第二晶體缺陷演示文稿

第二晶體缺陷演示文稿1當(dāng)前1頁(yè)，總共71頁(yè)。2（優(yōu)選）第二晶體缺陷當(dāng)前2頁(yè)，總共71頁(yè)。研究缺陷的意義

由于缺陷的存在，才使晶體表現(xiàn)出各種各樣的性質(zhì)，使材料加工使用過(guò)程中的各種性能得以有效的控制和改變，使材料性能的改善和復(fù)合材料的制備得以實(shí)現(xiàn)。因此，了解缺陷的形成及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)材料工藝過(guò)程的控制，對(duì)材料性能的改善，對(duì)于新型材料的設(shè)計(jì)、研究與開(kāi)發(fā)具有重要作用。當(dāng)前3頁(yè)，總共71頁(yè)。缺陷對(duì)材料性能的影響舉例

材料的強(qiáng)化：如鋼----是鐵中滲碳陶瓷材料的增韌硅半導(dǎo)體寶石類半導(dǎo)體當(dāng)前4頁(yè)，總共71頁(yè)。晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型

分類方式：幾何形態(tài)：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等形成原因：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷（固溶體）、非化學(xué)計(jì)量化合物等當(dāng)前5頁(yè)，總共71頁(yè)。一、按缺陷的幾何形態(tài)分類

1.點(diǎn)缺陷

2.線缺陷

3.面缺陷

4.體缺陷當(dāng)前6頁(yè)，總共71頁(yè)。

缺陷尺寸處于原子大小的數(shù)量級(jí)上，即三維方向上缺陷的尺寸都很小。

1.類型①根據(jù)點(diǎn)缺陷對(duì)理想晶格偏離的幾何位置分類

a.空位（vacancy）

沒(méi)有被占據(jù)的正常結(jié)點(diǎn)的位置

b.間隙質(zhì)點(diǎn)（interstitialparticle）進(jìn)入晶格間隙的質(zhì)點(diǎn)

c.雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)（foreignparticle）

占據(jù)正常結(jié)點(diǎn)位置或間隙位置的外來(lái)質(zhì)點(diǎn)一、點(diǎn)缺陷（零維缺陷）當(dāng)前7頁(yè)，總共71頁(yè)。晶體中的點(diǎn)缺陷

空位雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間隙質(zhì)點(diǎn)當(dāng)前8頁(yè)，總共71頁(yè)。②按缺陷產(chǎn)生的原因分類

a.熱缺陷

b.雜質(zhì)缺陷（固溶體）

c.非化學(xué)計(jì)量化合物

當(dāng)前9頁(yè)，總共71頁(yè)。1.熱缺陷

定義:熱缺陷亦稱為本征缺陷，是指由熱起伏的原因所產(chǎn)生的空位或間隙質(zhì)點(diǎn)（原子或離子）。類型:弗侖克爾缺陷（Frenkeldefect）和肖特基缺陷（Schottkydefect）熱缺陷濃度與溫度的關(guān)系:溫度升高時(shí)，熱缺陷濃度增加當(dāng)前10頁(yè)，總共71頁(yè)。圖2-6熱缺陷產(chǎn)生示意圖

（a）弗侖克爾缺陷的形成（空位與間隙質(zhì)點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)）（b）單質(zhì)中的肖特基缺陷的形成當(dāng)前11頁(yè)，總共71頁(yè)。2.雜質(zhì)缺陷定義:亦稱為組成缺陷，是由外加雜質(zhì)的引入所產(chǎn)生的缺陷。特征:如果雜質(zhì)的含量在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，則雜質(zhì)缺陷的濃度與溫度無(wú)關(guān)。雜質(zhì)缺陷對(duì)材料性能的影響當(dāng)前12頁(yè)，總共71頁(yè)。3.非化學(xué)計(jì)量缺陷定義:指組成上偏離化學(xué)中的定比定律所形成的缺陷。它是由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中的某些組分發(fā)生交換而產(chǎn)生。如Fe1－xO、Zn1+xO等晶體中的缺陷。特點(diǎn):其化學(xué)組成隨周圍氣氛的性質(zhì)及其分壓大小而變化。是一種半導(dǎo)體材料。4.其它原因，如電荷缺陷，輻照缺陷等當(dāng)前13頁(yè)，總共71頁(yè)。2.點(diǎn)缺陷的符號(hào)表征:Kroger-Vink（克羅格-明克）符號(hào)以MX型化合物為例：①

