材料的结构复习版ppt课件

1、1材料的结构Chapter 2Structure of MaterialsChapter2 Structure of Materials2 2周期表中各元素在室温下的状态周期表中各元素在室温下的状态Chapter2 Structure of Materials3从气态原子移走一个电子使其成为气态正离子所需的从气态原子移走一个电子使其成为气态正离子所需的最低能量。最低能量。ggeI -1原子（ ）+一价正离子（ ）+21213.6ZIn同周期主族：从左至右，同周期主族：从左至右，Z逐渐增大，逐渐增大，I1也逐渐增大。也逐渐增大。稀有气体稀有气体I1最大。最大。同周期副族：从左至右，同周期副族：从

2、左至右，Z增加不多，原子半径减小增加不多，原子半径减小缓慢，其缓慢，其I1增加不如主族元素明显。增加不如主族元素明显。 同一主族：从上到下，同一主族：从上到下，Z增加不多，但原子半径增加，增加不多，但原子半径增加，所以所以I1由大变小。由大变小。 同一副族电离能变化不规则。同一副族电离能变化不规则。 第一电离能第一电离能First Ionization Energy, I1）Chapter2 Structure of Materials4气态原子俘获一个电子成为一价负离子时所产生的能量气态原子俘获一个电子成为一价负离子时所产生的能量变化。变化。gegEA -原子（ ）+一价负离子（ ）+ 形成

3、阴离子时放出能量，则形成阴离子时放出能量，则EA为正；为正；吸收能量则吸收能量则EA为负。为负。 EA的大小涉及核的吸引和核外电荷相斥两个因素，故同的大小涉及核的吸引和核外电荷相斥两个因素，故同一周期和同一族元素都没有单调变化规律。大体上，同周一周期和同一族元素都没有单调变化规律。大体上，同周期元素的电子亲和势从左到右呈增加趋势更负），而同期元素的电子亲和势从左到右呈增加趋势更负），而同族元素的电子亲和势变化不大。族元素的电子亲和势变化不大。 4电子亲和势电子亲和势Electron Affinity, EA）Chapter2 Structure of Materials5衡量原子吸引电子能力的

4、一个化学量衡量原子吸引电子能力的一个化学量1/2(eV)() ()()/ 2ABdddEABEAAEBB 同一周期的元素，从左到右电负性逐渐增大；同一周期的元素，从左到右电负性逐渐增大； 同族元素电负性从上到下逐渐减小。同族元素电负性从上到下逐渐减小。 电负性电负性Electronegativity）Chapter2 Structure of Materials电离能电离能电子亲和势电子亲和势原子及离子半径原子及离子半径电负性电负性6Chapter2 Structure of Materials7类类 型型作用力来源作用力来源键合键合 强弱强弱形成晶体的特点形成晶体的特点离子键离子键原子得、失

5、电子后形原子得、失电子后形成负、正离子，正负成负、正离子，正负离子间的库仑引力离子间的库仑引力最强最强无方向性键、高配位数、高熔无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电熔态离子导电共价键共价键相邻原子价电子各处相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，于相反的自旋状态，原子核间的库仑引力原子核间的库仑引力强强有方向性键、低配位数、高熔有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、在熔态也不系数、塑性较差、在熔态也不导电导电金属键金属键自由电子气与正

6、离子自由电子气与正离子实之间的库仑引力实之间的库仑引力较强较强无方向性键、结构密堆、配位无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性较好、有光泽、良数高、塑性较好、有光泽、良好的导热、导电性好的导热、导电性范德华范德华键键原子间瞬时电偶极矩原子间瞬时电偶极矩的感应作用的感应作用最弱最弱无方向性键、结构密堆、高熔无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘点、绝缘氢键氢键氢原子核与极性分子氢原子核与极性分子间的库仑引力间的库仑引力弱弱各种结合键主要特点比较各种结合键主要特点比较Chapter2 Structure of Materials82.2.1晶体与非晶体晶体与非晶体2.2 晶体学基本概念晶体学基本概念Ch

