无机材料科学基础课后习题答案(5)

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1、5试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。解：. 离子尺寸因素 从晶体稳定性考虑,互相替代的离子尺寸愈相近,则固溶体愈稳定。若以r1和2分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差30%时,不能形成固溶体。2、晶体的构造类型形成持续固溶体的两个组分必须具有完全相似的晶体构造。构造不同最多只能生成有限固溶体。、离子的电价因素只有离子价相似或复合替代离子价总和相似时,才也许形成持续置换型固溶体。4、电负性因素电负性相近,有助于固溶体的生成。5.2 从化学构成、相构成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。解：从化学构成、相构成考虑，固溶体、化合物和机械混合物的区别 列下表-1比较之。表5

2、-1 固溶体、化合物和机械混合物比较（以AO溶质溶解在BO3溶剂中为例)比 较 项固 溶 体化 合 物机械混 合 物化学构成B2-xx(x =02)AO+2O相构成均匀单相单相两相有界面5.3试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点。列出简要表格比较。解：固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物都属晶体构造缺陷,但它们又各有不同,现列表5-2比较之。表-2 固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物比较分类形成因素形成条件缺陷反映固溶式溶解度热缺陷肖特基缺陷晶 格热振动0K以上0MX只受温度控制弗伦克尔缺陷MM = MX固溶体无限置换型固溶体掺 杂 溶 解15 , A2电价=B+电价，构造同

3、O，电负性相近AB1-xA受温度控制x=0有限固溶体间隙型间隙离子半径小,晶体构造开放,空隙大Y3掺杂量固溶度，受温度控制组分缺陷0 ，Ca+电价Z4电价2CaOaO掺杂量固溶度,受温度控制 非化学计量化合物阳离子缺位环境中氛围性质和压力变化变价元素氧化物在氧化氛围中O2（)2Fe VOhPO阴离子间隙O2()U(2h)阳离子间隙变价元素氧化物在还原氛围中nO+2+O2(g）阴离子缺位O+2O(g) V5.试写出少量MgO掺杂到l2O3中和少量F3掺杂到CF中的缺陷方程。（)判断方程的合理性。()写出每一方程相应的固溶式。解： 3MgO2+3O(1）2Mg2+ +2O (2）YFF+2F (3

4、）2Y32Y+FF （)(a)书写缺陷方程一方面考虑电价平衡，如方程(1）和（4)。在不等价置换时，2 2A+ ；2Y3+ a+。这样即可写出一组缺陷方程。另一方面考虑不等价离子等量置换，如方程(2）和(3）Mg2+ Al3+ ;Y3+Ca2。这样又可写出一组缺陷方程。在这两组方程中,从结晶化学的晶体稳定性考虑,在离子晶体中除萤石型晶体构造可以产生间隙型固溶体以外,由于离子晶体中阴离子紧密堆积，间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺陷在离子晶体中(除萤石型）较少见。上述四个方程以（2)和（3）较合理。固然对的的判断必须用固溶体密度测定法来决定。（)(1)(2) (3) （） 5.

5、5一块金黄色的人造黄玉，化学分析成果觉得,是在Al2O3中添加了0.5ml%Ni和.2ml% Cr2O3。试写出缺陷反映方程(置换型)及化学式。解:NO和r2O固溶入l23的缺陷反映为:2NO2+2OCr2O固溶体分子式为:Cr取1ol试样为基准，则m.00；m=2 ; 10.050.000=0.98 2NiO 2Al O3Cr2 O3 Al O取代前Al2O所占晶格为：0994+0.005/2+0.0000975 (Al2)取代后各组分所占晶格分别为:l2O3：oliO：molCr2 O：ol取代后，固溶体的分子式为：0.997l2O3005 O 0.0002 C2O3或Al1.946 00

6、C0.004O2.95x=0.005, Y=0.004.99=20005-0004=2x-2.9753-x.6 Zn是六方晶系，a0.3242m，c=.19nm,每个晶胞中含个ZO分子,测得晶体密度分别为.74,. g/cm3,求这两种状况下各产生什么型式的固溶体?解:六方晶系的晶胞体积=4.73c3在两种密度下晶胞的重量分别为W1=d1=5.44.731023=2710-(g)W=d2v=5.04.7310-3=2651-22(g)理论上单位晶胞重W=.6(g)密度是d1时为间隙型固溶体,是2时为置换型固溶体。.7对于g、Al2和r2O，其正、负离子半径比分别为0.7、0和0.40。Al2O

7、和Cr2O3形成持续固溶体。 (a) 这个成果也许吗?为什么? () 试估计,在g-CrO系统中的固溶度是有限还是很大？为什么?解：(a）AlO3与r2O3有也许形成持续固溶体。由于:=10%1%构造类型相似,均属刚玉型构造。（b）对于MgO-r23系统，由于构造类型相差较大,前者为NaCl型，后者为刚玉型。虽然=14.8%5%,也不也许形成完全互溶的固溶体，而只能是有限固溶。.8 AlO3在MgO中将形成有限固溶体，在低共熔温度95时，约有18t% Al3溶入M中，MgO单位晶胞尺寸减小。试估计下列状况下密度的变化。() +为间隙离子, (b) A+为置换离子。解：(a) Al3为间隙离子：

8、缺陷反映为：（1)固溶式分子式：(2)(）Al+为置换离子:缺陷反映为:+(3）固溶式分子式:(4）取10试样为基准：（为摩尔数)0176 （m为摩尔数)m=2.35MgO中固溶18%w的A2O3后的分子式为:2.5 Mg.16 A23或Mg230.52O2.63 (5）（）式各项除以2.56得M079Al0.13 （6)由(6)式得=0.13代入（2)（4)式,对（a）有即.79401（b）有g0794Al0.137O设:固溶前后晶胞体积不变,则密度变化为: （,分别代表固溶前后密度）因此，固溶后的密度不不小于固溶前的密度。5用2mol Y3加入CaF2中形成固溶体,实验测得固溶体的晶胞参数

9、a=0.55nm,测得固溶体密度3.64g/m3,试计算阐明固溶体的类型？(元素的相对原子质量：Y=0；Ca40.08;F=9.0）解:Y3加入Ca的缺陷反映方程如下：Y+F2FF (1）2YF32Y+VF （2）方程(1)和(2）的固溶式：（1)CaxFx (2) Ca（1-3/2）Yx2按题意x=0代入上述固溶式得:间隙型固溶体分子式为a08Y0.22.2置换型固溶体分子式为Ca0.7Y0.2F2；它们的密度分别设为1和。Ca是萤石型晶体,单位晶胞内具有4个萤石分子。1=3.659（cm3)=3.36（g/cm3)由1与2计算值与实测密度3.6/m3比较,1值接近3.6g/cm3，因此0.2ol Y3加入Ca2中形成间隙型固溶体。