

XX

ZZ

YY

XX2/32/3

1/41/4

11

1/21/21,3

2,

4

1

2

1,

3

1,

8

1:)832( or

1

1,

2

1,

1

1:)112(

Page 52: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

103103 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบและทศทางของระนาบและทศทางของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

สมบตของสมบตของ Hexagonal UnitHexagonal UnitCellsCellsดชนดชนมลเลอรมลเลอรของของ HCP HCP นนจะแทนดวยตวอกษรนนจะแทนดวยตวอกษร h h k i k i และและ l l เปนเปน (h k i l)(h k i l) โดยเปนพกดของแกนโดยเปนพกดของแกน 44 แกนแกนHCP HCP จะมแกนทฐานจะมแกนทฐาน 3 3 แกนคอแกนคอ aa11, a, a22, a, a33 ทามมทามมกนกน 120 120 องศาองศา และมแกนและมแกนแนวตงแนวตง 1 1 แกนแกน คอคอ แกนแกน cc

+C+C

-- CC

+a+a22

--aa22

--aa11

+a+a11

+a+a33

-- aa33

aa

104104 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางของทศทางของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

การระบทศทางของการระบทศทางของ HCPHCP ::MillerMiller--BravisBravis indices (indices (hkilhkil) ) คาคา i = i = --((h+kh+k))การระบทศทางจะใชหลกการการระบทศทางจะใชหลกการเดยวกนกบเดยวกนกบ Cubic Cubic แตจะมแตจะมจดตดในแกนจดตดในแกน 4 4 แกนแกน

+C+C

-- CC

+a+a22

--aa22

--aa11

+a+a11

+a+a33

-- aa33

Page 53: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

105105 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ทศทางของทศทางของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

การระบทศทางการระบทศทางแบงฐานหกเหลยมแบงฐานหกเหลยมออกเปนสวนโดยแบงดานออกเปนสวนโดยแบงดานละละ 3 3 ชองชองกาหนดแกนทฐานกาหนดแกนทฐาน 3 3 แกนแกน aa11, a, a22, a, a33

Ex. [1 1 0 0]Ex. [1 1 0 0]aa11= 1, a= 1, a22= 1, a= 1, a33= 0, c = 0= 0, c = 0

aa11

aa22

aa33 --aa11

--aa33

--aa22

11 22

33

[1 1 0 0][1 1 0 0]

-- ลากแกนลากแกน aa11= 1= 1 ชองจากจดกาเนดชองจากจดกาเนด-- ลากแกนลากแกน aa22= 1= 1 ชองจากหวชองจากหว aa11-- ลากจากจดกาเนดไปจนถงสดทายลากจากจดกาเนดไปจนถงสดทาย

106106 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

1. 1. ลากเสนลากเสน aa11 ไปไป 1 1 ชองทางบวกจากจดกาเนดชองทางบวกจากจดกาเนด2. 2. ลากเสนลากเสน aa22 ไปไป 11 ชองทางบวกจากชองทางบวกจาก aa113. 3. ลากเสนลากเสน aa33 ไปไป 2 2 ชองทางลบจากชองทางลบจาก aa224. 4. ลากเสนตรงจากจดกาเนดไปลากเสนตรงจากจดกาเนดไปยงจดสดทายสงในแกนยงจดสดทายสงในแกน c c ไปไป 1 1 หนวยหนวย

ทศทางของทศทางของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

]1211[

aa11

--aa11

aa22--aa22

aa33

--aa33

ตวอยางตวอยาง:: ทศทางทศทาง aa11 = 1, a= 1, a22 = 1, a= 1, a33 = = --2, c = 12, c = 1

]1211[

Page 54: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

107107 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

1. 1. ลากเสนลากเสน aa11 ไปไป 1 1 ชองทางบวกจากจดกาเนดชองทางบวกจากจดกาเนด2. 2. ลากเสนลากเสน aa22 ไปไป 11 ชองทางลบจากชองทางลบจาก aa113. 3. ลากเสนลากเสน aa33 ไปไป 2 2 ชองทางบวกจากชองทางบวกจาก aa224. 4. ลากเสนตรงจากจดกาเนดไปลากเสนตรงจากจดกาเนดไปยงจดสดทายสงในแกนยงจดสดทายสงในแกน c c ไปไป 1 1 หนวยหนวยทางลบทางลบ

ทศทางของทศทางของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

]1211[

aa11

--aa11

aa22--aa22

aa33

--aa33

ตวอยางตวอยาง:: ทศทางทศทาง

aa11 = 1, a= 1, a22 = = --1, a1, a33 = 2, c = = 2, c = --11

]1211[

108108 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

การระบระนาบของการระบระนาบของ HCPHCP•• การพจารณานนจะทาเชนเดยวกนกบการพจารณานนจะทาเชนเดยวกนกบแบบแบบ cubic cubic ทกอยางทกอยาง

Ex. Ex.