7、apter2 Structure of Materials晶体晶体原子或原子团、离子或分子在空按一定规律呈原子或原子团、离子或分子在空按一定规律呈周期性地排列构成。长程有序周期性地排列构成。长程有序非晶体非晶体原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成。短程有序成。短程有序是不是固体除了晶体就是非晶体？是不是固体除了晶体就是非晶体？准晶体：准晶体具有与晶体相似的长程有序的原子准晶体：准晶体具有与晶体相似的长程有序的原子排列，但是准晶体不具备晶体的平移对称性。排列，但是准晶体不具备晶体的平移对称性。9晶体结构的几个基本概念晶体结构的几个基本概念周期性：同一种质

8、点在空周期性：同一种质点在空间排列上间排列上 每隔一定距离每隔一定距离重复出现。重复出现。周期：任一方向排在一直周期：任一方向排在一直线上的相线上的相 邻两质点之间的邻两质点之间的距离。距离。晶格晶格lattice）：把晶体中质点的中心用直线联起来构成的）：把晶体中质点的中心用直线联起来构成的 空间格架。空间格架。结点结点lattice points）：质点的中心位置。）：质点的中心位置。空间点阵空间点阵space lattice）：由这些结点构成的空间总体。）：由这些结点构成的空间总体。晶胞晶胞unit cell）：构成晶格的最基本的几何单元。）：构成晶格的最基本的几何单元。2.2.2 晶格

9、、晶胞和晶格参数晶格、晶胞和晶格参数Chapter2 Structure of Materials10a、b、c : 确定晶胞大小确定晶胞大小、 : 确定晶胞形状确定晶胞形状晶格常数晶格常数晶胞的三条棱的长度晶胞的三条棱的长度a、b和和c就是点阵沿这些方向的周期，就是点阵沿这些方向的周期，这三条棱就称为晶轴。这三条棱就称为晶轴。 晶胞晶胞晶胞Unit CellChapter2 Structure of Materials11Lattice & actual crystal strcture空间点阵和实际晶体结构之间的关系空间点阵和实际晶体结构之间的关系（a）、（）、（c为空间点阵为空间

10、点阵（b）、（）、（d为实际晶体为实际晶体Chapter2 Structure of Materials122.2.4 晶向指数和晶面指数晶向指数和晶面指数晶面晶面crystallographic planes） ：晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的结点平面称为晶面，即结晶多面体上的平面。结点平面称为晶面，即结晶多面体上的平面。晶向晶向crystallographic directions） ：点阵可在任何方向上分解为相互平行的直点阵可在任何方向上分解为相互平行的直线组晶列），晶列所指方向就是晶向。线组晶列），晶列所指方向就是晶向。Chapter2 Str

11、ucture of Materials13将坐标原点选在将坐标原点选在OP的任的任一结点一结点O点，把点，把OP的另的另一结点一结点P的坐标经等比例的坐标经等比例化简后按化简后按X、Y、Z坐标坐标轴的顺序写在方括号轴的顺序写在方括号 内，那么内，那么uvw即为即为OP的的晶向指数。晶向指数。晶向指数晶向指数crystallographic direction indices ）的确定：）的确定：晶向指数与晶面指数：国际上统一采用密勒指数晶向指数与晶面指数：国际上统一采用密勒指数Miller indices来进行标定。来进行标定。Chapter2 Structure of Materials14

12、A: 110B: 111C:2 2 1 晶向指数实例晶向指数实例Chapter2 Structure of Materials15SolutionChapter2 Structure of Materials16用用hkl来表示一组平行来表示一组平行晶面，称为晶面指数。数晶面，称为晶面指数。数字字hkl是晶面在三个坐标轴是晶面在三个坐标轴晶轴上截距晶轴上截距r, s, t)的的倒数的互质整数比。倒数的互质整数比。晶面指数晶面指数crystallographic plane indices crystallographic plane indices ）的确定：）的确定：Chapter2 Str