空位（vacancy）用V來(lái)表示，符號(hào)中的右下標(biāo)表示缺陷所在位置，VM含義即M原子位置是空的。②間隙原子（interstitial）亦稱為填隙原子，用Mi、Xi來(lái)表示，其含義為M、X原子位于晶格間隙位置。③雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)

（foreignparticle

）雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)用NM表示,NM的含義是N質(zhì)點(diǎn)占據(jù)M質(zhì)點(diǎn)的位置。因此該缺陷又稱為錯(cuò)放質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)前14頁(yè)，總共71頁(yè)。④

自由電子（electron）與電子空穴(hole）

分別用e，和h·來(lái)表示。其中右上標(biāo)中的一撇“，”代表一個(gè)單位負(fù)電荷，一個(gè)圓點(diǎn)“·”代表一個(gè)單位正電荷。在某種光、電、熱的作用下，可以在晶體中運(yùn)動(dòng)，它們不屬于某一特定原子當(dāng)前15頁(yè)，總共71頁(yè)。

⑤帶電缺陷

在NaCl晶體中，取出一個(gè)Na+離子，會(huì)在原來(lái)的位置上留下一個(gè)電子e，，寫成VNa’，即代表Na+離子空位，帶一個(gè)單位負(fù)電荷。同理，Cl－離子空位記為VCl·

，帶一個(gè)單位正電荷。即：VNa’=VNa＋e，，VCl·

=VCl＋h·。當(dāng)前16頁(yè)，總共71頁(yè)。其它帶電缺陷：

a.CaCl2加入NaCl晶體時(shí)，若Ca2+離子位于Na+離子位置上，其缺陷符號(hào)為CaNa·

，此符號(hào)含義為Ca2+離子占據(jù)Na+離子位置，帶有一個(gè)單位正電荷。

b.CaZr,,表示Ca2+離子占據(jù)Zr4+離子位置，此缺陷帶有二個(gè)單位負(fù)電荷。其余的缺陷VM、VX、Mi、Xi等都可以加上對(duì)應(yīng)于原陣點(diǎn)位置的有效電荷來(lái)表示相應(yīng)的帶電缺陷。

當(dāng)前17頁(yè)，總共71頁(yè)。

⑥

締合中心電性相反的缺陷距離接近到一定程度時(shí)，在庫(kù)侖力作用下會(huì)締合成一組或一群，產(chǎn)生一個(gè)締合中心，VM”和VX..發(fā)生締合,記為（VM”VX..）。當(dāng)前18頁(yè)，總共71頁(yè)。3、缺陷反應(yīng)表示法