ระนาบของระนาบของ Hexagonal Unit Cells Hexagonal Unit Cells

)1112(

aa11

--aa11

aa22--aa22

aa33

--aa33--cc

+c+c

1

1,

1

1,

1

1,

2

1321 =

−=

−== caaa

Page 55: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

109109 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบของระนาบของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

Where Plane (Where Plane (hkilhkil) ; i=) ; i=--((h+kh+k))

(1010) or (10(1010) or (10⋅⋅0)0)1/1 1/ 1/1 1/ ∞∞ --1/1 1/ 1/1 1/ ∞∞aa11=1 a=1 a22==∞∞ aa33==--1 c= 1 c= ∞∞

PlanePlaneReciprocalReciprocalInterceptIntercept

aa11

aa22

aa33

cc

110110 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบของระนาบของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

Where Plane (Where Plane (hkilhkil) ; i=) ; i=--((h+kh+k))

(1120) or (11(1120) or (11⋅⋅0)0)1/1 1/ 1 1/1 1/ 1 --2/1 1/ 2/1 1/ ∞∞aa11=1 a=1 a22=1 a=1 a33==--1/2 c= 1/2 c= ∞∞

PlanePlaneReciprocalReciprocalInterceptIntercept

aa11

aa22

aa33

cc

Page 56: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

111111 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระนาบของระนาบของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

Where Plane (Where Plane (hkilhkil) ; i=) ; i=--((h+kh+k))

(1011) or (10(1011) or (10⋅⋅1)1)1/1 1/ 1/1 1/ ∞∞ --1/1 1/ 11/1 1/ 1aa11=1 a=1 a22= = ∞∞ aa33==--1 c= 11 c= 1

PlanePlaneReciprocalReciprocalInterceptIntercept

aa11

aa22

aa33

cc

112112 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

aa11

--aa11

aa22--aa22

aa33

--aa33--cc

+c+c

IntersectionsIntersections1, 1, 1, 1, --1/2, 1/21/2, 1/2InverseInverse1 1 1 1 --2 22 2

(1 1 2 2)(1 1 2 2)

IntersectionsIntersections1, 1, --1, 1, ∞∞, , ∞∞InverseInverse1 1 --1 0 01 0 0

(1 1 0 0)(1 1 0 0)

IntersectionsIntersections∞∞, , ∞∞, , ∞∞, 1, 1InverseInverse0 0 0 10 0 0 1

(0 0 0 1)(0 0 0 1)

IntersectionsIntersections∞∞, , ∞∞, , ∞∞, 1/2, 1/2InverseInverse0 0 0 20 0 0 2

(0 0 0 2)(0 0 0 2)

IntersectionsIntersections1, 1, 1, 1, --1/2, 11/2, 1InverseInverse1 1 1 1 --2 12 1

(1 1 2 1)(1 1 2 1)

ระนาบของระนาบของ Hexagonal Unit CellsHexagonal Unit Cells

Page 57: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

113113 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระยะหางระหวางระนาบระยะหางระหวางระนาบ

ระยะทางระหวางระยะทางระหวาง 2 2 ระนาบทขนานกบดวยดชนระนาบทขนานกบดวยดชนของของมลเลอรมลเลอรทเหมอนกนทเหมอนกนสาหรบระบบลกบาศกสาหรบระบบลกบาศก

dd100100

dd111111

( )lkh

adhkl

++=

22

dd100100 = a= add111111 = 0.58a= 0.58a

114114 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

ระยะหางระหวางระนาบระยะหางระหวางระนาบ

For some crystal systems,For some crystal systems,CubicCubic

TetragonalTetragonal

OrthorhombicOrthorhombic

HexagonalHexagonal

2

222

2

1

a

lkh

d

++=

2

2

2

22

2

1

c

l

a

kh

d+

+=

2

2

2

2

2

2

2

1

c

l

b

k

a

h

d++=

2

2

2

22

2 3

41

c

l

a

khkh

d+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ++=

Page 58: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

115115 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

วสดผลกเดยวและหลายผลกวสดผลกเดยวและหลายผลก(Single Crystals and Polycrystalline Materials)(Single Crystals and Polycrystalline Materials)