13、ucture of Materials 晶面A：r、s、t =1、1、1，其倒数为1、1、1，则晶面指数记为111） 晶面B，r、s、t=1、2、，其倒数为1、1/2和0，化为互质的整数比为2:1:0，则晶面指数记为210） 晶面C：晶面过原点0，0，0），沿y轴平移一个晶格参数平移后代表同一晶面使其在y轴截距为-1，则r、s和t分别为、-1和，其倒数为0、-1和0，则晶面指数记为 ，其中的负号写在数字上面。 0) 1 0(17Chapter2 Structure of Materials18应该是(632)晶面指数示例晶面指数示例Chapter2 Structure of Materials

14、？1/r=3, 1/s=3/2, 1/t=1截距倒数截距倒数r=1/3, s=2/3, t=1截距截距互质整数互质整数6, 3, 2(632)晶面指数晶面指数19Chapter2 Structure of Materials202.3.1 点缺陷点缺陷2.3.2 线缺陷和位错线缺陷和位错2.3.3 面缺陷面缺陷2.3.4 体缺陷体缺陷202.3 晶体缺陷晶体缺陷Crystal DefectsChapter2 Structure of Materials21Classification点缺陷：空位点缺陷：空位（零维）（零维）线缺陷：位错线缺陷：位错（一维）（一维）体缺陷体缺陷（三维）（三维）面缺

15、陷：晶界，外表面，相界，面缺陷：晶界，外表面，相界，孪晶界，堆垛层错二维）孪晶界，堆垛层错二维）缺陷的种类缺陷的种类21Chapter2 Structure of Materials22点缺陷是在晶体晶格结点上或邻近区域偏离其正点缺陷是在晶体晶格结点上或邻近区域偏离其正常结构的一种缺陷，它在三个方向的尺寸都很小，常结构的一种缺陷，它在三个方向的尺寸都很小，属于零维缺陷，只限于一个或几个晶格常数范围属于零维缺陷，只限于一个或几个晶格常数范围内。内。 222.3.1 点缺陷点缺陷Point DefectChapter2 Structure of Materials点缺陷种类点缺陷种类 空位空位va

16、cancy）正常结点没正常结点没有被原子或离子所占据，成为空有被原子或离子所占据，成为空结点。结点。 间隙原子间隙原子interstitial atom）原子进入晶格中正常结点之间的原子进入晶格中正常结点之间的间隙位置。间隙位置。 置换式杂质原子置换式杂质原子substitutional impurity atom）外来原子进外来原子进入晶格，取代原来晶格中的原子入晶格，取代原来晶格中的原子而进入正常结点的位置而进入正常结点的位置 间隙式杂质原子间隙式杂质原子interstitial impurity atom）外来原子进外来原子进入点阵中的间隙位置，成为杂质入点阵中的间隙位置，成为杂质原子。

17、原子。 热缺陷热缺陷杂质缺陷杂质缺陷23Chapter2 Structure of Materials24 间隙原子：热振动的原子在某一瞬间可以获得较大的能量间隙原子：热振动的原子在某一瞬间可以获得较大的能量，挣脱周围质点的作用，离开平衡位置，进入到晶格内的，挣脱周围质点的作用，离开平衡位置，进入到晶格内的其它位置形成间隙原子，而在原来的平衡格点位置上留下其它位置形成间隙原子，而在原来的平衡格点位置上留下空位。空位。 离开平衡位置的原子有三个去处：离开平衡位置的原子有三个去处： （1迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，使迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，使晶体内部留下空位，称为肖特基

18、晶体内部留下空位，称为肖特基Schottky缺陷或肖特缺陷或肖特基空位；基空位； （2挤入点阵的间隙位置，在晶体中同时形成数目相挤入点阵的间隙位置，在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗兰克尔等的空位和间隙原子，则称为弗兰克尔Frenkel缺陷缺陷； （3跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。 另外，在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体另外，在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体内部的间隙位置形成间隙原子。内部的间隙位置形成间隙原子。 24Chapter2 Structure of Materials 形成原因：原子的热运动形

