陶瓷晶体缺陷.pptVIP

总结： 产生一个缺陷，为维持电中性，必然引起另一个缺陷的产生。 根据质量作用定律 随着氧压力的增大，电子空穴浓度增大，电导率也相应增大。 由此可得： 由于正离子空位的存在，引起负离子过剩型结构缺陷(Ⅲ) h - 由于正离子空位的存在，引起负离子过剩型结构缺陷(Ⅲ) h 4. 阴离子间隙型 目前只发现UO2+x，可以看作U2O5在UO2中的固溶体，具有这样的缺陷。当在晶格中存在间隙负离子时，为了保持电中牲，结构中引入电子空穴，相应的正离子升价，电子空穴在电场下会运动。因此，这种材料是P型半导体。 由于存在向隙负离子，使负离子过剩型的结构(IV) h h 随着氧压力的增大，间隙氧的浓度增大，这种类型的缺陷化合物是P型半导体 §2.3 线缺陷 一、重要性 位错形成能 形状因子 剪切模量 Bergers矢量 单位长度位错的应变能： 位错在陶瓷材料中的形成能较大，较难生成； 位错的滑移比较困难 陶瓷材料大都以离子键或共价键，或两者的混合键键合； 离子晶体中任何离子的移动都会破坏该离子周围的电中性，同时离子的移动会引起同号离子间距离减小，使它们之间的排斥力增加，导致离子键的破坏； 共价键晶体具有方向性与饱和性，具有确定的键长与键角，晶体中任何原子的相对移动都可能引起共价键的破坏； 因此在陶瓷材料中，位错即使形成了，移动却十分困难。 二、可移动性差 §2.4 面缺陷 面缺陷(surface defects)是将材料分成若干区域的边界，如表面、晶界、界面、层错、孪晶面等。 一、晶界 1. 小角度晶界(small angle grain　boundary) 2. 大角度晶界 二、堆积层错 三、电畴与磁畴 一、晶界 根据形成晶界时的操作不同，晶界分为倾斜晶界(tilt boundary)和扭转晶界(twist boundary) 1. 小角度晶界 晶界的结构和性质与相邻晶粒的取向差有关，当取向差θ小于10~15o时，称为小角度晶界。 Ni0.76Al0.24:500ppm B的小角晶界(倾斜7o)的环纹暗场像。晶界亮区为Ni富集区域，其宽度约为一个单胞。[D.A. Muller, M.J. Mills, Materials Science and Engineering, A260 (1999) 12-28] 2. 大角度晶界 实验研究(如场离子显微镜观察)表明，大角度晶界两侧晶粒的取向差较大，但其过渡区却很窄(仅有几个埃)，其中原子排列在多数情况下很不规则，少数情况下有一定的规律性。 二、堆积层错 堆垛层错，就是指正常堆垛顺序中引入不正常顺序堆垛的原子面而产生的一类面缺陷。 以FCC结构为例，当正常层序中抽走一原子层, 相应位置出现一个逆顺序堆层……ABCACABC……称抽出型(或内禀)层错，如图(a)所示 ； 如果正常层序中插入一原子层，如图(b)所示，相应位置出现两个逆顺序堆层……ABCACBCAB……称插入型(或外禀)层错。 这种结构变化，并不改变层错处原子最近邻的关系(包括配位数、键长、键角)，只改变次邻近关系，几乎不产生畸变，所引起的畸变能很小。因而，层错是一种低能量的界面。 (a)抽出型层错； (b)插入型层错面心立方晶体中的层错 电畴　铁电体内部自发极化方向一致的区域称为电畴或铁电畴；相邻两电畴之间的过渡层（即界面）称为畴壁。 磁畴　铁磁性材料内部磁矩方向排列相同的区域称为磁畴；磁畴之间的交界面称为磁畴壁 。 三、电畴与磁畴 §2.5 固溶体 定义：在固体条件下，一种组分(溶剂)内“溶解”了其它组分(溶质)而形成的单一、均匀的晶态固体称为固溶体。 如果固溶体是由A物质溶解在B物质中形成的，一般将组分B称为溶剂(或主晶相、基质)，将组分A称为溶质(或掺杂质点、杂质)。如果两种组分可以互溶，那么就将含量高的那种称为溶剂，含量低的称为溶质。 一、固溶体的分类?? 置换型固溶体 间隙型固溶体 按溶质质点在溶剂晶格中的位置来划分 MgO-CoO MgO-CaO PbTiO3-PbZrO3 Al2O3-Cr2O3 按溶质在溶剂中的溶解度来划分 无限固溶体 有限固溶体 MgO-NiO Al2O3-Cr2O3 ThO2-UO2 Fe2O3—Al2O3 根据各组元分布的规律性划分 无序固溶体 有序固溶体 二、置换型固溶体 形成置换固溶体的影响因素 原子或离子尺寸的影响(Hume-Rothery经验规则) 晶体结构类型的影响 离子类型和键性 电价因素 电负性 温度 1. 原子或离子尺寸的影响 以r1和r2分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相)和溶质(杂质)原子(或离子)的半径， 当 时，溶质与溶剂之间可以形成连