材料的结构复习版

《材料的结构复习版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料的结构复习版（57页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、材料的结构 2 周 期 表 中 各 元 素 在 室 温 下 的 状 态 从 气 态 原 子 移 走 一 个 电 子 使 其 成 为 气 态 正 离 子 所 需 的最 低 能 量 。g g eI -1原 子 （ ） + 一 价 正 离 子 （ ） +21 213.6ZI n 同 周 期 主 族 ： 从 左 至 右 ， Z逐 渐 增 大 ， I1也 逐 渐 增 大 。稀 有 气 体 I1最 大 。 同 周 期 副 族 ： 从 左 至 右 ， Z增 加 不 多 ， 原 子 半 径 减 小缓 慢 ， 其 I 1增 加 不 如 主 族 元 素 明 显 。 同 一 主 族 ： 从 上 到 下 ， Z增 加

2、 不 多 ， 但 原 子 半 径 增 加 ，所 以 I1由 大 变 小 。 同 一 副 族 电 离 能 变 化 不 规 则 。 第 一 电 离 能 （ First Ionization Energy, I1） 4 气 态 原 子 俘 获 一 个 电 子 成 为 一 价 负 离 子 时 所 产 生 的 能 量变 化 。 g e g EA-原 子 （ ） + 一 价 负 离 子 （ ） + 形 成 阴 离 子 时 放 出 能 量 ， 则 EA为 正 ；吸 收 能 量 则 EA为 负 。 EA的 大 小 涉 及 核 的 吸 引 和 核 外 电 荷 相 斥 两 个 因 素 ， 故 同一 周 期 和 同

3、 一 族 元 素 都 没 有 单 调 变 化 规 律 。 大 体 上 ， 同 周期 元 素 的 电 子 亲 和 势 从 左 到 右 呈 增 加 趋 势 （ 更 负 ） ， 而 同族 元 素 的 电 子 亲 和 势 变 化 不 大 。 电 子 亲 和 势 （ Electron Affinity, EA） 衡 量 原 子 吸 引 电 子 能 力 的 一 个 化 学 量1/2(eV) ( ) ( ) ( )/2A B d d dE AB E AA E BB 同 一 周 期 的 元 素 ， 从 左 到 右 电 负 性 逐 渐 增 大 ； 同 族 元 素 电 负 性 从 上 到 下 逐 渐 减 小 。

4、电 负 性 （ Electronegativity） 电 离 能 电 子 亲 和 势原 子 及 离 子 半 径 电 负 性 类 型 作 用 力 来 源 键 合 强 弱 形 成 晶 体 的 特 点离 子 键 原 子 得 、 失 电 子 后 形成 负 、 正 离 子 ， 正 负离 子 间 的 库 仑 引 力 最 强 无 方 向 性 键 、 高 配 位 数 、 高 熔点 、 高 强 度 、 高 硬 度 、 低 膨 胀系 数 、 塑 性 较 差 、 固 态 不 导 电 、熔 态 离 子 导 电共 价 键 相 邻 原 子 价 电 子 各 处于 相 反 的 自 旋 状 态 ，原 子 核 间 的 库 仑 引

5、 力 强 有 方 向 性 键 、 低 配 位 数 、 高 熔点 、 高 强 度 、 高 硬 度 、 低 膨 胀系 数 、 塑 性 较 差 、 在 熔 态 也 不导 电金 属 键 自 由 电 子 气 与 正 离 子实 之 间 的 库 仑 引 力 较 强 无 方 向 性 键 、 结 构 密 堆 、 配 位数 高 、 塑 性 较 好 、 有 光 泽 、 良好 的 导 热 、 导 电 性范 德 华键 原 子 间 瞬 时 电 偶 极 矩的 感 应 作 用 最 弱 无 方 向 性 键 、 结 构 密 堆 、 高 熔点 、 绝 缘氢 键 氢 原 子 核 与 极 性 分 子间 的 库 仑 引 力 弱 各 种

6、结 合 键 主 要 特 点 比 较 2.2.1晶 体 与 非 晶 体2.2 晶 体 学 基 本 概 念晶 体 原 子 或 原 子 团 、 离 子 或 分 子 在 空 按 一 定 规 律 呈周 期 性 地 排 列 构 成 。 长 程 有 序非 晶 体 原 子 、 分 子 或 离 子 无 规 则 地 堆 积 在 一 起 所 形成 。 短 程 有 序是 不 是 固 体 除 了 晶 体 就 是 非 晶 体 ？准 晶 体 ： 准 晶 体 具 有 与 晶 体 相 似 的 长 程 有 序 的 原 子排 列 ， 但 是 准 晶 体 不 具 备 晶 体 的 平 移 对 称 性 。 晶 体 结 构 的 几 个 基