19、成原因：原子的热运动 引起的结果：点阵畸变引起的结果：点阵畸变 特点：是热力学稳定缺陷与面缺陷，线缺陷特点：是热力学稳定缺陷与面缺陷，线缺陷的区别）的区别）Chapter2 Structure of Materials252.3.1.2 杂质缺陷杂质缺陷晶体的杂质缺陷浓度仅取决于加入到晶体中的杂质含量，而晶体的杂质缺陷浓度仅取决于加入到晶体中的杂质含量，而与温度无关，这是杂质缺陷形成与热缺陷形成的重要区别。与温度无关，这是杂质缺陷形成与热缺陷形成的重要区别。 有一些易变价的化合物，在外界条件如所接触气体的性有一些易变价的化合物，在外界条件如所接触气体的性质和压力大小的影响下，很容易形成空位和间

20、隙原子，质和压力大小的影响下，很容易形成空位和间隙原子，使组成偏离化学计量，由此产生的晶体缺陷称为非化学使组成偏离化学计量，由此产生的晶体缺陷称为非化学计量缺陷。计量缺陷。 非计量缺陷的形成，关键是其中的离子能够通过自身的非计量缺陷的形成，关键是其中的离子能够通过自身的变价来保持电中性。变价来保持电中性。2.3.1.3 非化学计量缺陷非化学计量缺陷26Chapter2 Structure of Materials柏格斯矢量柏格斯矢量b） 定义一个沿位错线的正方向；构筑垂直于位错线的原子面；围绕位错线按顺时针方向画出柏格斯回路Burgers circuit）；由于位错的存在，回路的起点和终点是不

21、重叠的，从柏格斯回路的终点到起点画出的矢量就是柏格斯矢量b。 从一个原子出发，移动从一个原子出发，移动n个晶格矢个晶格矢量，然后顺时针转向再移动量，然后顺时针转向再移动m个晶个晶格矢量，再顺时针转向移动格矢量，再顺时针转向移动n个晶个晶格矢量，最后顺时针转向移动格矢量，最后顺时针转向移动m个个晶格矢量，到达终点原子。注意平晶格矢量，到达终点原子。注意平行方向上移动的晶格矢量必须相同。行方向上移动的晶格矢量必须相同。用于表示由位错引起的晶格中的相对原子位移用于表示由位错引起的晶格中的相对原子位移 27Chapter2 Structure of Materials2.3.2 线缺陷和位错线缺陷和位

22、错柏格斯矢量的物理意义柏格斯矢量的物理意义 柏格斯矢量是描述位错实质的重要物理量。柏格斯矢量是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总累计。的总累计。 通常将柏氏矢量称为位错强度，它也表示出通常将柏氏矢量称为位错强度，它也表示出晶体滑移时原子移动的大小和方向。晶体滑移时原子移动的大小和方向。 根椐柏格斯矢量根椐柏格斯矢量b b与位错线取向的异同，位与位错线取向的异同，位错分为刃型位错、螺型位错和由前两者组成错分为刃型位错、螺型位错和由前两者组成的混合位错三种类型。的混合位错三种类型。 28Chapter2 Structure o

23、f Materials29Comparison相同点：二者都是线缺陷。相同点：二者都是线缺陷。不同点：不同点：（1刃型位错具有一个额外的半原子面，而螺型位错无；刃型位错具有一个额外的半原子面，而螺型位错无；（2刃型位错必须是位错线与柏格斯矢量垂直；而螺型位刃型位错必须是位错线与柏格斯矢量垂直；而螺型位错线与柏格斯矢量平行；错线与柏格斯矢量平行；刃型位错与螺型位错刃型位错与螺型位错29Chapter2 Structure of Materials 混合位错是刃型位错和螺型位错的混合型式，位错线混合位错是刃型位错和螺型位错的混合型式，位错线与柏格斯矢量与柏格斯矢量b的方向既不垂直的方向既不垂直也不

