第3章 固溶体.ppt

几个概念区别——固溶体、化合物、混合物。 固溶体和化合物虽然都是均一单相材料，但是在结构上明显不同。 2、置换型固溶体 (1)离子大小 相互取代的离子尺寸越接近，就越容易形成固溶体； 原子半径相差越大，溶解度越小。 若以r1和r2分别代表溶剂或溶质离子半径，则： 形成固溶体后对晶体性质的影响 稳定晶格，阻止晶型转变； PbTiO3（钛酸铅）和PbZrO3固溶生成锆钛酸铅压电陶瓷，广泛应用于电子、无损检测、医疗等技术领域。 如CaO加入到ZrO2中的原因： 由于在1200℃时ZrO2有单斜? 四方的晶型转变，伴有很大的体积膨胀，而不适用于耐高温材料。若添加CaO使它和ZrO2形成立方CaF2型SS，则无晶型转变，成为一种极有价值的高温材料，叫稳定化氧化锆。 活化晶格；形成固溶体后，晶格结构有一定的畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应。 固溶强化；固溶体的强度和硬度往往高于各组元，而塑性比较低，这种现象叫做固溶强化。强化的效果不仅取决于成分，也取决于固溶体的类型，结构特点、固溶度、组元半径。 固溶体对材料物理性质的影响；固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而变化，但一般不是线性变化， 第三节 固溶体的研究方法 点阵常数( 晶格参数)与成分的关系：Vegard定律。 同晶型的盐形成连续固溶体时，固溶体的点阵常数正比于任意组元（任意种盐）的浓度。 实际固溶体大多数都不完全符合Vegard定律。 Vegard定律只反映尺寸影响因素，实际固溶体产生偏离的原因是由于其他因素（电子浓度、负电性等）综合作用的结果。 物理性能与成分的关系；通过对物理性能的研究判定材料组成的变化。 第三节 固溶体类型的大致估计 密度计算 计算方法：先写出可能的缺陷反映方程式,再根据缺陷放映方程式写出可能的固溶体化学式( 杂质缺陷反映方程式).由化学式对固溶体密度进行计算，在与实测密度比较。 第三节 固溶体类型的大致估计 最基本的方法：用x射线结构分析测定晶胞参数，并测试SS的密度和光学性能来判别SS的类型。 固溶体中的点阵常数与面间距的变化固溶体取代量近似成正比因此可以用x射线测出这种结构上的变化而求出组成上的相应变化。 举例：CaO加到ZrO2中，在1600℃该固溶体为立方萤石结构。经x射线分析测定，当溶入0.15分子CaO时晶胞参数a=0.513nm,实验测定的密度值D＝5.477g/cm3 解：从满足电中性要求考虑，可以写出两种固溶方式： 作业 论述位错的基本类型和特点 分析形成固溶体后对晶体性质的影响 影响置换型和间隙性固溶体的形成因素 写出下列缺陷反映方程式；1，NaCl形成肖托基缺陷。AgI形成弗伦克尔缺陷， 两个相同符号的刃位错，在同一滑移面上相遇，结果是相互抵消还是相互叠加？ 晶界对位错的运动发生什么样的影响， 角度晶界能用位错的陈列表述么，大角度晶界能么 比较固溶体、化合物、机械混合物 * 定义—— 形成条件：结构类型相同， 化学性质相似， 置换质点大小相近。 第三章 固溶体 易于形成 形成史：(1) 在晶体生长过程中形成 (2)在熔体析晶时形成 (3)通过烧结过程的原子扩散而形成 从热力学角度分析—— 由? G＝ ?H－T ? S关系式讨论： (1) 溶质原子溶入溶剂晶格内，使热焓?H大大提高——不能生成固溶体。 (2)溶质原子溶入溶剂晶格内——大大地降低?H ，系统趋向于形成一个有序的新相，即生成化合物。 (3)溶质原子溶入溶剂晶格内——?H没有大的升高，而使熵? S增加，总的能量? G下降或不升高，生成固溶体 。固溶后并不破坏原有晶体的结构。 例如： Al2O3晶体中溶入0.5~2%的Cr3+后，由刚玉转变为有激光性能的红宝石； Si3N4和Al2O3之间形成sialon固溶体应用于高温结构材料等。沙隆陶瓷性质特点： 高温强度大，低温强度小 工业玻璃析晶时，析出组成复杂的相都是简单化合物的SS。 1、固溶体的分类 (1) 按溶质原子在溶剂晶格中的位置划分：间隙型固溶体，置换型固溶体 特点：形成间隙型固溶体；体积应比基质大。 形成置换型固溶体后体积基本不变或略有膨胀 (2) 按溶质原子在溶剂晶体中的溶解度分类 ： 连续型固溶