武汉理工大学材料科学基础（第2版）课后习题和答案(3)

<883 ℃ ) 体心立方(>883 ℃ ) 六方 (<427 ℃ ) 面心立方(~427 ℃ ) 面心立方 21、对于MgO、Al2O3，和Cr2O3，其正、负离子半径比分别为0.47、0.36和0.40，则A1203和Cr23形成连续固溶体。 (a)这个结果可能吗?为什么?

(b)试预计，在MgO—Cr2O3系统中的固溶度是有限的还是无限的?为什么?

22、某种NiO是非化学计量的，如果NiO中Ni3+/Ni2+=10-4，问每m3中有多少载流子。 23、在MgO-Al2O3和PbTiO2-PbZrO3中哪一对形成有限固溶体，哪一对形成无限固溶体，为什么?

24、将CaO外加到ZrO2中去能生成不等价置换固溶体，在1600℃时，该固体具有立方萤石结构，经x射线分析测定，当溶入0.15摩尔CaO时，晶胞参数a=5.131A，实验测定密度D=0.5477克／cm3，对于CaO-Zr02固溶体来说，从满足电中性来看，可以形成氧离子空位的固溶体也可形成Ca2+嵌入阴离子间隙中的固溶体，其固溶方程为：

请写出两种固溶体的化学式，并通过计算密度，判断生成的是哪一种固溶体。

答案

1、解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca处于晶格间隙位置。 2、解：（1）NaCl（2）CaCl2（3）O

NaCa’+ ClCl + VCl2

CaNa2 + 2ClCl + VNa’

2+

VNa’ + VCl2 VAg’ + Agi2

（4）AgAg

3、解：设有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子数为x，晶胞体积V=(4.20)3，x=ρVN0/M=3.96,单位晶胞的肖脱基缺陷数=4-x=0.04。

4、解：（a）根据热缺陷浓度公式 n/N=exp(-E/2RT)，E=6eV=631.602310=9.612310J, T=298k：n/N=1.92310-51，T=1873k：n/N=8.0310-9； （b）在MgO中加入百万分之一的AL2O3，AL2O3

2ALMg2 + VMg’’ + 3OO，∵[AL2O3]=

-19

-19

10-6，∴[杂质缺陷]=3310-6/2=1.5310-6，∴比较可知，杂质缺陷占优。

5、解：n/N=exp(-E/2RT)，R=8.314，T=1000k：n/N=6.4310-3；T=1500k：n/N=3.5310-2。

6、解：Fe2O32FeFe2 + 3OO + VFe’’

y 2y y Fe3+2yFe2+1-3yO，

X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565O

[VFe’’]=7、解：Zn(g)

=

2

=2.22310-2

2

Zni + e’, Zn(g) + 1/2O2 = ZnO , Zni + e’+ 1/2O2 ZnO ,

[ZnO]=[e’]， ∴PO2O2(g)

[Zni2]

ρ

OO + VFe’’ + 2h

k=[OO][ VFe’’][h2]/PO21/2=4[OO][ VFe’’]3/ PO21/2 , [ VFe’’] ∝PO2-1/6， ∴ PO2

[ VFe’’]

ρ

8、解：刃位错：位错线垂直于位错线平行于位错运动方向。 9、略。

位错线垂直于位错运动方向；螺位错：位错线平行于

10、解：排斥，张应力重叠，压应力重叠。 11、解：晶界对位错运动起阻碍作用。

12、解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于无序的状态，而位错之间的距离可能只有一、两个原子的大小，不适用于大角度晶界。

13、解：（1）原子或离子尺寸的影响，△r<15%时，可以形成连续固溶体；△r=15%～30%时，只能形成有限型固溶体；△r>30%很难或不能形成固溶体；△r愈大，固溶度愈小；（2）晶体结构类型的影响，只有两种结构相同和△r<15%时才是形成连续固溶体的充分必要条件；（3）离子类型和键性，相互置换的离子类型相同，化学键性质相近，容易形成固溶体体；（4）电价因素，不等价置换不易形成连续固溶体。 14、解： 固溶体 机械混合物 化合物 形成原因 以原子尺寸“溶解”生成 粉末混合 原子间相互反映生成 单相均匀 遵守定比定律 相数 单相均匀 多相 / 有几种混合物就有多少化学组成 化学计量 不遵守定比定律 化学组成 不确定 确定 15、解：固溶体、晶格缺陷、非化学计量化合物都是点缺陷，是晶体结构缺陷，都是单相均匀的固体，结构同主晶相。

热缺陷——本征缺陷；固溶体——非本征缺陷； 分类 形成形成原因 条件 缺陷反应 化学式 溶解度、缺陷浓度 热缺肖特基 弗伦克热起伏 T>0k OMMVM’’+ Vx22 Mi22MX MX 陷 尔 + VM’’ 只受温度控制 大无限，有限，置换，间隙 搀杂 溶解 小，电负性，电价，结构 非化学计量环境中气愤性 质和压力 无：受温度控制 有：搀杂量<固溶度 受温度控制 搀杂量>固溶度 受固溶度控制 固溶体 阳缺 阴间 阳间 阴缺 Fe1-xO UO2+x Zn1+xO TiO2_x [h2]∝PO2-1/6 [Oi’’] ∝PO2-1/6 [Zni22] ∝PO2-1/6 [VO22] ∝PO2-1/6