第章结构缺陷及固溶体.pptVIP

材料科学基础 “组分缺陷”意义： 制造不同材料 造成晶格畸变，晶格活化，有利于以扩散现象为基础的一系列高温过程，如固相反应、相转变和烧结过程等。 材料科学基础 Al2O3中加 1~2% TiO2，T烧 ? 300?C ZrO2中加 CaO 稳定剂，避免有害的体积效应，提高热稳定性 ZrO2电解质材料：Y2O3 掺杂，产生大量 成为阴离子导体。 材料科学基础 材料科学基础 （1）按溶质质点在溶剂晶格中的位置来划分 ① 置换型固溶体 ② 间隙型固溶体 材料科学基础 ① 置换型固溶体：取代型。 MgO-CoO、MgO-CaO、PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3 Cu-Zn系 ? 和 ? 固溶体 材料科学基础 ② 间隙型固溶体：填隙型。 无机材料阳离子进入阴 离子所形成的间隙中并不容易 阴离子填隙型 —— 更加困难 唯独萤石型物质除外 材料科学基础 在合金中较为常见， 金属和H、B、C、N 等元素形成的固溶体 材料科学基础 （2）按溶质在溶剂中的溶解度分类 ① 连续固溶体 ② 有限固溶体 材料科学基础 ① 连续固溶体： 溶质和溶剂可以按任意比例相互固溶所生成的固溶体 材料科学基础 ② 有限固溶体： 溶质只能以一定的溶解限度（固溶度）溶入溶剂中，低于固溶度条件下生成的固溶体是单相的，一旦溶质超出这一限度即出现第 2 相。 材料科学基础 （3）根据固溶体在相图中的位置划分 ① 端部固溶体：位于相图的端部，其成分范围包括纯组元，亦称初级固溶体 ② 中间固溶体：它位于相图中间，任一组元的浓度 0~100%，亦称二次固溶体 材料科学基础 （4）根据各组元分布的规律性划分 ① 无序固溶体：各组元质点分布是随机的、无规则的。 ② 有序固溶体：各组元质点分布分别按照各自的布拉维点阵进行排列，整个固溶体就是由各组元的分点阵组成的复杂点阵，称超点阵或超结构。 材料科学基础 5.5.3 置换型固溶体 材料科学基础 NiO或FeO置换MgO生成连续固溶体：Mg1-xNixO，其中x = 0~1 很多二元体系是生成有限置换型固溶体，其中有些体系的固溶量非常低。 Why? 材料科学基础 在理论的指导下，通过对实践经验的积累总结，提出了一些重要的影响因素： （1）质点尺寸因素 （2）晶体结构类型 （3）电价因素 材料科学基础 （1）质点尺寸因素 —— 决定性因素。 从晶体结构的稳定观点来看，相互替代的质点尺寸愈接近，则固溶体愈稳定，其固溶量将愈大。 ? 材料科学基础 经验证明： 当?15%时，溶质和溶剂之间有可能形成连续固溶体； 当?=15~30%之间时，溶质和溶剂之间可以形成有限固溶体； 当?30%时，溶质和溶剂之间不生成固溶体，仅在高温下有少量固溶。 材料科学基础 （2）晶体结构类型 连续固溶体必要条件：具有相同的晶体结构（不是充分条件） 晶体结构不同，最多只能形成有限型固溶体（满足尺寸条件前提下） 材料科学基础 MgO-NiO、Al2O3-Cr2O3、ThO2-UO2、Cu-Ni、Cr-Mo、Mo-W、Ti-Zr：连续固溶体 Fe2O3—Al2O3，?=18.4%，有限固溶体 注意例外：PbZrO3-PbTiO3系统 材料科学基础 （3）电价因素 连续固溶体必要条件：原子价（或离子价）相同；多组元复合取代总价数相等，电中性。不是充分条件。 如果价态不同，则最多只能生成有限固溶体（满足尺寸条件前提下） 材料科学基础 在生成有限固溶体条件下，价态差别越大，固溶度降低。Cu溶剂： Zn 2价 —— 38%；Ga 3价 —— 20% Ge 4价 —— 12%；As 5价 —— 7% 高价在低价中的固溶度 低价在高价中的固溶度。 材料科学基础 （4）离子的外层电子构型和键性 （5）电负性因素 电负性相近，有利于固溶体的生成 电负性差别大，倾向于生成化合物 以 ? 0.4 作为边界条件 材料科学基础 （6）温度 虽是外因，对固溶体的形成有明显影响 温度升高有利于固溶体的形成 材料科学基础 总结： 从逐条判据出发 综合归纳 综合性判断。 材料科学基础 表5-5 质点尺寸、晶体结构和电价因素的影响 类 别 质点尺寸 晶体结构 电价 连 续 ?15% 相同 相同 有 限 ?15% 二者中至少有一个不同 15%?30% 二者可同可不同 不生成 ?30% 二者