7、 本 概 念周 期 性 ： 同 一 种 质 点 在 空 间 排 列 上 每 隔 一 定 距 离 重 复 出 现 。周 期 ： 任 一 方 向 排 在 一 直 线 上 的 相邻 两 质 点 之 间 的 距 离 。晶 格 （ lattice） ： 把 晶 体 中 质 点 的 中 心 用 直 线 联 起 来 构 成 的 空 间 格 架 。结 点 （ lattice points） ： 质 点 的 中 心 位 置 。空 间 点 阵 （ space lattice） ： 由 这 些 结 点 构 成 的 空 间 总 体 。晶 胞 （ unit cell） ： 构 成 晶 格 的 最 基 本 的 几 何 单

8、 元 。2.2.2 晶 格 、 晶 胞 和 晶 格 参 数 a、 b、 c : 确 定 晶 胞 大 小、 、 : 确 定 晶 胞 形 状 晶 格 常 数晶 胞 的 三 条 棱 的 长 度 a、 b和 c就 是 点 阵 沿 这 些 方 向 的 周 期 ，这 三 条 棱 就 称 为 晶 轴 。 晶 胞晶 胞Unit Cell Lattice & actual crystal strcture 空 间 点 阵 和 实 际 晶 体 结 构 之 间 的 关 系（ a） 、 （ c） 为 空 间 点 阵（ b） 、 （ d） 为 实 际 晶 体 2.2.4 晶 向 指 数 和 晶 面 指 数晶 面 （ c

9、rystallographic planes） ：晶 体 点 阵 在 任 何 方 向 上 分 解 为 相 互 平 行 的结 点 平 面 称 为 晶 面 ， 即 结 晶 多 面 体 上 的 平 面 。晶 向 （ crystallographic directions） ：点 阵 可 在 任 何 方 向 上 分 解 为 相 互 平 行 的 直线 组 （ 晶 列 ） ， 晶 列 所 指 方 向 就 是 晶 向 。 将 坐 标 原 点 选 在 OP的 任一 结 点 O点 ， 把 OP的 另一 结 点 P的 坐 标 经 等 比 例化 简 后 按 X、 Y、 Z坐 标轴 的 顺 序 写 在 方 括 号 内

10、 ， 则 uvw即 为 OP的 晶向 指 数 。晶 向 指 数 （ crystallographic direction indices ） 的 确 定 ：晶 向 指 数 与 晶 面 指 数 ： 国 际 上 统 一 采 用 密 勒 指 数（ Miller indices） 来 进 行 标 定 。 A: 110B: 111C: 2 2 1晶 向 指 数 实 例 Solution 用 （ hkl） 来 表 示 一 组 平 行晶 面 ， 称 为 晶 面 指 数 。 数字 hkl是 晶 面 在 三 个 坐 标 轴（ 晶 轴 ） 上 截 距 （ r, s, t)的倒 数 的 互 质 整 数 比 。晶 面

11、 指 数 （ crystallographic plane indices ） 的 确 定 ： 晶 面 A： r、 s、 t =1、 1、 1， 其 倒 数 为 1、 1、 1， 则 晶 面 指 数记 为 （ 111） 晶 面 B， r、 s、 t=1、 2、 ， 其 倒 数 为 1、 1/2和 0， 化 为 互 质的 整 数 比 为 2:1:0， 则 晶 面 指 数 记 为 （ 210） 晶 面 C： 晶 面 过 原 点 （ 0， 0， 0） ， 沿 y轴 平 移 一 个 晶 格 参 数（ 平 移 后 代 表 同 一 晶 面 ） 使 其 在 y轴 截 距 为 -1， 则 r、 s和 t分别