24、平行。也不平行。 混合位错可分解为刃型位错分量和螺型位错分量，它混合位错可分解为刃型位错分量和螺型位错分量，它们分别具有刃型位错和螺型位错的特征。们分别具有刃型位错和螺型位错的特征。 混合位错混合位错 混合位错是刃型位错和螺型位错的混合型式，位错线混合位错是刃型位错和螺型位错的混合型式，位错线与柏格斯矢量与柏格斯矢量b的方向既不垂直的方向既不垂直也不平行。也不平行。 混合位错可分解为刃型位错分量和螺型位错分量，它混合位错可分解为刃型位错分量和螺型位错分量，它们分别具有刃型位错和螺型位错的特征。们分别具有刃型位错和螺型位错的特征。 30Chapter2 Structure of Material

25、s312.4.2.4 位错的运动位错的运动2.3.2.4 位错的运动位错的运动位错的滑移：指位错在外力作用下，在滑移面上的运动，位错的滑移：指位错在外力作用下，在滑移面上的运动，结果导致永久形变。结果导致永久形变。位错的运动位错的运动位错的攀移位错的攀移位错的滑移位错的滑移31 位错的攀移指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其位错的攀移指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。的增殖或减少。 攀移的实质是多余半原子面的伸长或缩短。螺位错没有攀移的实质是多余半原子面的伸长或缩短。螺位错没有多

26、余半原子面，故无攀移运动。多余半原子面，故无攀移运动。 322.4.1 金属晶体金属晶体2.4.2 离子晶体离子晶体2.4.3 硅酸盐结构硅酸盐结构2.4 晶体材料的结构晶体材料的结构Chapter2 Structure of Materials3333金属晶体的结构金属晶体的结构Chapter2 Structure of Materials晶胞中的原子数晶胞中的原子数密排面，密排方向密排面，密排方向点阵常数点阵常数配位数配位数34a ：晶格单位长度：晶格单位长度R ：原子半径：原子半径单位晶胞原子数单位晶胞原子数 n = n = 2 2Chapter2 Structure of Materi

27、als体心立方体心立方bccbccR Ra aa aR R3434 68. 0)3/4()3/4(2)3/4(23333bcc R RR Ra aR R 35fccn = 4Chapter2 Structure of MaterialsfccR Ra aa aR R2424 74. 0)2/4()3/4(4)3/4(43333fcc R RR Ra aR R 36hcpn = 6Chapter2 Structure of MaterialshcpR Ra aa ac c238 74. 0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp R RR RR RR Ra aa ac cR

28、 R 37Geometry parameters表表 2-7. 常见晶体结构的几何参数常见晶体结构的几何参数Structure配位数（配位数（CN）原子数（原子数（n）原子堆积系原子堆积系数（数（）bcc820.68fcc1240.74hcp1260.74Chapter2 Structure of Materials382.3.2.2 Inorganic nonmetallic crystal materials2.4.2 离子晶体离子晶体离子键：离子键：无方向性，无方向性，也无饱和性也无饱和性离子晶体：离子晶体：紧密堆积结构紧密堆积结构限制：限制：（1正负离子半径不等；正负离子半径不等；（2

29、同号之间排斥同号之间排斥Chapter2 Structure of Materials2.3.2.1 离子晶体结构与鲍林规则离子晶体结构与鲍林规则（Paulings Rules） 鲍林第一规则鲍林第一规则 在离子晶体中，正离子周围在离子晶体中，正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比。离子半径比。（a稳定结构稳定结构 （b稳定结构稳定结构 （c不稳定结构不稳定结构39Chapter2 Structure of Materials正负离子半径比正负离子半径比

30、配位数配位数堆积结构堆积结构0.15520.1550.22530.2250.41440.4140.73260.7321.00081.0001240正负离子半径比与配位数及负离子堆积结构的关系正负离子半径比与配位数及负离子堆积结构的关系Chapter2 Structure of Materials例：已知例：已知K+和和Cl-的半径分别为的半径分别为0.133 nm 和和0.181 nm，试分析试分析KCl的晶体结构，并计算堆积系数。的晶体结构，并计算堆积系数。解：晶体结构：因为解：晶体结构：因为r+/ r- = 0.133/0.181 = 0.735，其值处于，其值处于0.732和和1.000