對(duì)于雜質(zhì)缺陷而言，缺陷反應(yīng)方程式的一般式：

當(dāng)前19頁(yè)，總共71頁(yè)。⑴寫缺陷反應(yīng)方程式應(yīng)遵循的原則

與一般的化學(xué)反應(yīng)相類似，書(shū)寫缺陷反應(yīng)方程式時(shí)，應(yīng)該遵循下列基本原則：

a.位置關(guān)系

b.質(zhì)量平衡

c.電中性3.缺陷化學(xué)反應(yīng)表示法

當(dāng)前20頁(yè)，總共71頁(yè)。

a.位置關(guān)系：在化合物MaXb中，無(wú)論是否存在缺陷，其正負(fù)離子位置數(shù)（即格點(diǎn)數(shù)）的之比始終是一個(gè)常數(shù)a/b，即：M的格點(diǎn)數(shù)/X的格點(diǎn)數(shù)a/b。如NaCl結(jié)構(gòu)中，正負(fù)離子格點(diǎn)數(shù)之比為1/1，Al2O3中則為2/3。當(dāng)前21頁(yè)，總共71頁(yè)。注意：①位置關(guān)系強(qiáng)調(diào)形成缺陷時(shí)，基質(zhì)晶體中正負(fù)離子格點(diǎn)數(shù)之比保持不變，并非原子個(gè)數(shù)比保持不變。②在上述各種缺陷符號(hào)中，VM、VX、MM、XX、MX、XM等位于正常格點(diǎn)上，對(duì)格點(diǎn)數(shù)的多少有影響，而Mi、Xi、e，、h·等不在正常格點(diǎn)上，對(duì)格點(diǎn)數(shù)的多少無(wú)影響。③形成缺陷時(shí)，基質(zhì)晶體中的原子數(shù)會(huì)發(fā)生變化，外加雜質(zhì)進(jìn)入基質(zhì)晶體時(shí)，系統(tǒng)原子數(shù)增加，晶體尺寸增大；基質(zhì)中原子逃逸到周圍介質(zhì)中時(shí)，晶體尺寸減小。當(dāng)前22頁(yè)，總共71頁(yè)。

b.質(zhì)量平衡：與化學(xué)反應(yīng)方程式相同，缺陷反應(yīng)方程式兩邊的質(zhì)量應(yīng)該相等。需要注意的是缺陷符號(hào)的右下標(biāo)表示缺陷所在的位置，對(duì)質(zhì)量平衡無(wú)影響。

c.電中性：電中性要求缺陷反應(yīng)方程式兩邊的有效電荷數(shù)必須相等。當(dāng)前23頁(yè)，總共71頁(yè)。

2.缺陷反應(yīng)實(shí)例

（1）雜質(zhì)（組成）缺陷反應(yīng)方程式──雜質(zhì)在基質(zhì)中的溶解過(guò)程雜質(zhì)進(jìn)入基質(zhì)晶體時(shí)，一般遵循雜質(zhì)的正負(fù)離子分別進(jìn)入基質(zhì)的正負(fù)離子位置的原則，這樣基質(zhì)晶體的晶格畸變小，缺陷容易形成。在不等價(jià)替換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生間隙質(zhì)點(diǎn)或空位。當(dāng)前24頁(yè)，總共71頁(yè)。例1·寫出NaF加入YF3中的缺陷反應(yīng)方程式（低價(jià)取代高價(jià)）以正離子為基準(zhǔn)，反應(yīng)方程式為：以負(fù)離子為基準(zhǔn)，反應(yīng)方程式為：當(dāng)前25頁(yè)，總共71頁(yè)。以正離子為基準(zhǔn)，缺陷反應(yīng)方程式為：以負(fù)離子為基準(zhǔn)，則缺陷反應(yīng)方程式為：例2·寫出CaCl2加入KCl中的缺陷反應(yīng)方程式（高價(jià)取低代價(jià)）當(dāng)前26頁(yè)，總共71頁(yè)?；疽?guī)律：低價(jià)正離子占據(jù)高價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有負(fù)電荷，為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生負(fù)離子空位或間隙正離子。高價(jià)正離子占據(jù)低價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有正電荷，為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生正離子空位或間隙負(fù)離子。當(dāng)前27頁(yè)，總共71頁(yè)。例3·MgO形成肖特基缺陷

MgO形成肖特基缺陷時(shí)，表面的Mg2+和O2-離子遷移到表面新位置上，在晶體內(nèi)部留下空位:

MgMg+OOMgS+OS+VMg”+VO..