12、为 、 -1和 ， 其 倒 数 为 0、 -1和 0， 则 晶 面 指 数 记 为 ，其 中 的 负 号 写 在 数 字 上 面 。 0) 1 0( 应 该 是(632) 晶 面 指 数 示 例 ？1/r=3, 1/s=3/2, 1/t=1截 距 倒 数r=1/3, s=2/3, t=1截 距 互 质 整 数6, 3, 2(632)晶 面 指 数 20 2.3.1 点 缺 陷2.3.2 线 缺 陷 和 位 错2.3.3 面 缺 陷2.3.4 体 缺 陷2.3 晶 体 缺 陷Crystal Defects 21Classification点 缺 陷 ： 空 位（ 零 维 ） 线 缺 陷 ： 位

13、错（ 一 维 ） 体 缺 陷（ 三 维 ）面 缺 陷 ： 晶 界 ， 外 表 面 ， 相 界 ，孪 晶 界 ， 堆 垛 层 错 （ 二 维 ） 缺 陷 的 种 类 22 点 缺 陷 是 在 晶 体 晶 格 结 点 上 或 邻 近 区 域 偏 离 其 正常 结 构 的 一 种 缺 陷 ， 它 在 三 个 方 向 的 尺 寸 都 很 小 ，属 于 零 维 缺 陷 ， 只 限 于 一 个 或 几 个 晶 格 常 数 范 围内 。 2.3.1 点 缺 陷Point Defect 点 缺 陷 种 类 空 位 （ vacancy） 正 常 结 点 没有 被 原 子 或 离 子 所 占 据 ， 成 为 空结

14、 点 。 间 隙 原 子 （ interstitial atom） 原 子 进 入 晶 格 中 正 常 结 点 之 间 的间 隙 位 置 。 置 换 式 杂 质 原 子 （ substitutional impurity atom） 外 来 原 子 进入 晶 格 ， 取 代 原 来 晶 格 中 的 原 子而 进 入 正 常 结 点 的 位 置 间 隙 式 杂 质 原 子 （ interstitial impurity atom） 外 来 原 子 进入 点 阵 中 的 间 隙 位 置 ， 成 为 杂 质 原 子 。 热 缺 陷 杂 质 缺 陷 24 间 隙 原 子 ： 热 振 动 的 原 子 在

15、 某 一 瞬 间 可 以 获 得 较 大 的 能 量， 挣 脱 周 围 质 点 的 作 用 ， 离 开 平 衡 位 置 ， 进 入 到 晶 格 内 的其 它 位 置 形 成 间 隙 原 子 ， 而 在 原 来 的 平 衡 格 点 位 置 上 留 下空 位 。 离 开 平 衡 位 置 的 原 子 有 三 个 去 处 ： （ 1） 迁 移 到 晶 体 表 面 或 内 表 面 的 正 常 结 点 位 置 上 ， 使 晶体 内 部 留 下 空 位 ， 称 为 肖 特 基 （ Schottky） 缺 陷 或 肖 特 基空 位 ； （ 2） 挤 入 点 阵 的 间 隙 位 置 ， 在 晶 体 中 同 时

16、形 成 数 目 相 等的 空 位 和 间 隙 原 子 ， 则 称 为 弗 兰 克 尔 （ Frenkel） 缺 陷 ； （ 3） 跑 到 其 他 空 位 中 ， 使 空 位 消 失 或 使 空 位 移 位 。 另 外 ， 在 一 定 条 件 下 ， 晶 体 表 面 上 的 原 子 也 可 能 跑 到 晶 体内 部 的 间 隙 位 置 形 成 间 隙 原 子 。 形 成 原 因 ： 原 子 的 热 运 动 引 起 的 结 果 ： 点 阵 畸 变 特 点 ： 是 热 力 学 稳 定 缺 陷 （ 与 面 缺 陷 ， 线 缺 陷的 区 别 ）2.3.1.2 杂 质 缺 陷晶 体 的 杂 质 缺 陷 浓

17、 度 仅 取 决 于 加 入 到 晶 体 中 的 杂 质 含 量 ， 而与 温 度 无 关 ， 这 是 杂 质 缺 陷 形 成 与 热 缺 陷 形 成 的 重 要 区 别 。 有 一 些 易 变 价 的 化 合 物 ， 在 外 界 条 件 如 所 接 触 气 体 的 性质 和 压 力 大 小 的 影 响 下 ， 很 容 易 形 成 空 位 和 间 隙 原 子 ，使 组 成 偏 离 化 学 计 量 ， 由 此 产 生 的 晶 体 缺 陷 称 为 非 化 学计 量 缺 陷 。 非 计 量 缺 陷 的 形 成 ， 关 键 是 其 中 的 离 子 能 够 通 过 自 身 的变 价 来 保 持 电 中

