面缺陷固溶体非化学计量化合物

《面缺陷固溶体非化学计量化合物》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、3.4面缺陷（surfacedefects）面缺陷是将材料分成若干区域的边界，每个区域内具有相同的晶体结构，区域之间有不同的取向，如表面、晶界、界面、层错、孪晶面等。在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。晶界(grainboundary)：是不同取向的晶粒之间的界面。由于晶界上两个晶粒的质点排列取向有一定的差异，两者都力图使晶界上的质点排列符合于自己的取向。特性：（1）易受腐蚀（热浸蚀、化学腐蚀）；（2）晶界是原子（离子）快速扩散的通道，并容易杂质原子（离子）偏聚，同时也使晶界处

2、熔点低于晶粒；（3）晶界上原子排列混乱，存在着许多空位、位错和键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态，能量较高，使得晶界成为固态相变时优先成核的区域。因而，可以通过控制晶界组成、结构和相态等来制造新型无机材料。晶界有二种分类方法：一种简单地按两晶粒之间的夹角大小来分类（以取向角度θ0为10-15°为界）：小角度晶界和大角度晶界。3.4.1晶界根据形成晶界时的操作不同，晶界分为倾斜晶界和扭转晶界。亚晶粒：指单晶材料中取向差很小的晶粒称为亚晶粒(晶界取向角度为1-5°)。3.4.2堆积层错堆积层错(简称层错),就是指正常堆垛顺

3、序中引入不正常顺序堆垛的原子面而产生的一类面缺陷。以面心立方结构为例,当正常层序中抽走一原子层,相应位置出现一个逆顺序堆层……ABCACABC……称抽出型层错；如果正常层序中插入一原子层，相应位置出现两个逆顺序堆层……ABCACBCAB……称插入型层错。面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错(b)这种结构变化，并不改变层错处原子最近邻的关系(包括配位数、键长、键角)，只改变次邻近关系，几乎不产生畸变，所引起的畸变能很小。因而，层错是一种低能量的界面。固溶体:外来组元引入晶体结构，占据基质晶体质点位置或间隙位置的一

4、部分，仍保持一个晶相，这种晶相称为固溶体。基质晶体为溶剂，外来组元为溶质。3.5固溶体——组成点缺陷（重点）固溶体机械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解生成”粉末混合原子间相互反应生成物系相数均匀单相系统多相系统均匀单相系统化学计量不遵循定比定律遵循定比定律结构与原始组分中主晶体(溶剂)相同与原始组分均不相同表3.2固溶体、机械混合物、化合物的区别按外来组元在基质晶体中的固溶度3.5.1固溶体的分类分类方法按外来组元在基质晶体中所处位置置换型金属与金属、MgO-CaO、MgO-CoO,PbZrO3-PbTiO3等。无

5、限型（连续型，完全互溶）有限型（不连续型，部分互溶）间隙型金属与非金属元素指固溶体中溶质的最大含量(替代型)(Fe-C)两种晶体结构不同或相互取代离子半径差别较大，只能生成有限固溶体。(1)形成置换型固溶体的条件原子或离子尺寸的影响Hume-Rothery提出了经验规则：当时，可以形成连续固溶体，这是必要条件。一般情况下，当其15%-30%之间时，只能形成有限固溶体。大于30%时，很难形成固溶体或不能形成固溶体，而容易形成中间相或化合物。越大，溶解度越小。3.5.2置换型固溶体晶体结构类型晶体结构类型相同，这也是形成连

6、续固溶体的必要条件。(两种结构相同+<15%充分必要条件）离子类型和键性离子外层的电子构型相同，化学键性质相近，易形成固溶体。电价因素可等价置换或不等价置换(将引入带电缺陷)。例1写出缺陷反应式与固溶体化学式缺陷反应式化学式(2)影响因素的主次性以上因素并非绝对的，如硅、铝相差较大（达45%），但因其键性接近，键长亦接近，仍能形成固溶体。例2：富铝尖晶石的缺陷形成简化化学式：形成条件：（1）杂质质点大小（2）晶体（基质）结构（3）电价因素3.5.2间隙型固溶体金属材料中易形成。离子晶体中，形成间隙型固溶体会产生点缺陷：

7、空位及间隙离子例：写出YF3固溶于CaF2时的缺陷反应式及化学式。形成间隙型固溶体时，一般使晶格常数增大，增大至一定程度时，变成不稳定而离解，因而，不可能形成连续固溶体。一般固溶度＜10%。固溶度与空隙的大小成正比。沸石＞萤石＞二氧化钛＞氧化镁。形成固溶体后，使基质晶体的性质（晶格常数、密度、电性能、光学性能、机械性能等）发生很大变化，对开发新材料有重要意义。（1）稳定晶格，阻止晶型转变的发生（PZT）（2）活化晶格（3）固溶强化固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低，这种现象称为固溶强化。（4）固溶体对材料物

8、理性质的影响3.5.3形成固溶体后与晶体性质的影响1、稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生(1)PbTiO3是一种铁电体，纯PbTiO3烧结性能极差，居里点为490℃，发生相变时，晶格常数剧烈变化，在常温下发生开裂。PbZrO3是一种反铁电体，居里点为230℃。两者结构相同，Zr4+、Ti4+离子尺寸相差不多，能在常温生成连续固溶体P