固溶体专题宣讲.ppt

　　例如, 组分缺陷： 　　(1) 产生阳离子空位 　　(2) 出现阴离子空位 　　影响缺陷浓度因素： 　　取决于掺杂量(溶质数量)和固溶度。其中，固溶度仅百分之几。 　　用焰熔法制备镁铝尖晶石时，得不到纯尖晶石，而生成“富Al尖晶石”。 　　原因是：尖晶石与Al2O3形成固溶体时存在2Al3+置换3Mg2+的不等价置换。 (1) 产生阳离子空位 　　2Al3+置换3Mg2+的不等价置换的缺陷反应式为： 2Al3+ ? 3Mg2+ ? 2 : 3 : 1 2x/3 : x : x/3 通式： 　如CaO加入到ZrO2中，缺陷反应式为： (2)出现阴离子空位 　　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” ,分步在以下两种置换状态中。 小结 高价置换低价 ①阳离子出现空位 ②阴离子进入间隙 低价置换高价 ③阴离子出现空位 ④ 阳离子进入间隙 ①阳离子出现空位 ②阴离子进入间隙 ③阴离子出现空位 ④ 阳离子进入间隙 究竟出现哪种，必须通过实验测定来确定。 　　定义：若杂质原子较小，能进入晶格间隙位置内。 　　影响因素： 　　(1)、溶质原子的大小和溶剂晶体空隙大小； 　　(2)、保持结构中的电中性。 4、间隙型固溶体 例如： 　　MgO只有四面体空隙可以填充。 CaF2中有1/2“立方体空隙”可以被利用。 (1)溶质原子的大小和溶剂晶体空隙大小 　　由硅、铝氧四面体组成的片沸石，结构式为 Ca4[(AlO2)8(SiO2)28].24H2O，有很多大小均一的空洞和孔道为阳离子和水分子所占据，结合很松，水可以可逆的脱附，阳离子也容易发生可逆的离子交换。 片沸石（空洞和孔道） CaF2 （1/2“立方体空隙” ） MgO（四面体空隙） 则晶体形成间隙固溶体的次序是： ① 、原子填隙 ② 、离子填隙 (2)保持结构中的电中性： ① 、原子填隙 　　例如： 　　C在Fe中形成的间隙固溶体； 　　过渡元素与C、B、N、Si等形成的碳化物、硼化物、氮化物、硅化物等本质上是固溶体。 　　在金属结构中，C、 B、N、 Si占据“四孔”和“八孔”，称金属硬质材料，它们有高硬或超硬性能，熔点极高。 　　例如：HfC(碳化铪) m.p=3890℃； 　　TaN(氮化钽) m.p=3090℃； 　　HfB2(硼化铪) m.p=3250℃ 　　80%mol TaC+20%mol HfC m.p=3930℃ ② 、离子填隙 阳离子填隙： 阴离子填隙： 填隙型固溶体 Fe-C固溶体：马氏体 Fe：体心立方 C：八面体间隙 含碳量增加，c/a增加，马氏体的硬度随之增加。 储氢合金 重要的填隙型固溶体：储氢合金 稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物ReH2，这种氢化物加热到1000?C以上才会分解。而在稀土金属中加入另一种吸氢量小或根本不吸氢的元素金属形成合金后，在较低温度下也可吸放氢气，通常将这种合金称为贮氢合金。 美国布鲁海文国立研究所于1968年首先发现了镁镍合金的吸氢本领，接着，荷兰飞利浦实验室又在1969年发现钐钴合金能大量吸氢，随后还发现LaNi5合金在常温下有吸放氢的高超本领。 氢能社会构想 再生能源制氢 CO2处理 加氢站 燃料电池工厂 天然气制氢 电厂 终端用户 储氢合金 储氢合金的应用 1．氢气的贮存和提纯 稀土系储氢合金可以储存大量的氢气。1984年，日本川崎重工业株式会社用储氢合金制造了世界上第一个最大的储氢装置，这个装置是用一种含镧铈混合稀土元素的镍钛合金制成的，能储存175标准立方米体积的氢气，储氢量相当于25个150个大气压力的高压氢气瓶。但这个储氢装置的重量比25个高压氢气瓶的重量要轻30%，体积只有0.4立方米，是高压氢气瓶的1/7。 储氢合金 储氢合金可在低压力下储存，除非外部加热，否则不会放出氢气。因此，用储氢合金储存氢安全可靠。 储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于 99.9999% 的超纯氢。 　　最基本的方法： 　　用