18、性 。2.3.1.3 非 化 学 计 量 缺 陷 柏 格 斯 矢 量 （ b） 定 义 一 个 沿 位 错 线 的 正 方 向 ； 构 筑 垂 直 于 位 错 线 的 原 子 面 ； 围 绕 位 错 线 按 顺 时 针 方 向 画 出 柏 格 斯 回 路 （ Burgers circuit） ； 由 于 位 错 的 存 在 ， 回 路 的 起 点 和 终 点 是 不 重 叠 的 ， 从 柏 格 斯 回路 的 终 点 到 起 点 画 出 的 矢 量 就 是 柏 格 斯 矢 量 b。 从 一 个 原 子 出 发 ， 移 动 n个 晶 格 矢量 ， 然 后 顺 时 针 转 向 再 移 动 m个 晶格

19、 矢 量 ， 再 顺 时 针 转 向 移 动 n个 晶格 矢 量 ， 最 后 顺 时 针 转 向 移 动 m个晶 格 矢 量 ， 到 达 终 点 原 子 。 注 意 平行 方 向 上 移 动 的 晶 格 矢 量 必 须 相 同 。用 于 表 示 由 位 错 引 起 的 晶 格 中 的 相 对 原 子 位 移 2.3.2 线 缺 陷 和 位 错 柏 格 斯 矢 量 的 物 理 意 义 柏 格 斯 矢 量 是 描 述 位 错 实 质 的 重 要 物 理 量 。反 映 出 柏 氏 回 路 包 含 的 位 错 所 引 起 点 阵 畸 变的 总 累 计 。 通 常 将 柏 氏 矢 量 称 为 位 错 强

20、 度 ， 它 也 表 示 出晶 体 滑 移 时 原 子 移 动 的 大 小 和 方 向 。 根 椐 柏 格 斯 矢 量 b与 位 错 线 取 向 的 异 同 ， 位错 分 为 刃 型 位 错 、 螺 型 位 错 和 由 前 两 者 组 成的 混 合 位 错 三 种 类 型 。 29Comparison 相 同 点 ： 二 者 都 是 线 缺 陷 。不 同 点 ：（ 1） 刃 型 位 错 具 有 一 个 额 外 的 半 原 子 面 ， 而 螺 型 位 错 无 ；（ 2） 刃 型 位 错 必 须 是 位 错 线 与 柏 格 斯 矢 量 垂 直 ； 而 螺 型 位错 线 与 柏 格 斯 矢 量 平

21、行 ；刃 型 位 错 与 螺 型 位 错 混 合 位 错 是 刃 型 位 错 和 螺 型 位 错 的 混 合 型 式 ， 位 错 线与 柏 格 斯 矢 量 b的 方 向 既 不 垂 直 也 不 平 行 。 混 合 位 错 可 分 解 为 刃 型 位 错 分 量 和 螺 型 位 错 分 量 ， 它们 分 别 具 有 刃 型 位 错 和 螺 型 位 错 的 特 征 。 混 合 位 错 混 合 位 错 是 刃 型 位 错 和 螺 型 位 错 的 混 合 型 式 ， 位 错 线与 柏 格 斯 矢 量 b的 方 向 既 不 垂 直 也 不 平 行 。 混 合 位 错 可 分 解 为 刃 型 位 错 分

22、量 和 螺 型 位 错 分 量 ， 它们 分 别 具 有 刃 型 位 错 和 螺 型 位 错 的 特 征 。 312.4.2.4 位 错 的 运 动 2.3.2.4 位 错 的 运 动位 错 的 滑 移 ： 指 位 错 在 外 力 作 用 下 ， 在 滑 移 面 上 的 运 动 ，结 果 导 致 永 久 形 变 。位 错 的 运 动 位 错 的 攀 移位 错 的 滑 移 位 错 的 攀 移 指 在 热 缺 陷 或 外 力 作 用 下 ， 位 错 线 在 垂 直 其滑 移 面 方 向 上 的 运 动 ， 结 果 导 致 晶 体 中 空 位 或 间 隙 质 点的 增 殖 或 减 少 。 攀 移 的

