试讲-第三章晶体结构与晶体中的缺陷2摘要.ppt

无机材料科学基础（二） 安徽建筑工业学院无机非金属材料工程系 　2、置换型固溶体 形成置换固溶体的条件和影响溶解度因素: (1) 离 子 大 小 (2) 晶体的结构类型 (3) 离 子 电 价 (4) 电 负 性 (1)离子尺寸因素 相互取代的离子尺寸越接近，就越容易形成固溶体； 原子半径相差越大，溶解度越小。 15% 形成连续固溶体 15％～30％ 形成有限固溶体 30% 不能形成固溶体 若以r1和r2分别代表溶剂或溶质离子半径，则： (2)晶体的结构类型 只有两种晶体的结构类型相同，才能形成连续固熔体。结构类型不同的两种晶体最多只能形成有限固熔体。　 如MgO—NiO、Al2O3和Cr2O3、 Mg2SiO4和Fe2SiO4、能形成连续固溶体; Fe2O3和Al2O3虽然结构同为刚玉型，但它们只能形成有限固溶体；因为 　　离子价相同或离子价总和相等时才能生成连续置换型固溶体。 (3)离子的电价影响　　 是 的B位取代。 复合钙钛矿型压电陶瓷材料(ABO3型)中： 是 的A位取代。 钠长石Na[AlSi3O8]——钙长石Ca[Al2Si2O8], 离子电价总和为+5价： 　　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。 (4)电负性 Darken认为电负性差 ?? 0.4 的，一般具有很大的固溶度，是固溶溶解度大小的一条边界。 半径差15% 电负性差±0.4 椭圆内65% 固溶度很大 外部85%固溶度 5% 　3、置换型固溶体中的“组分缺陷” 定义：当发生不等价的置换时，必然产生组分缺陷，即——产生空位或进入空隙。 影响缺陷浓度因素：取决于掺杂量(溶质数量)和固溶度。其固溶度仅百分之几。 例如： (1) 产生阳离子空位 (2) 出现阴离子空位 (1) 产生阳离子空位 用焰熔法制备镁铝尖晶石——得不到纯尖晶石，而生成“富Al尖晶石”。原因——尖晶石与Al2O3形成SS时存在2Al3+置换3Mg2+的不等价置换。缺陷反应式为： 若有0.3分数的Mg2+被置换，则尖晶石化学式可写为 [Mg0. 7Al0.2(VMg)0.1]Al2O4 ,则每30个阳离子位置中有1个空位。 2Al3+ ? 3Mg2+ ? 2 : 3 : 1 2x/3 : x : x/3 通式： (2)出现阴离子空位。如CaO加入到ZrO2中，缺陷反应式为： 加入CaO的原因： 由于在1200℃时ZrO2有单斜? 四方的晶型转变，伴有很大的体积膨胀，而不适用于耐高温材料。若添加CaO使它和ZrO2形成立方CaF2型SS，则无晶型转变，成为一种极有价值的高温材料，叫稳定化氧化锆。 在不等价置换固溶体中，可能出现的四种“组分缺陷” : 低价置换高价 高价置换低价 　4、间隙型固溶体 　　定义：若杂质原子比较小，它们能进入晶格的间隙位置内，这样形成的固溶体称为间隙型固溶体。 　　 形成间隙固溶体的条件有： 　　 (2)形成间隙型固溶体也必须保持结构中的电中性，一般可以通过形成空位，复合阳离子置换和改变电子云结构来达到。 　　 (1)溶质原子的半径小和溶剂晶格结构空隙大容易形成间隙型固溶体。 　　 (2)阳离子填隙：当CaO加入ZrO2中，当CaO加入量小于0.15时，在1800℃高温下发生下列反应： 　 现举常见的填隙型固溶体实例： 　　(1)原子填隙：金属晶体中，原子半径较小的H、C、B元素易进入晶格间隙中形成间隙型固溶体。钢就是碳在铁中的填隙型固溶体。 　　(3)阴离子填隙：将YF３加入到CaF２中，形成(Ca１－ｘYx)F２＋ｘ固溶体，其缺陷反应式为： 三、非化学计量化合物 　定义：把原子或离子的比例不成简单整数比或固定的比例关系的 化合物称为非化学计量化合物。 阴离子缺位型 阳离子填隙型 阴离子间隙型 阳离子空位型 此缺陷分为四类 实质：同一种元素的高价态与低价态离子之间的置换型固溶体。 * 第3章 晶体结构与晶体中的缺陷 Chapter 3 Crystal Structure Crysta