1晶体结构缺陷习题课

第一章晶体结构缺陷习题课2、书写缺陷反应式应遵循的原则3、缺陷浓度计算4、固溶体的分类及形成条件5、研究固溶体的方法第一章习题课1、缺陷的分类6、非化学计量化合物点缺陷热缺陷杂质缺陷非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）Frankel缺陷Schttyq缺陷非化学计量化合物类型：阳离子填隙型阴离子间隙型阳离子空位型阴离子缺位型2－6(a)在CaF2晶体中，Frankel缺陷形成能为2.8eV，Schttky缺陷的生成能为5.5eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度？(b)如果CaF2晶体中，含有10－6的YF3杂质，则在1600℃时，CaF2晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。解：(a)由题可知，Frankel缺陷形成能Schttky缺陷的生成能由知，Frankel缺陷浓度高，因而是主要的。)2exp(KTENn－242319102.06)298101.382101.6028.2exp(－－－＝－Nn4-－－－1070.1)1873101.382101.6028.2exp(2319NnFCaCaCaFFVYSFY62)(2.32(b)由此可知63105.02/1－YFVCa杂质41070.1－热＝CaV而在1873K时所以此时热缺陷占优势。在298K时，在1873K时，2－7试写出下列缺陷方程OiAlOAlOOTiTiOa322322OAlAlOAlOVTiiOT633322OOThThOOVaCCaOb2OiThThOOCaaCCaO222OMgMgMgOOVYOYc3232OiMgMgOOOYOY2232OOZrZrOOVlAOAld32232OiZrZrOOAllAOAl6322322－9高温结构材料Al2O3可以用ZrO2来实现增韧，也可以用MgO来促进Al2O3的烧结。(a)如加入0.2mol%ZrO2,试写出缺陷反应式和固溶分子式。(b)如加入0.3mol%ZrO2和Xmol%MgO对进行复合取代，试写出缺陷反应式、固溶分子式及求出X值。所以固溶分子式为：Al1.998Zr0.002O3.001解：(a)缺陷反应式：2:2:10.002:0.002:0.001OiAlOAlOOZrZ32rO2322(b)缺陷反应式为OOAlOAlOVgMMgO22322:2:1X:X:X/2复合取代反应式为OOiAlAlOAlOVOgMZrMgOZrO2521213221:11:1:1/2:1/20.3%:X0.3%:X:X/2:0.15%根据电中性原则X＝0.3%所以固溶分子式为Al1.994Zr0.003Mg0.003O32－11非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+＝0.1,求FexO中空位浓度及x值。分析：FexO是Fe2O3溶解在FeO中的非化学计量化合物，先写出缺陷方程式，然后根据Fe3+/Fe2+＝0.1计算。解：缺陷反应式：OFeFeFeOOVFeOFe32321:2:1a:2a:a其化学式为：Fe1－2a－aFe2aO2a/1－3a＝0.1a=0.044X＝1－a＝0.95621025.21][－XaVFe注：1＋X为正常结点数。补充：1、用ZrO2和0.25molCaO制成固溶体，测得晶胞参数a0＝0.5153nm，密度为＝5.184g/cm3，ZrO2为萤石结构，问主要缺陷形式是何种？分析：写出可能的缺陷反应式及固溶体分子式，然后计算相应的理论密度，最后把计算密度与实测密度相比确定缺陷形式。解：缺陷反应式OiZrZrOOCaaCCaO2222:1:10.25:0.125:0.125固溶分子式：Zr0.875Ca0.25O203011aZMNd＝计算OOZrZrOOVaCCaO21:1:10.25:0.25:0.25固溶分子式：Zr0.75Ca0.25O1.7503022aZMNd＝计算或比较d与，看谁与接近即为所对应的缺陷类型。2、一块金黄色的人造刚玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了0.5mol％NiO和0.02mol%Cr2O3。试写出缺陷反应方程(置换型)及化学式。解：缺陷反应式为OOAlOAlOViNNiO222322:2:10.5%:0.5%:0.25%OAlOAlOCrOCr3232321:20.02%:0.04%固溶体的化学式为：Al2－0.5％－0.04%Ni0.5%Cr0.04%O3－0.25%即Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.99753、填空题(1)晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积，晶体密度；而有Schtty缺陷时，晶体体积,晶体密度。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，是主要的；两种离子半径相差大时，是主要的。(2)AgBr在适当温度时产生Frankel缺陷时，用缺陷反应表示为，[Agi.]=；在MgO中形成Schtty缺陷时，缺陷反应式为，＝。(3)少量CaCl2在KCl中形成固溶体后，实测密度值随Ca2+离子数/K＋离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为。(4)写出缺陷反应式MgV)()(322232负离子间隙负离子空位OYCeOZrOOLa答案：(1)不变不变变大变小Schtty缺陷Frankel缺陷(2)Kexp(-Gf/2RT)(3)AgiiAgVAgVAg)2/exp(][kTGKAgfiOMgVVMgOClKKKClClVCaCaCl22OiYOYOOCeCeOOOZrZrOOVaLOLa3232322232(4)简答：从结构的角度论述，何谓固溶体、置换固溶体，并讨论置换固溶体的形成条件。