23、 实 质 是 多 余 半 原 子 面 的 伸 长 或 缩 短 。 螺 位 错 没 有多 余 半 原 子 面 ， 故 无 攀 移 运 动 。 2.4.1 金 属 晶 体2.4.2 离 子 晶 体2.4.3 硅 酸 盐 结 构2.4 晶 体 材 料 的 结 构 33 金 属 晶 体 的 结 构晶 胞 中 的 原 子 数密 排 面 ， 密 排 方 向点 阵 常 数配 位 数 a ： 晶 格 单 位 长 度R ： 原 子 半 径单 位 晶 胞 原 子 数 n = 2体 心 立 方 bcc RaaR 3434 68.0)3/4( )3/4(2)3/4(2 3333bcc R RaR fccn = 4 f

24、cc RaaR 2424 74.0)2/4( )3/4(4)3/4(4 3333fcc R RaR hcp n = 6 hcp Ra ac 2 38 74.0)3(3812 )3/4(6)2321(6 )3/4(6 33hcp RRR Raac R G e o m e t r y p a r a m e t e r s 表 2-7. 常 见 晶 体 结 构 的 几 何 参 数Structure 配 位 数 （ CN） 原 子 数 （ n） 原 子 堆 积 系数 （ ）bcc 8 2 0.68fcc 12 4 0.74hcp 12 6 0.74 2.3.2.2 Inorganic nonmeta

25、llic crystal materials 2.4.2 离 子 晶 体离 子 键 ：无 方 向 性 ，也 无 饱 和 性 离 子 晶 体 ：紧 密 堆 积 结 构限 制 ：（ 1） 正 负 离 子 半 径 不 等 ；（ 2） 同 号 之 间 排 斥 2.3.2.1 离 子 晶 体 结 构 与 鲍 林 规 则（ Paulings Rules） 鲍 林 第 一 规 则 在 离 子 晶 体 中 ， 正 离 子 周 围形 成 一 个 负 离 子 多 面 体 ， 正 负 离 子 之 间 的 距 离取 决 于 离 子 半 径 之 和 ， 正 离 子 的 配 位 数 取 决 于离 子 半 径 比 。 （

26、a） 稳 定 结 构 （ b） 稳 定 结 构 （ c） 不 稳 定 结 构 正 负 离 子 半 径 比 配 位 数 堆 积 结 构0.155 20.155 0.225 30.225 0.414 40.414 0.732 60.732 1.000 8 1.000 12 正 负 离 子 半 径 比 与 配 位 数 及 负 离 子 堆 积 结 构 的 关 系 例 ： 已 知 K +和 Cl-的 半 径 分 别 为 0.133 nm 和 0.181 nm，试 分 析 K Cl的 晶 体 结 构 ， 并 计 算 堆 积 系 数 。解 ： 晶 体 结 构 ： 因 为 r+/ r- = 0.133/0.1

27、81 = 0.735， 其 值 处 于 0.732和 1.000之 间 ， 所 以 正离 子 配 位 数 应 为 8， 处 于 负 离 子 立 方 体 的 中心 （ 见 表 2-6） 。 也 就 是 属 于 下 面 提 到 的CsCl型 结 构 。堆 积 系 数 计 算 ： 每 个 晶 胞 含 有 一 个 正 离 子 和一 个 负 离 子 Cl-， 晶 格 参 数 a0可 通 过 如 下 计算 得 到 ： 3 3 3 33 304 4 4 4( ) ( ) (0.133) (0.181)3 3 3 3 0.725(0.363)r ra 堆 积 系 数 a0 = 2r+ + 2r- = 2(0.

28、133) + 2(0.181) = 0.628 nma0 = 0.363 nm 2r+2r - 静 电 键 强 ： 正 离 子 的 形 式 电 荷 与 其 配 位 数 的 比 值 。 为 保 持 电 中 性 ， 负 离 子 所 获 得 的 总 键 强 应 与 负 离 子 的 电 荷数 相 等 。鲍 林 第 二 规 则 在 离 子 的 堆 积 结 构 中 必 须 保 持 局 域 的 电 中 性 。鲍 林 第 三 规 则 稳 定 结 构 倾 向 于 共 顶 连 接鲍 林 第 四 规 则 若 晶 体 结 构 中 含 有 一 种 以 上 的 正 离 子 ，则 高 电 价 、 低 配 位 的 多 面 体