以零O（naught）代表無(wú)缺陷狀態(tài)，則：

OVMg”+VO..(2).熱缺陷反應(yīng)方程式當(dāng)前28頁(yè)，總共71頁(yè)。例4·AgBr形成弗侖克爾缺陷其中半徑小的Ag+離子進(jìn)入晶格間隙，在其格點(diǎn)上留下空位，方程式為：

AgAgAgi.+VAg’當(dāng)前29頁(yè)，總共71頁(yè)。當(dāng)晶體中剩余空隙比較小，如NaCl型結(jié)構(gòu)，容易形成肖特基缺陷；當(dāng)晶體中剩余空隙比較大時(shí)，如螢石CaF2型結(jié)構(gòu)等，容易產(chǎn)生弗侖克爾缺陷。一般規(guī)律：當(dāng)前30頁(yè)，總共71頁(yè)。⑷熱缺陷濃度的計(jì)算

在一定溫度下，熱缺陷是處在不斷地產(chǎn)生和消失的過(guò)程中，當(dāng)單位時(shí)間產(chǎn)生和復(fù)合而消失的數(shù)目相等時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡，熱缺陷的數(shù)目保持不變。根據(jù)質(zhì)量作用定律，可以利用化學(xué)平衡方法計(jì)算熱缺陷的濃度。當(dāng)前31頁(yè)，總共71頁(yè)?；瘜W(xué)平衡方法計(jì)算熱缺陷濃度

a.MX2型晶體肖特基缺陷濃度的計(jì)算

CaF2晶體形成肖特基缺陷反應(yīng)方程式為：動(dòng)態(tài)平衡平衡常數(shù)KG=－RTlnK又[O]=1，則當(dāng)前32頁(yè)，總共71頁(yè)。b.

弗侖克爾缺陷濃度的計(jì)算AgBr晶體形成弗侖克爾缺陷的反應(yīng)方程式為：

AgAg平衡常數(shù)K為：

式中[AgAg]1。又G=－RTlnK,則式中G為形成1摩爾弗侖克爾缺陷的自由焓變化。當(dāng)前33頁(yè)，總共71頁(yè)。

注意:在計(jì)算熱缺陷濃度時(shí)，由形成缺陷而引發(fā)的周圍原子振動(dòng)狀態(tài)的改變所產(chǎn)生的振動(dòng)熵變，在多數(shù)情況下可以忽略不計(jì)。且形成缺陷時(shí)晶體的體積變化也可忽略，故熱焓變化可近似地用內(nèi)能來(lái)代替。所以，實(shí)際計(jì)算熱缺陷濃度時(shí)，一般都用缺陷形成能代替計(jì)算公式中的自由焓變化。因此熱缺陷的計(jì)算公式可以簡(jiǎn)寫為：熱缺陷濃度---n/N=exp(-△Gf/2KT),其中△Gf為缺陷形成能；

k＝1.38×10-23（玻爾茲曼常數(shù)）；T－開(kāi)氏溫度當(dāng)前34頁(yè)，總共71頁(yè)。作業(yè)：

1.在CaF2晶體中，弗侖克爾缺陷形成能是2.8ev，肖特基缺陷形成能是5.5ev，計(jì)算在25℃和1600℃時(shí)熱缺陷的濃度。2.寫出下列缺陷方程（分別寫出兩個(gè)合理的方程）當(dāng)前35頁(yè)，總共71頁(yè)。4.2固溶體

將外來(lái)組元引入晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)主晶相質(zhì)點(diǎn)位置一部分或間隙位置一部分，仍保持一個(gè)晶相，這種晶體稱為固溶體(即溶質(zhì)溶解在溶劑中形成固溶體），也稱為固體溶液。一、固溶體的分類二、置換型固溶體三、間隙型固溶體四、形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響五、固溶體的研究方法當(dāng)前36頁(yè)，總共71頁(yè)。固溶體、化合物和混合物的比較固溶體化合物機(jī)械混合物形成方式摻雜、溶解化學(xué)反應(yīng)機(jī)械混合反應(yīng)式AO+B2O3＝AB2O4AO+B2O3均勻混合化學(xué)組成B2-xAxO3-x/2AB2O4AO+B2O3混合尺度原子（離子）尺度原子（離子）尺度晶體顆粒態(tài)結(jié)構(gòu)與B2O3相同AB2O4型AO結(jié)構(gòu)+B2O3結(jié)構(gòu)相組成均勻單相均勻單相兩相有界面當(dāng)前37頁(yè)，總共71頁(yè)。1.固溶體類型⑴根據(jù)外來(lái)組元在主晶相中所處位置

