最新武汉理工大学材料科学基础部分习题教学讲义ppt课件.ppt

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1、武汉理工大学材料科学基础部分习题2、书写缺陷反应式应遵循的原则3、缺陷浓度计算4、固溶体的分类及形成条件5、研究固溶体的方法第一章习题课1、缺陷的分类6、非化学计量化合物点缺陷热缺陷杂质缺陷非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）Frankel缺陷Schttyq缺陷MgO具有NaCl结构，根据O2-半径0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，计算①球状离子所占据的空间分数（堆积系数）；②MgO的密度。解：①MgO属于NaCl型结构，即面心立方结构，每个晶胞中含有4个Mg2+和4个O2-，故MgO所占体积为VMgO=4×

2、4/3π(RMg2+3+RO2-3）=16/3π×(0.0723+0.1403)=0.0522（nm3)∵Mg2+和O2-在面心立方的棱边上接触∴a=2（RMg2++RO2-）=2×(0.072+0.140)=0.424nm∴堆积系数=VMgO/V晶胞=0.0522/(0.424)3=68.5%②DMgO=mMgO/V晶胞=n.(M/N0)/a3=4×(24.3+16.0)/[(0.424×10-7)3×6.02×1023]=3.51g/cm32-3在萤石晶体结构中，Ca2+半径0.112nm，F-半径0.131n

3、m，萤石晶胞棱长为0.547nm，求：⑴萤石晶体中离子堆积系数(球状离子所占据的空间分数)⑵萤石的密度解：①萤石属于立方面心结构，每个晶胞中含有4个Ca2+和8个F-，故CaF2所占体积为VCaF2=4×4/3π(RCa2+3）+8×4/3π(RF-3）=16/3π×0.1123+32/3π0.1313=0.0988（nm3)∵a=0.547nm∴V晶胞=0.5473=0.1637nm3∴堆积系数=VCaF2/V晶胞=0.0988/0.1637=60.4%②DCaF2=mCaF2/V晶胞=n.(M/N0)/a3(阿

4、伏加德罗常数N0=6.02×1023mol-1)=4×(40+2×19)/[(0.1637×10-21)×6.02×1023]=3.17g/cm32-4硅酸盐晶体结构分类原则：根据结构中硅氧四面体的连接方式分成五种硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系2-5(１)O2-作立方面心堆积时,画出适合阳离子位置的间隙类型及位置，(以一个晶胞为结构基元表示出来); (2)计算八而体空隙数与O2-数之比,四面体空隙数与O2-数之比;(3)用键强度及鲍林规则解释（电价规则）,对于获得稳定结构各需何种价离子（空隙内各需填入何种

5、价数的阳离子，举出—个例子）I.所有八而体空隙位置均填满;II.所有四面体空隙位置均填满;III.填满—半八面休空隙位置.IV.填满—半四面体空隙位置;解：(1)略（第一章中等大球体立方米堆）;第一章PPT113-119(2)八面体空隙数/O2-数=1:1,四面体空隙数/O2-数=2:1;(3）（静电价规则）：在一个稳定的晶体结构中，从所有相邻的阳离子到达一个阴离子的静电键的总强度，等于阴离子的电荷数。I.CN=6，z+/6×6=2，z+=2，2价阳离子FeO,MnO;II.CN=4，z+/4×8=2，z+=1，1

6、价阳离子Na2O,Li2O;III.CN=6，z+/6×3=2，z+=4，4价阳离子MnO2.IV.CN=4，z+/4×4=2，z+=2，2价阳离子ZnＯ;紧密堆积中球数和两种空隙间的关系：在两种最紧密堆积方式中，每一个球的周围都有6个八面体空隙和8个四面体空隙。而八面体空隙由6个球组成，四面体空隙由4个球组成，因此一个球周围只有6×1/6＝1个八面体空隙和8×1/4＝2个四面体空隙是属于它的。若有n个球最紧密堆积，则四面体空隙总数为8×n∕4＝2n个；而八面体空隙总数为6×n∕6＝n个。球的数目:八面体数目:四面

7、体数目＝1:1:2等大球体的最紧密堆积方式，最基本的就是六方最紧密堆积和立方最紧密堆积两种。八面体空隙四面体空隙2－6(a)在CaF2晶体中，Frankel缺陷形成能为2.8eV，Schttky缺陷的生成能为5.5eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度？(b)如果CaF2晶体中，含有10－6的YF3杂质，则在1600℃时，CaF2晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。解：(a)由题可知，Frankel缺陷形成能

8、而在1873K时所以此时热缺陷占优势。在298K时，在1873K时，答：⑴T1=298K,弗兰克缺陷浓度2.21×10-24，肖特基缺陷浓度为1.374×10-31;T2=1873K,弗兰克缺陷浓度1.72×10-4，肖特基缺陷浓度为1.4×10-5；2－7试写出下列缺陷方程2－9高温结构材料Al2O3可以用ZrO2来实现增韧，也可以用MgO来促进Al2O3