29、 之 间 有 尽 可 能 彼 此 互 不 连 接的 趋 势鲍 林 第 五 规 则 同 一 结 构 中 倾 向 于 较 少 的 组 分 差 异 ， 也 就 是说 ， 晶 体 中 配 位 多 面 体 类 型 倾 向 于 最 少 。 43Silicate structure 硅 酸 盐 结 构 类 型岛 状 链 状 层 状 网 架 状 2.4.4 共 价 晶 体 原 子 间 通 过 共 价 键 结 合 成 的具 有 空 间 网 状 结 构 的 晶 体 称为 共 价 晶 体 。 金 刚 石 晶 体 属 立 方 晶 系 ， C的 配 位 数 为 4， 每 个 晶 胞 中 共 有 8个 C原 子 ， 分

30、别 位 于 立 方 面 心 的 所 有 结 点 位 置 和 交 替 分 布 在立 方 体 内 8个 小 立 方 体 中 的 4个 小 立 方 体 的 中 心 ， C-C之 间 以共 价 键 结 合 。 碳 的 堆 积 系 数 只 有 0.34， 加 上 C原 子 质 量 较 轻 ， 所 以 金 刚 石 的密 度 较 小 。 由 于 C-C之 间 形 成 很 强 的 共 价 键 ， 所 以 金 刚 石 具 有 非 常 高 的硬 度 和 熔 点 ， 其 硬 度 是 自 然 界 所 有 物 质 中 为 最 高 的 ， 所 以 常 被 用 作 高 硬 切 割 材 料 和 磨 料 以 及 钻 井 用 钻

31、 头 。 (2) Characteristic 有 一 定 的 成 分 范 围 solid solubility 溶 质 和 溶 剂 原 子 占 据 一 个 共 同的 晶 体 点 阵 ， 点 阵 类 型 和 溶 剂 的 点阵 类 型 相 同 。 具 有 比 较 明 显 的 金 属 性 质 （ 对 金属 固 溶 体 来 说 ）基 本 特 征结合键主要是金属键 (3) Classification 按 溶 质 原 子 在 点阵 中 的 位 置 置 换 型 固 溶 体填 隙 型 固 溶 体分 类置 换 型 固 溶 体 ： 溶 质 原 子 占 据 溶 剂 结 构 中 的 一部 分 点 阵 位 置 的

32、固 溶 体间 隙 型 固 溶 体 ： 溶 质 原 子 处 于 溶 剂 结 构 中 的 间隙 位 置 形 成 的 固 溶 体 按 各 组 元 原 子分 布 的 规 律 性 无 序 固 溶 体有 序 固 溶 体无 序 固 溶 体 ： 溶 质 原 子 随 机 分 布 在 溶 剂 晶 体 点阵 的 任 意 位 置 的 固 溶 体 。有 序 固 溶 体 ： 溶 质 原 子 占 据 溶 剂 晶 体 点 阵 中 的某 些 确 定 位 置 呈 有 序 规 则 排 列 的 固 溶 体 。 形 成 置 换 固 溶 体 的 影 响 因 素 形 成 置 换 固 溶 体 的 影 响 因 素1. 原 子 或 离 子 尺

33、寸 的 影 响2. 晶 体 结 构 类 型 的 影 响 3. 离 子 类 型 和 键 性4. 电 价 因 素 Hume-Rothery经 验 规 则 以 r1和 r2分 别 代 表 半 径 大 和 半 径 小 的 溶 剂 (主 晶 相 )或溶 质 (杂 质 )原 子 (或 离 子 )的 半 径 ，当 时 ， 溶 质 与 溶 剂 之 间 可 以 形 成 连 续固 溶 体 ；当 时 ， 溶 质 与 溶 剂 之 间 只 能 形 成有 限 型 固 溶 体 ；当 时 ， 溶 质 与 溶 剂 之 间 很 难 形 成 固 溶体 或 不 能 形 成 固 溶 体 ， 而 容 易 形 成 中 间 相 或 化 合

34、物 。因 此 r愈 大 ， 则 溶 解 度 愈 小 。 15.01 21 r rrr %30 1 21 r rrr %30%151 21 r rrr 原 子 或 离 子 尺 寸 的 影 响 Hume-Rothery经 验 规 则这 是 形 成 连 续 固 溶 体 的 必 要 条 件 ，而 不 是 充 分 必 要 条 件 。 一 般 来 说 ， 两 种 固 体 只 有 在 离 子 价 相 同 或 同 号 离 子 的离 子 价 总 和 相 同 时 ， 才 可 能 满 足 电 中 性 的 要 求 ， 生 成连 续 固 溶 体 。 例 如 ， NiO-MgO系 统 中 ， 两 种 正 离 子 的 半

