材料物理化学晶体缺陷ppt课件.ppt

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1、2021/7/281液体溶液理想晶体结构的偏离第三节固溶体SolidSolution（SS）应用分类生成研究固体溶液？7/28/20212纯铁腐蚀、强度不高合金铁的强化（C、Si、S、P等）锰铁合金铬铁合金钒铁合金稀土合金炼钢铸铁工业新金属材料工业7/28/20213白宝石－纯刚玉晶体Al2O3无色透明，白宝石固溶掺杂蓝宝石掺Fe2＋、Ti4+红宝石掺Cr3+7/28/20214锗硅固溶体半导体光电子元器件镁合金－起落架钛合金、铝合金－机身钛合金人工关节系列压电陶瓷材料PLZT透明陶瓷2021/7/285固溶体概念的引出：MgO在Al2

2、O3中溶解原子尺度取代，形成均匀、单相固体溶液概念-含有外来杂质原子的晶体称固体溶液(SolidSolution)，简称固溶体(SS);三方刚玉结构2021/7/286原有晶体看作溶剂，外来原子看作溶质，生成固溶体的过程看作一个溶解过程固溶体中不同组分的结构基元之间以原子尺度相互混合，并不破坏原有晶体结构固溶体——多种固体物质相互作用化合物、机械混合物2021/7/287固溶体、化合物、机械混合物固溶体形成方式掺杂、溶解反应式化学组成混合尺度原子（离子）尺度结构与主相Al2O3相同相组成均匀单相2021/7/288化合物形成方式化学反应

3、反应式化学组成混合尺度原子（离子）尺度结构AB2O4型结构－新相相组成单相固溶体、化合物、机械混合物24AlMgO2021/7/289机械混合物形成方式简单的机械混合反应式均匀混合化学组成混合尺度晶体颗粒态结构MgO结构＋Al2O3结构相组成两相（或多相），有界面固溶体、化合物、机械混合物2021/7/2810固溶体的分类固溶体有两种分类法：按外来原子所处的位置划分按外来原子的溶解程度划分2021/7/2811理想晶体位置？取代式填隙式1、取代式（置换式）固溶体点阵结点间隙2021/7/2812取代式固溶体：最普遍金属氧化物固溶体中：主

4、要发生在金属离子位置上的取代如：CoO-MgO系固溶体MgO和CoO：NaCl型，结构相同且Mg2＋和Co2＋离子半径相仿，实际上MgO中的Mg2＋位置可以被Co2＋无限制的取代形成无限互溶的置换型固溶体2021/7/28132、填隙式（间隙式）固溶体阴离子或阴离子团所形成的间隙中2021/7/2814如，在Fe-C系的α固溶体中，碳原子就位于铁原子的bcc点阵的八面体间隙中。一般，金属和非金属元素H，B，C，N等形成的固溶体都是间隙式的。取代式（左）和填隙式（右）SS比较2021/7/28152021/7/28163、固溶体中的空位不

5、等价的离子取代或生成填隙离子引起一种附加缺陷结构，不是独立的SS类型【Eg.】Al2O3→MgO中溶解：Al3＋→Mg2＋，正电荷过剩生成镁离子空位，以保持电中性7/28/202117固溶体的分类固溶体有两种分类法：按外来原子所处的位置划分按外来原子的溶解程度划分2021/7/28181、无限固溶体(连续固溶体)溶质－溶剂晶体可按任意比例无限互溶如：MgO-CoO固溶体，(MgXCo1-X)O，X＝0～1，(rMg2+=0.08nm;rCo2+=0.074nm)条件：取代电价相同电负性相近结构相同半径相似15％规则2021/7/2819

6、(1) 单一离子取代为等价离子取代如：MgO－NiO，MgO－CoO，PbZrO3－PbTiO3……(2)如取代离子价不同，则要求两种以上不同离子组合起来联合取代。电价相同【例】钙长石Ca[Al2Si2O8]和钠长石Na[AlSi3O8]形成连续SS斜长石CaXNa1-XAl2+XSi2-XO8一个Al3＋取代一个Si4＋同时一个Ca2＋取代Na＋7/28/2021202、有限固溶体(不连续固溶体)溶质在固溶体中存在溶解极限有限置换型SS两种晶体结构不同/半径差别大/不等价取代【例】半径差别大：MgO-CaO系SSR(Mg2+)=0.0

7、72nm，R(Ca2＋)=0.1nm(0.1-0.072)/0.1=28%>15%7/28/202121无限SS有限SS7/28/202122有限置换型固溶体中的“组成缺陷”不等价取代形成有限SS为保持电中性，产生“组成缺陷”（空位或新质点）固溶体中的“组分缺陷”与热缺陷不同，浓度取决于掺杂量和固溶度7/28/202123不等价置换阳离子取代阴离子取代高价→低价低价→高价正电缺陷+阳离子空位或阴离子填隙负电缺陷+阴离子空位或阳离子填隙7/28/202124高价→低价低价→高价7/28/202125间隙型SS可能是连续型固溶体吗？a0a＞

8、a0有限SS－填隙型固溶体间隙型SS的生成一般都使晶格常数增大,增加到一定程度会使SS不稳定而离解影响形成间隙型固溶体的因素1．添加原子的大小和晶体结构密切相关的溶质原子半径比较小，容易进入晶格间隙，则有利