《无机材料科学基础》第2章硅酸盐的晶体结构与晶体结构缺陷

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1、2、硅酸盐的晶体结构与晶体中的缺陷QWERT本章重点：硅酸盐的分类依据及分类各类硅酸盐的相关定义硅酸盐的晶体结构的构成方式晶体的结构缺陷1热缺陷的分类及定义及特点2缺陷化学2.1硅酸盐晶体的分类（1）分类依据硅氧四面体的连接方式（2）分类岛状、链状、组群状、层状、架状2.1.1岛状结构定义：硅酸盐晶体结构中，硅氧四面体以孤立状态存在孤立状态:指硅氧四面体之间无共用氧硅氧四面体连接其它阳离子2.1.2组群状结构定义：硅氧四面体以两个、三个、四个或六个，通过共用氧相连成硅氧四面体群，四面体群之间由其它阳离子按一定的配位形式连接起来2.1.3链状结构定义硅氧四面体通过

2、共用氧相连，在一维方向延伸成链，链与链之间由其它阳离子按一定的配位关系连接起来类型单链双链公用氧22.5链的连接2.1.4层状结构定义硅氧四面体通过在同一平面的三个共用氧在二维平面延伸成层，另一个伸向同一方向的氧与其他阳离子形成八面体层，由这两层以1：1或2：1叠加而成的硅酸盐结构〔SiO4〕层2、八面体层由伸向同一方向的自由氧与其它阳离子（Al3+Fe2+Mg2+）构成八面体二八面体：八面体中的氧离子只被两个阳离子共用Al---O三八面体：八面体中的氧离子被三个阳离子共用Mg--O构成两层型（1：1型）三层型（2：1型）2.1.5架状结构定义硅氧四面体以全部四

3、个氧共顶联结而成的三维空间结构石英的多晶转变(1)重建型转变涉及到化学键的破裂与重建的晶型转变特点：转变温度高、速度慢，体积变化大（2）位移型转变不涉及到化学键的破裂与重建的晶型转变特点：转变温度低、速度快，体积变化小石英的多晶转变材料科学基础2.2结构缺陷及固溶体材料科学基础定义：与理想的晶体结构对比而言，晶体中质点不按严格的点阵排列，偏离了理想结构的规律周期排列，称之为晶体结构缺陷。材料科学基础2.1缺陷类型与特征一般按照尺度范围分类，即按照偏离理想结构的周期性有规律排列的区域大小来分类。（1）点缺陷（2）线缺陷（3）面缺陷（4）体缺陷材料科学基础（1）点缺

4、陷由于各种原因使晶体内部质点有规则的周期性排列遭到破坏，引起质点间势场畸变，产生晶体结构不完整性，但其尺度仅仅局限在1个或若干个原子级大小的范围内，这种缺陷就称为点缺陷。零维缺陷。材料科学基础（2）线缺陷如果晶体内部质点排列的规律性在某一方向上达到一定的尺度范围遭到破坏，就称为线缺陷，也称位错。一维缺陷。材料科学基础（3）面缺陷如果晶体内部质点排列的规律性在二维方向上一定的尺度范围内遭到破坏，就称为面缺陷，有晶体表面、晶界、相界、堆垛层错等若干种，二维缺陷。材料科学基础（4）体缺陷如果晶体内部质点排列的规律性在三维空间一定的尺度范围内遭到破坏，就称为体缺陷，例如

5、亚结构（嵌镶块）、沉淀相、层错四面体、晶粒内的气孔和第二相夹杂物等，三维缺陷。材料科学基础2.2点缺陷材料科学基础2.2.1点缺陷分类分类方法分别有按照位置、成分和产生原因等不同角度进行分类，不同分类方法可能产生重叠交叉。材料科学基础1.按照位置和成分分类空位填隙质点杂质缺陷材料科学基础1）空位：正常结点没有被原子或离子所占据，成为空结点，称为空位或空穴材料科学基础2）填隙质点：原子或离子进入晶体中正常结点之间的间隙位置，成为填隙原子（或离子）或间隙原子（或离子）。从成分上看，填隙质点可以是晶体自身的质点，也可以是外来杂质的质点材料科学基础3）杂质缺陷：外来杂质

6、质点进入晶体中就会生成杂质缺陷，从位置上看，它可以进入结点位置，也可以进入间隙位置材料科学基础2.按照缺陷产生原因分类热缺陷杂质缺陷非化学计量结构缺陷材料科学基础1）热缺陷：当晶体的温度高于0K时，由于晶格上质点热振动，使一部分能量较高的质点离开平衡位置而造成缺陷弗仑克尔缺陷（Frenkel）肖特基缺陷（Schottky）材料科学基础（1）弗仑克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来位置上形成空位材料科学基础特点：间隙质点与空位总是成对出现无体积变化材料科学基础（2）肖特基缺陷：如果正常格点上的质点，在热

7、起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位材料科学基础特点：肖特基缺陷的生成需要一个像晶界、位错或者表面之类的晶格排列混乱的区域；正离子空位和负离于空位按照分子式同时成对产生，伴随晶体体积增加材料科学基础产生复合浓度是温度的函数随着温度升高，缺陷浓度呈指数上升，对于某一特定材料，在—定温度下，热缺陷浓度是恒定的。动平衡材料科学基础2）杂质缺陷：由于外来质点进入晶体而产生的缺陷取代填隙材料科学基础虽然杂质掺杂量一般较小（~0.1%），进入晶体后无论位于何处，均因杂质质点和原有的质点性质不同，故它不仅破坏了质点有规则的排列，而且在

8、杂质质点周围的周期势场引