35、径 差 小 于15%， 而 且 价 态 相 同 ， 可 形 成 连 续 固 溶 体 。 在 硅 酸 盐 晶 体 中 ， 常 发 生 复 合 离 子 的 等 价 置 换 ， 如Na+ + Si4+ = Ca2+ + Al3+， 使 钙 长 石 CaAl2Si2O6和 钠长 石 NaAlSi3O8能 形 成 连 续 固 溶 体 。 又 如 ， Ca2+ = 2Na+， Ba2+ = 2K +常 出 现 在 沸 石 矿 物 中 。电 价 因 素 离 子 类 型 和 键 性 离 子 类 型 和 键 性化 学 键 性 质 相 近 ，即 取 代 前 后 离 子 周 围 离 子 间 键 性 相 近 ，容 易

36、 形 成 固 溶 体 。r(Si 4+)=0.26埃 ， r(Al3+)=0.39埃 ， 相 差 达 45%以 上 ， 电 价 又 不同 ， 但 SiO、 AlO键 性 接 近 ， 键 长 亦 接 近 ， 仍 能 形 成 固 溶体 ， 在 铝 硅 酸 盐 中 ， 常 见 Al3+置 换 Si4+形 成 置 换 固 溶 体 的 现 象 。 晶 体 结 构 类 型 的 影 响 晶 体 结 构 类 型 的 影 响若 溶 质 与 溶 剂 晶 体 结 构 类 型 相 同 ， 能 形 成 连 续固 溶 体 ， 这 也 是 形 成 连 续 固 溶 体 的 必 要 条 件 ，而 不 是 充 分 必 要 条 件

37、 。NiO-MgO都 具 有 面 心 立 方 结 构 ， 且 r15%，可 形 成 连 续 固 溶 体 ；MgO-CaO两 两 结 构 不 同 ， 只 能 形 成 有 限 型 固 溶体 或 不 形 成 固 溶 体 。 形 成 填 隙 型 固 溶 体 的 条 件 形 成 填 隙 型 固 溶 体 的 条 件杂 质 质 点 大 小 即 添 加 的 原 子 愈 小 ， 易 形 成 固 溶 体 ， 反 之 亦 然 。填 隙 型 固 溶 体 的 固 溶 度 仍 然 取 决 于离 子 尺 寸 、 离 子 价 、 电 负 性 ， 结 构等 因 素 。 离 子 尺 寸 是 与 晶 体 结 构 的 关 系 密 切

38、 相 关 的 ，在 一 定 程 度 上 来 说 ，结 构 中 间 隙 的 大 小 起 了 决 定 性 的 作 用 。一 般 晶 体 中 空 隙 愈 大 ， 结 构 愈 疏 松 ，易 形 成 固 溶 体 。 晶 体 （ 基 质 ） 结 构 外 来 杂 质 原 子 进 入 间 隙 时 ，必 然 引 起 晶 体 结 构 中 电 价 的 不 平 衡 ，这 时 可 以 通 过 生 成 空 位 ，产 生 部 分 取 代 或 离 子 的 价 态 变 化 来 保 持 电 价 平 衡 。电 价 因 素 1. 稳 定 晶 格 ， 阻 止 某 些 晶 型 转 变 的 发 生2. 活 化 晶 格 3. 固 溶 强 化

39、4. 形 成 固 溶 体 后 对 材 料 物 理 性 质 的 影 响2.5.3 固 溶 体 的 形 成 对 晶 体 材 料 性 质 的 影 响 名 词 ： 熔 体 生 长 法 、 气 相 输 运 、 共 沉 淀 法 、 均 匀 沉 淀 法 、 固 相 反 应 （ 广义 和 狭 义 ） 、 自 蔓 延 高 温 合 成 法 、 液 相 骤 冷 法 、 自 组 装简 答 ： 熔 体 生 长 法 的 分 类 。 溶 液 生 长 法 的 分 类 。 液 相 沉 淀 法 概 念 和 分 类 。 广 义 上 讲 什 么 是 固 相 反 应 ， 并 简 述 影 响 固 相 反 应 的 影 响 因 素 。 简 述 自 蔓 延 高 温 合 成 法 的 原 理 。材 料 的 制 备 重 点 内 容