武汉理工大学材料科学基础 第二章 部分习题.pptVIP

* 第二章晶体结构与晶体中的缺陷 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 2-1 名词解释： 类质同晶：化学组成相似或相近的物质，在相同的热力学条件下，形成的晶体具有相同的结构，这种现象称为类质同晶现象。 同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下，结晶成结构不同的晶体的现象。 正型尖晶石： MgAl2O4（尖晶石）型结构O2-按立方紧密堆积排列，二价离子A充填1/8 四面体空隙，三价离子B充填1/2八面体空隙——正型尖晶石结构 反型尖晶石结构：二价阳离子充填八面体空隙，三价阳离子一半充填四面体空隙，另一半充填八面体空隙中。 弗仑克尔Frankel缺陷:正常结点上的原子（离子）跳入间隙，形成间隙原子。 肖特基Schttky缺陷：正常结点上的原子离开平衡位置迁移到晶体表面，在原来位置形成空位。 刃位错：位错线与滑移矢量垂直的位错。 螺旋位错：位错线与滑移方向相互平行，位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。 2-2 ThO2具有萤石结构：Th4+离子半径为0.100nm，O2-离子半径为0.140nm，试问 a）实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致？ b）结构是否满足鲍林规则。 b）不满足多面体规则，可满足电价规则。 （1）第一规则（多面体规则）：围绕每一阳离子，形成一个阴离子配位多面体，阴、阳离子的间距决定于它们的半径之和，阳离子的配位数则取决于它们的半径之比。 （2）第二规则（静电价规则）： 在一个稳定的晶体结构中，从所有相邻的阳离子到达一个阴离子的静电键的总强度，等于阴离子的电荷数。 由萤石型结构知：Th4+离子的CN=8， O2-离子的CN=4 S=Z+/n=4/8=1/2 Z-=∑Si=1/2×4=2即等于O2-离子的电价Z-=2 答 ： a）预计计算值：因为 r+/r-=0.100/0.140=0.714 0.4140.7140.732，当配位数为8时不稳定，预计配位数为7或6。 实际值：由于ThO2具有萤石结构，实际Th4+正离子配位数为八配位。 所以实际与预计不一致。 MgO具有NaCl结构，根据O2-半径0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，计算① 球状离子所占据的空间分数（堆积系数）；② MgO的密度。 解：① MgO属于NaCl型结构，即面心立方结构，每个晶胞中含有4个Mg2+和4个O2-，故MgO所占体积为 VMgO=4×4/3π(RMg2+3+RO2-3） =16/3π×(0.0723+0.1403) =0.0522（nm3) ∵Mg2+和O2-在面心立方的棱边上接触 ∴a=2（RMg2++RO2-）=2×(0.072+0.140)=0.424nm ∴堆积系数=VMgO/V晶胞=0.0522/(0.424)3=68.5% ②DMgO=mMgO/V晶胞=n.(M/N0)/a3 =4×(24.3+16.0)/[(0.424×10-7)3×6.02×1023] =3.51g/cm3 2-3　在萤石晶体结构中，Ca2+半径0.112nm，F-半径0.131nm，萤石晶胞棱长为0.547nm，求： ⑴萤石晶体中离子堆积系数(球状离子所占据的空间分数) ⑵萤石的密度 解：①萤石属于立方面心结构，每个晶胞中含有4个Ca2+和8个F- ，故CaF2所占体积为 V CaF2 =4×4/3π(R Ca2+ 3）+8×4/3π(R F- 3） =16/3π×0.1123+ 32/3π 0.1313 =0.0988（nm3) ∵a= 0.547nm ∴ V晶胞=0.5473=0.1637nm3 ∴堆积系数=V CaF2 /V晶胞=0.0988/0.1637=60.4% ②D CaF2 =m CaF2 /V晶胞=n.(M/N0)/a3(阿伏加德罗常数N0=6.02×1023?mol-1 ) =4×(40+2×19)/[(0.1637×10-21)×6.02×1023] =3.17g/cm3 2-4 硅酸盐晶体结构分类原则：根据结构中硅氧四面体的连接方式分成五种  硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系 2-5 (１) O2-作立方面心堆积时,画出适合阳离子位置的间隙类型及位置，(以一个晶胞为