置換型固溶體間隙型固溶體⑵根據(jù)外來(lái)組元在主晶相中的固溶度

連續(xù)型（無(wú)限型、完全互溶型）固溶體、有限型（部分互溶型）固溶體。

當(dāng)前38頁(yè)，總共71頁(yè)。（一）、根據(jù)溶質(zhì)原子在主晶相中所處位置可分為：1、置換式固溶體，亦稱替代固溶體，其溶質(zhì)原子位于點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上，替代（置換）了部分溶劑原子。金屬和金屬形成的固溶體都是置換式的。如，Cu-Zn系中的α和η固溶體都是置換式固溶體。在金屬氧化物中，主要發(fā)生在金屬離子位置上的置換，如：MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。當(dāng)前39頁(yè)，總共71頁(yè)。2、間隙式固溶體，亦稱填隙式固溶體，其溶質(zhì)原子位于點(diǎn)陣的間隙中。金屬和非金屬元素H、B、C、N等形成的固溶體都是間隙式的。如，在Fe-C系的α固溶體中，碳原子就位于鐵原子的BCC點(diǎn)陣的八面體間隙中。當(dāng)前40頁(yè)，總共71頁(yè)。（二）、根據(jù)外來(lái)組元在主晶相中的固溶度1、有限固溶體（不連續(xù)固溶體、部分互溶固溶體），其固溶度小于100%。兩種晶體結(jié)構(gòu)不同或相互取代的離子半徑差別較大，只能生成有限固溶體。如MgO-CaO系統(tǒng)，雖然都是NaCl型結(jié)構(gòu)，但陽(yáng)離子半徑相差較大，rMg2+=0.80埃，rCa2+=1.00埃，取代只能到一定限度。當(dāng)前41頁(yè)，總共71頁(yè)。2、無(wú)限固溶體（連續(xù)固溶體、完全互溶固溶體），是由兩個(gè)(或多個(gè))晶體機(jī)構(gòu)相同的組元形成的，任一組元的成分范圍均為0～100%。

Cu-Ni系、Cr-Mo系、Mo-W系、Ti-Zr系等在室溫下都能無(wú)限互溶，形成連續(xù)固溶體。

MgO-CoO系統(tǒng)，MgO、CoO同屬NaCl型結(jié)構(gòu)，rCo2+=0.80埃，rMg2+=0.80埃，形成無(wú)限固溶體，分子式可寫為MgxNi1-xO，x=0~1；

PbTiO3與PbZrO3也可形成無(wú)限固溶體，分子式寫成：Pb（ZrxTi1-x）O3，x=0~1。當(dāng)前42頁(yè)，總共71頁(yè)。二、置換型固溶體（一）、形成置換固溶體的影響因素

1.原子或離子尺寸的影響-Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則

2、晶體結(jié)構(gòu)類型的影響

3、離子類型和鍵性

4、電價(jià)因素當(dāng)前43頁(yè)，總共71頁(yè)。1.原子或離子尺寸的影響-Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則以r1和r2分別代表半徑大和半徑小的溶劑(主晶相)或溶質(zhì)(雜質(zhì))原子(或離子)的半徑，當(dāng)時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間可以形成連續(xù)固溶體。當(dāng)時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間只能形成有限型固溶體，當(dāng)時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間很難形成固溶體或不能形成固溶體，而容易形成中間相或化合物。因此Δr愈大，則溶解度愈小。這是形成連續(xù)固溶體的必要條件，而不是充分必要條件。當(dāng)前44頁(yè)，總共71頁(yè)。2、晶體結(jié)構(gòu)類型的影響

若溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)類型相同，能形成連續(xù)固溶體，這也是形成連續(xù)固溶體的必要條件，而不是充分必要條件。

NiO-MgO都具有面心立方結(jié)構(gòu)，且Δr<15%，可形成連續(xù)固溶體；

MgO-CaO兩兩結(jié)構(gòu)不同，只能形成有限型固溶體或不形成固溶體。當(dāng)前45頁(yè)，總共71頁(yè)。3、離子類型和鍵性化學(xué)鍵性質(zhì)相近，即取代前后離子周圍離子間鍵性相近，容易形成固溶體。4、電價(jià)因素形成固溶體時(shí)，離子間可以等價(jià)置換也可以不等價(jià)置換。在硅酸鹽晶體中，常發(fā)生復(fù)合離子的等價(jià)置換，如Na++Si4+=Ca2++Al3+，使鈣長(zhǎng)石Ca[Al2Si2O6]和鈉長(zhǎng)石Na[AlSi3O8]能形成連續(xù)固溶體。又如，Ca2+=2Na+，Ba2+=2K+常出現(xiàn)在沸石礦物中。當(dāng)前46頁(yè)，總共71頁(yè)。注意事項(xiàng)以上幾個(gè)影響因素，并不是同時(shí)起作用，在某些條件下，有的因素會(huì)起主要因素，有的會(huì)不起主要作用。例如，rSi4+=0.26埃，rAl3+=0.39埃，相差達(dá)45%以上，電價(jià)又不同，但Si—O、Al—O鍵性接近，鍵長(zhǎng)亦接近，仍能形成固溶體，在鋁硅酸鹽中，常見(jiàn)Al3+置換Si4+形成置換固溶體的現(xiàn)象。當(dāng)前47頁(yè)，總共71頁(yè)。

形成間隙型固溶體的條件:

填隙式固溶體的固溶度仍然取決于離子尺寸、離子價(jià)、電負(fù)性，結(jié)構(gòu)等因素。

1

雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大小即添加的原子愈小，易形成填隙型固溶體，反之亦然。

2

晶體（基質(zhì)）結(jié)構(gòu)離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切相關(guān)的，在一定程度上來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作用。一般晶體中空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈疏松，易形成固溶體。當(dāng)前48頁(yè)，總共71頁(yè)。3

電價(jià)因素

外來(lái)雜質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí)，必然引起晶體結(jié)構(gòu)中電價(jià)的不平衡，這時(shí)可以通過(guò)生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來(lái)保持電價(jià)平衡。例如YF3加入到CaF2中：當(dāng)F-進(jìn)入間隙時(shí)，產(chǎn)生負(fù)電荷，由Y3+進(jìn)入Ca2+位置來(lái)保持位置關(guān)系和電價(jià)的平衡。間隙式固溶體的生成，—般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使固溶體變成不穩(wěn)定而離解，所以填隙型固溶體不可能是連續(xù)的固溶體。晶體中間隙是有限的，容納雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的能力≤10%。當(dāng)前49頁(yè)，總共71頁(yè)。實(shí)例

在面心立方結(jié)構(gòu)中，例如MgO中，氧八面體間隙都已被Mg離子占滿，只有氧四面體間隙是空的。在TiO2中，有二分之一的八面體空隙是空的。在螢石結(jié)構(gòu)中，氟離子作簡(jiǎn)單立方排列，而正離子Ca2+只占據(jù)了有立方體空隙的一半，在晶胞中有一個(gè)較大的間隙位置。在沸石之類的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽結(jié)構(gòu)中，間隙就更大，具有隧道型空隙。因此，對(duì)于同樣的外來(lái)雜質(zhì)原子，可以預(yù)料形成填隙式固溶體的可能性或固溶度大小的順序?qū)⑹欠惺?gt;螢石>TiO2>MgO．實(shí)驗(yàn)證明是符合的。當(dāng)前50頁(yè)，總共71頁(yè)。四、形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響1、

穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生2、活化晶格3、固溶強(qiáng)化4、形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響當(dāng)前51頁(yè)，總共71頁(yè)。1、穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生

ZrO2是一種高溫耐火材料，熔點(diǎn)2680℃，但發(fā)生相變時(shí)伴隨很大的體積收縮，這對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料是致命的。若加入CaO，則和ZrO2形成固溶體，無(wú)晶型轉(zhuǎn)變，體積效應(yīng)減少，使ZrO2成為一種很好的高溫結(jié)構(gòu)材料。

當(dāng)前52頁(yè)，總共71頁(yè)。2、活化晶格

形成固溶體后，晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變，處于高能量的活化狀態(tài)，有利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。如，Al2O3熔點(diǎn)高（2050℃），不利于燒結(jié)，若加入TiO2，可使燒結(jié)溫度下降到1600℃，這是因?yàn)锳l2O3

與TiO2形成固溶體，Ti4+置換Al3+后，帶正電，為平衡電價(jià)，產(chǎn)生了正離子空位，加快擴(kuò)散，有利于燒結(jié)進(jìn)行。當(dāng)前53頁(yè)，總共71頁(yè)。3、固溶強(qiáng)化定義：固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低，稱為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)和規(guī)律：固溶強(qiáng)化的程度(或效果)不僅取決與它的成分，還取決與固溶體的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、固溶度、組元原子半徑差等一系列因素。

1）間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果一般要比置換式溶質(zhì)原子更顯著。

2）溶質(zhì)和溶劑原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶強(qiáng)化越顯著。當(dāng)前54頁(yè)，總共71頁(yè)。實(shí)際應(yīng)用：鉑、銠單獨(dú)做熱電偶材料使用，熔點(diǎn)為1450℃，而將鉑銠合金做其中的一根熱電偶，鉑做另一根熱電偶，熔點(diǎn)為1700℃，若兩根熱電偶都用鉑銠合金而只是鉑銠比例不同，熔點(diǎn)達(dá)2000℃以上。當(dāng)前55頁(yè)，總共71頁(yè)。4、形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響固溶體的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化，但一般都不是線性關(guān)系。固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低。當(dāng)前56頁(yè)，總共71頁(yè)。5.固溶體的研究方法1、理論密度計(jì)算計(jì)算方法1）先寫出可能的缺陷反應(yīng)方程式；

2）根據(jù)缺陷反應(yīng)方程式寫出固溶體可能的化學(xué)式3）由化學(xué)式可知晶胞中有幾種質(zhì)點(diǎn)，計(jì)算出晶胞中i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量：據(jù)此，計(jì)算出晶胞質(zhì)量W：

當(dāng)前57頁(yè)，總共71頁(yè)。2.固溶體化學(xué)式的寫法當(dāng)前58頁(yè)，總共71頁(yè)。例題：在ZrO2中加入CaO，生成固溶體，在1600℃，該固溶體具有螢石結(jié)構(gòu)，經(jīng)XRD分析，當(dāng)溶入0.15分子CaO時(shí)，晶胞參數(shù)a＝0.513nm，測(cè)得密度D=5.447g/cm３,求計(jì)算密度，并判斷固溶體的種類。當(dāng)前59頁(yè)，總共71頁(yè)。當(dāng)前60頁(yè)，總共71頁(yè)。三、非化學(xué)計(jì)量化合物1.定義：組成上偏離了化學(xué)計(jì)量的化合物稱非化學(xué)計(jì)量化合物。2.類型⑴負(fù)離子缺位型Ti02、ZrO2會(huì)產(chǎn)生這種缺陷，分子式可寫為TiO2-x，ZrO2-x。產(chǎn)生原因：環(huán)境中缺氧，晶格中的氧逸出到大氣中，使晶體中出現(xiàn)了氧空位。當(dāng)前61頁(yè)，總共71頁(yè)。TiO2-x結(jié)構(gòu)缺陷示意圖（I