31、之间，所以正之间，所以正离子配位数应为离子配位数应为8，处于负离子立方体的中，处于负离子立方体的中心见表心见表2-6）。也就是属于下面提到的）。也就是属于下面提到的CsCl型结构。型结构。堆积系数计算：每个晶胞含有一个正离子和堆积系数计算：每个晶胞含有一个正离子和一个负离子一个负离子Cl-，晶格参数，晶格参数a0可通过如下计可通过如下计算得到：算得到：33333304444() ()(0.133) (0.181)3333 0.725(0.363)rra堆积系数 a0 = 2r+ + 2r- = 2(0.133) + 2(0.181) = 0.628 nma0 = 0.363 nm2r+2r -

32、41Chapter2 Structure of Materials静电键强：正离子的形式电荷与其配位数的比值。静电键强：正离子的形式电荷与其配位数的比值。为保持电中性，负离子所获得的总键强应与负离子的电荷数为保持电中性，负离子所获得的总键强应与负离子的电荷数相等。相等。42鲍林第二规则鲍林第二规则在离子的堆积结构中必须保持局域的电中性。在离子的堆积结构中必须保持局域的电中性。Chapter2 Structure of Materials鲍林第三规则鲍林第三规则稳定结构倾向于共顶连接稳定结构倾向于共顶连接鲍林第四规则鲍林第四规则若晶体结构中含有一种以上的正离子，若晶体结构中含有一种以上的正离子，

33、则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势的趋势鲍林第五规则鲍林第五规则同一结构中倾向于较少的组分差异，也就是同一结构中倾向于较少的组分差异，也就是说，晶体中配位多面体类型倾向于最少。说，晶体中配位多面体类型倾向于最少。43Silicate structure硅酸盐结构类型硅酸盐结构类型岛状岛状 链状链状 层状层状 网架状网架状 43Chapter2 Structure of Materials2.4.4 共价晶体共价晶体 原子间通过共价键结合成的原子间通过共价键结合成的具有空间网状结构的晶体称具有空间网状结构的晶体称为共价晶体。为共

34、价晶体。 44Chapter2 Structure of Materials 金刚石晶体属立方晶系，金刚石晶体属立方晶系，C的配位数为的配位数为4，每个晶胞中共有，每个晶胞中共有8个个C原子，分别位于立方面心的所有结点位置和交替分布在原子，分别位于立方面心的所有结点位置和交替分布在立方体内立方体内8个小立方体中的个小立方体中的4个小立方体的中心，个小立方体的中心，C-C之间以之间以共价键结合。共价键结合。 碳的堆积系数只有碳的堆积系数只有0.34，加上，加上C原子质量较轻，所以金刚石的原子质量较轻，所以金刚石的密度较小。密度较小。 由于由于C-C之间形成很强的共价键，所以金刚石具有非常高的之间

35、形成很强的共价键，所以金刚石具有非常高的硬度和熔点，其硬度是自然界所有物质中为最高的，所以常硬度和熔点，其硬度是自然界所有物质中为最高的，所以常被用作高硬切割材料和磨料以及钻井用钻头。被用作高硬切割材料和磨料以及钻井用钻头。 (2) Characteristic 有一定的成分范围有一定的成分范围 solid solubility 溶质和溶剂原子占据一个共同溶质和溶剂原子占据一个共同的晶体点阵，点阵类型和溶剂的点的晶体点阵，点阵类型和溶剂的点阵类型相同。阵类型相同。 具有比较明显的金属性质对金具有比较明显的金属性质对金属固溶体来说）属固溶体来说）根本根本 特征特征结合键主要是金属键45Chapt

