第五课固溶体.ppt

第五章 固溶体 将外来组元引入晶体结构，占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分，仍保持一个晶相，这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体），也称为固体溶液。 一、固溶体的分类 二、置换型固溶体 三、间隙型固溶体 四、形成固溶体后对晶体性质的影响 五、固溶体的研究方法 第一节 固溶体的分类 一、根据外来组元在主晶相中所处位置 ，可分为置换固溶体和间隙固溶体。 二、按外来组元在主晶相中的固溶度，可分为连续型(无限型)固溶体和有限型固溶体。 一、按杂质原子在固溶体中的位置可分为： 1、置换式固溶体，亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置换）了部分溶剂原子。 金属和金属形成的固溶体都是置换式的。如，Cu-Zn系中的α和η固溶体都是置换式固溶体。 在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换，如：MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。 C3S的固溶体C54S16MA2.相当于18个Si中有两个被置换。 2、间隙式固溶体，亦称填隙式固溶体，其溶质原子位于点阵的间隙中。 金属和非金属元素H、B、C、N等形成的固溶体都是间隙式的。如：在Fe-C系的α固溶体中，碳原子就位于铁原子的BCC点阵的八面体间隙中。 在无机固体材料中间隙固溶体一般发生由阴离子或阴离子团所形成的间隙中，只有阳离子进入间隙。 如C105S35M2A，是C3S形成的间隙固溶体。 二、按杂质原子在晶体中的溶解度分 1、有限固溶体（不连续固溶体、部分互溶固溶体），其固溶度小于100%。 两种晶体结构不同或相互取代的离子半径差别较大，只能生成有限固溶体。如MgO-CaO系统，虽然都是NaCl型结构，但阳离子半径相差较大，rMg2+=0.80埃，rCa2+=1.00埃，取代只能到一定限度。 2、无限固溶体（连续固溶体、完全互溶固溶体），是由两个(或多个)晶体结构相同的组元形成的，任一组元的成分范围均为0～100%。 Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、Ti-Zr系等在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。 MgO-CoO系统，MgO、CoO同属NaCl型结构，rCo2+=0.80埃，rMg2+=0.80埃，形成无限固溶体，分子式可写为MgxCo1-xO，x=0~1； PbTiO3与PbZrO3也可形成无限固溶体，分子式写成：Pb（ZrxTi1-x）O3，为锆钛酸铅压电陶瓷。 广泛应用于电子、无损检测、医疗等技术领域。 第二节 置换型固溶体 一、形成置换固溶体的影响因素 1. 原子或离子尺寸的影响 2. 晶体结构类型的影响 3. 离子类型和键性 4. 电价因素 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)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物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。 在水泥熟料中为防止β-C2S向γ-C2S转化，就是形成置换形固溶体，添加MgO、SrO、BaO，使他们形成正硅酸盐。或添加B2O3、P2O5、Cr2O3为稳定剂，使他们形成[BO4]、[PO4]、[CrO4]置换[SiO4]而形成固溶体。 2、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。 NiO-MgO都具有面心立方结构，且Δr15%，可形成连续固溶体； MgO-CaO两结构相同，只能形成有限型固溶体或不形成固溶体。 又如纯Al2O3和Fe2O3两者的△r为18.4%，结构为刚玉型，但他们只能形成有限固溶体。 但在复杂构造的石榴子石Ca3Al2(SiO4)3和Ca3Fe2(SiO4)3中，Fe3+和Al3+可连续置换。 这就是我们在讲混合材水泥时，其中的水化产物之一。 3、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，容易形成固溶体。 4、电价因素 形成固溶体时，离子间可以等价置换也可以不等价置换。 在硅酸盐晶体中，常发生复合离子的等