วสดผลกเดยววสดผลกเดยว:: อะตอมจะมการเรยงตวซาอะตอมจะมการเรยงตวซา ๆๆ หรอเปนชวงหรอเปนชวง ๆๆ กวางกวาง ๆๆ ในขอบเขตของวสดในขอบเขตของวสดวสดหลายผลกวสดหลายผลก:: เปนการรวมผลกขนาดเลกเปนการรวมผลกขนาดเลก หรอเกรนหรอเกรน (grain) (grain) โดยเกรนคอโดยเกรนคอ ความแตกตางความแตกตางของการจดเรยงตวของผลกของการจดเรยงตวของผลก ซงรอยตอของซงรอยตอของความแตกตางนเรยกวาความแตกตางนเรยกวา ขอบเกรนขอบเกรน grain grain boundariesboundaries

116116 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

วสดผลกเดยวและหลายผลกวสดผลกเดยวและหลายผลก(Single Crystals and Polycrystalline Materials)(Single Crystals and Polycrystalline Materials)

Page 59: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

117117 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

วสดผลกเดยวและหลายผลกวสดผลกเดยวและหลายผลก(Single Crystals and Polycrystalline Materials)(Single Crystals and Polycrystalline Materials)

Grain Boundary

118118 / 118/ 118Copyright© by Santirat Nansaarng_PTE 351_SEM 1/2006

วสดผลกเดยวและหลายผลกวสดผลกเดยวและหลายผลก(Single Crystals and Polycrystalline Materials)(Single Crystals and Polycrystalline Materials)

Page 60: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

หนงสออเลกทรอนกส

ฟสกส 1(ภาคกลศาสตร( ฟสกส 1 (ความรอน)

ฟสกส 2 กลศาสตรเวกเตอร

โลหะวทยาฟสกส เอกสารคาสอนฟสกส 1ฟสกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสกสดวยภาษา c ฟสกสพศวง สอนฟสกสผานทางอนเตอรเนต

ทดสอบออนไลน วดโอการเรยนการสอน หนาแรกในอดต แผนใสการเรยนการสอน

เอกสารการสอน PDF กจกรรมการทดลองทางวทยาศาสตร

แบบฝกหดออนไลน สดยอดสงประดษฐ

การทดลองเสมอน

บทความพเศษ ตารางธาต)ไทย1) 2 (Eng)

พจนานกรมฟสกส ลบสมองกบปญหาฟสกส

ธรรมชาตมหศจรรย สตรพนฐานฟสกส

การทดลองมหศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล

แบบฝกหดกลาง

แบบฝกหดโลหะวทยา แบบทดสอบ

ความรรอบตวทวไป อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐ( คดปรศนา

ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร

คาศพทประจาสปดาห ความรรอบตว

การประดษฐแของโลก ผไดรบโนเบลสาขาฟสกส

นกวทยาศาสตรเทศ นกวทยาศาสตรไทย

ดาราศาสตรพศวง การทางานของอปกรณทางฟสกส

การทางานของอปกรณตางๆ

Page 61: PTE 351 Engineering Metallurgy - rmutphysics...หน งสเลออ กทรอน กส

การเรยนการสอนฟสกส 1 ผานทางอนเตอรเนต

1. การวด 2. เวกเตอร3. การเคลอนทแบบหนงมต 4. การเคลอนทบนระนาบ5. กฎการเคลอนทของนวตน 6. การประยกตกฎการเคลอนทของนวตน7. งานและพลงงาน 8. การดลและโมเมนตม9. การหมน 10. สมดลของวตถแขงเกรง11. การเคลอนทแบบคาบ 12. ความยดหยน13. กลศาสตรของไหล 14. ปรมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน15. กฎขอทหนงและสองของเทอรโมไดนามก 16. คณสมบตเชงโมเลกลของสสาร

17. คลน 18.การสน และคลนเสยง การเรยนการสอนฟสกส 2 ผานทางอนเตอรเนต

1. ไฟฟาสถต 2. สนามไฟฟา3. ความกวางของสายฟา 4. ตวเกบประจและการตอตวตานทาน 5. ศกยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหลก 8.การเหนยวนา9. ไฟฟากระแสสลบ 10. ทรานซสเตอร 11. สนามแมเหลกไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเหน13. ทฤษฎสมพทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นวเคลยร

การเรยนการสอนฟสกสทวไป ผานทางอนเตอรเนต

1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตม 4. ซมเปลฮารโมนก คลน และเสยง

5. ของไหลกบความรอน 6.ไฟฟาสถตกบกระแสไฟฟา 7. แมเหลกไฟฟา 8. คลนแมเหลกไฟฟากบแสง9. ทฤษฎสมพทธภาพ อะตอม และนวเคลยร

ฟสกสราชมงคล