36、er2 Structure of Materials(3) Classification按溶质原子在点按溶质原子在点阵中的位置阵中的位置置换型固溶体置换型固溶体填隙型固溶体填隙型固溶体分类分类46Chapter2 Structure of Materials置换型固溶体：溶质原子占据溶剂结构中的一置换型固溶体：溶质原子占据溶剂结构中的一部分点阵位置的固溶体部分点阵位置的固溶体间隙型固溶体：溶质原子处于溶剂结构中的间间隙型固溶体：溶质原子处于溶剂结构中的间隙位置形成的固溶体隙位置形成的固溶体Chapter2 Structure of Materials47按各组元原子按各组元原子分布的规律性分布

37、的规律性 无序固溶体无序固溶体有序固溶体有序固溶体无序固溶体：溶质原子随机分布在溶剂晶体点无序固溶体：溶质原子随机分布在溶剂晶体点阵的任意位置的固溶体。阵的任意位置的固溶体。有序固溶体：溶质原子占据溶剂晶体点阵中的有序固溶体：溶质原子占据溶剂晶体点阵中的某些确定位置呈有序规则排列的固溶体。某些确定位置呈有序规则排列的固溶体。形成置换固溶体的影响因素形成置换固溶体的影响因素形成置换固溶体的影响因素1. 原子或离子尺寸的影响原子或离子尺寸的影响2. 晶体结构类型的影响晶体结构类型的影响 3. 离子类型和键性离子类型和键性4. 电价因素电价因素48Chapter2 Structure of Mate

38、rialsHume-Rothery经验规则以以r1和和r2分别代表半径大和半径小的溶剂分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相主晶相)或或溶质溶质(杂质杂质)原子原子(或离子或离子)的半径，的半径，当当 时，溶质与溶剂之间可以形成连续时，溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体；固溶体；当当 时，溶质与溶剂之间只能形成时，溶质与溶剂之间只能形成有限型固溶体；有限型固溶体；当当 时，溶质与溶剂之间很难形成固溶时，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。体或不能形成固溶体，而容易形成中间相或化合物。因此因此r愈大，则溶解度愈小。愈大，则溶解度愈小。 15. 0121rrrr%3

39、0121rrrr%30%15121rrrr原子或离子尺寸的影响原子或离子尺寸的影响 Hume-Rothery经验规则经验规则这是形成连续固溶体的必要条件，这是形成连续固溶体的必要条件，而不是充分必要条件。而不是充分必要条件。49Chapter2 Structure of Materials 一般来说，两种固体只有在离子价相同或同号离子的一般来说，两种固体只有在离子价相同或同号离子的离子价总和相同时，才可能满足电中性的要求，生成离子价总和相同时，才可能满足电中性的要求，生成连续固溶体。连续固溶体。 例如，例如，NiO-MgO系统中，两种正离子的半径差小于系统中，两种正离子的半径差小于15%，而且

40、价态相同，可形成连续固溶体。，而且价态相同，可形成连续固溶体。 在硅酸盐晶体中，常发生复合离子的等价置换，如在硅酸盐晶体中，常发生复合离子的等价置换，如Na+ + Si4+ = Ca2+ + Al3+，使钙长石，使钙长石CaAl2Si2O6和和钠长石钠长石NaAlSi3O8能形成连续固溶体。又如，能形成连续固溶体。又如，Ca2+ = 2Na+，Ba2+ = 2K+常出现在沸石矿物中。常出现在沸石矿物中。电价因素电价因素50Chapter2 Structure of Materials离子类型和键性离子类型和键性离子类型和键性化学键性质相近，化学键性质相近，即取代前后离子周围离子间键性相近，即取代前后离子周围离子间键性相近，容易形成固溶体。容易形成固溶体。r(Si4+)=0.26埃，埃，r(Al3+)=0.39埃，相差达埃，相差达45%以上，电价又不以上，电价又不同，但同，但SiO、AlO键性接近，键长亦接近，仍能形成固溶键性接近，键长亦接近，仍能形成固溶体，在铝硅酸盐中，常见体，在