习题课4-7章已完成课件

1、习题课4-7章已完成第四章第四章 晶体结构缺陷晶体结构缺陷 第一节第一节 晶体结构缺陷的类型晶体结构缺陷的类型 第二节第二节 缺陷化学反应表示法缺陷化学反应表示法 第三节第三节 热缺陷浓度的计算热缺陷浓度的计算 第四节第四节 非化学计量化合物非化学计量化合物 第五节第五节 位错位错 第六节第六节 面缺陷面缺陷习题课4-7章已完成4-1 名词解释名词解释（1）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（2）刃型位错和螺）刃型位错和螺型位错型位错 n（1）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，

2、而原来位置位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。缺陷称为肖特基缺陷。n（2）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。 习题课4-7章已完成4-2试述晶体结构中点缺陷的类型

3、。以通用的表示法写出试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl2中中Ca2+置换置换KCl中中K+或进入到或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表间隙中去的两种点缺陷反应表示式。示式。 ClkKKClClVCaCaCl22ClkiKClClVCaCaCl222解：晶体结构中的点缺陷类型：间隙原子、空位和杂质原子等三种。解：晶体结构中的点缺陷类型：间隙原子、空位和杂质原子等三种。 在在MX晶体中，间隙原子的表示符号为晶体中，间隙原子的表示符号为Mi或或Xi；空位缺陷的表；空位缺陷的表示符号为：示符号为：VM或

4、或VX。杂质缺陷的表示符号为：。杂质缺陷的表示符号为：AM或或AX（取代式）（取代式）以及以及Ai（间隙式）。（间隙式）。当当CaCl2中中Ca2+进入到进入到KCl间隙而出现点缺陷，其缺陷反应式间隙而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：如下：当当CaCl2中中Ca2+置换置换KCl而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：习题课4-7章已完成4-4（a）在）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在，计算在25和和1600时热缺陷的浓度。时热缺陷的浓度。 （b）如果）如果MgO晶体中，含有百万分之晶体中，含有百万分之一一mol的的Al2O3

5、杂质，则在杂质，则在1600时，时，MgO晶体中是热缺陷占优势晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。还是杂质缺陷占优势？说明原因。 n解：（解：（a）根据热缺陷浓度公式：）根据热缺陷浓度公式：nG=6ev=61.60210-19=9.61210-19 (J) k=1.3810-23 (J/K) T1=25+273=298 (K) T2=1600+273=1873 (K)25oC160092319104 . 8)18731038. 1210612. 9exp(Nn512319108 . 1)2981038. 1210612. 9exp(Nn)2exp(kTGNn习题课4-7章已完成（

6、b）在）在MgO中加入百万分之一的中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应杂质，缺陷反应方程为：方程为： oMgMgMgOOVAlOAl32 32 xx此时产生的缺陷为此时产生的缺陷为 杂质缺陷杂质缺陷当加入当加入10-6 Al2O3时，杂质缺陷的浓度为时，杂质缺陷的浓度为 ：10-6由（由（a）计算结果可知：在）计算结果可知：在1873 K，热缺陷浓度，热缺陷浓度=8.410-9显然：显然： 杂质缺陷浓度热缺陷浓度，所以在杂质缺陷浓度热缺陷浓度，所以在1873 K时杂质缺陷占优势。时杂质缺陷占优势。 习题课4-7章已完成4-6试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是试写出在下列二种情

7、况，生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？（多少？（1）在）在Al2O3中，添加中，添加0.01mol%的的Cr2O3，生，生成淡红宝石（成淡红宝石（2）在）在Al2O3中，添加中，添加0.5mol%的的NiO，生，生成黄宝石。成黄宝石。 oAlOAlOCrOCr323232 oOAlOAlOVNiNiO22232 （1）生成淡红宝石的缺陷反应式为：）生成淡红宝石的缺陷反应式为：（2）生成黄宝石的缺陷反应式为：）生成黄宝石的缺陷反应式为： 缺陷浓度为：缺陷浓度为：2X0.01=0.02 (mol%) 缺陷浓度为：缺陷浓度为：(1/2)X0.5=0.025 (mol%)习题课4-7章已完成4-7非化学计

8、量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及及Zn1+xO的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？ O212eZnZnO2i6/1Oi2Zn pO FeFe2FeOV2Fe(g)O212Fe61O2hp铁空位的浓度和氧分压的铁空位的浓度和氧分压的1/6次方成正比，故当周围分压增次方成正比，故当周围分压增大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则Fe1-xO的密度的密度也将减

9、小。也将减小。 间隙离子的浓度与氧分压的间隙离子的浓度与氧分压的1/6次方成反比，故增大周次方成反比，故增大周围氧分压，间隙离子浓度减小，晶体质量减小，则围氧分压，间隙离子浓度减小，晶体质量减小，则Zn1+xO的密度也将减小。的密度也将减小。 习题课4-7章已完成2OOO21V2eOO)(Ve O2/1OO22pKV 2e OOO = 1 61OO2V p4-9 非化学计量氧化物非化学计量氧化物TiO2-x的制备强烈依赖于氧分压和温度：的制备强烈依赖于氧分压和温度：（1）试列出其缺陷反应式。（）试列出其缺陷反应式。（2）求其缺陷浓度表达式。）求其缺陷浓度表达式。（2）缺陷浓度表达式）缺陷浓度表

10、达式:（1）试列出其缺陷反应式）试列出其缺陷反应式:习题课4-7章已完成4.10 试比较刃型位错和螺型位错的异同点。试比较刃型位错和螺型位错的异同点。解：刃型位错和螺型位错的异同点见下表解：刃型位错和螺型位错的异同点见下表刃型位错和螺型位错的异同点刃型位错和螺型位错的异同点刃型位错刃型位错螺型位错螺型位错与柏格斯矢量与柏格斯矢量的位置关系的位置关系柏格斯矢量与刃型位错线垂直柏格斯矢量与螺型位错线平行位错分类位错分类刃型位错有正负之分螺型位错分为左旋和右旋位错是否引起位错是否引起晶体畸变和形晶体畸变和形成应力场成应力场引起晶体畸变和形成应力场，且离位错线越远，晶格畸变越小引起晶体畸变和形成应力场

11、，且离位错线越远，晶格畸变越小位错类型位错类型只有几个原子间距的线缺陷只有几个原子间距的线缺陷习题课4-7章已完成第五章第五章 固溶体固溶体 第一节第一节 固熔体的分类固熔体的分类 第二节第二节 置换型固溶体置换型固溶体 第三节第三节 间隙型固溶体间隙型固溶体 第四节第四节 固溶体的性质固溶体的性质 第五节第五节 固溶体的研究方法固溶体的研究方法习题课4-7章已完成5.1 试述影响置换型固溶体的固溶体的条件。试述影响置换型固溶体的固溶体的条件。从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳从晶体稳定性考虑，相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。若以定。若以r1和和r2分别代表半径

12、大和半径小的两种离子的半径。当它分别代表半径大和半径小的两种离子的半径。当它们半径差们半径差(r1 - r2)30%时，时，不能形成固溶体。不能形成固溶体。形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最形成连续固溶体的两个组分必须具有完全相同的晶体结构。结构不同最多只能生成有限固溶体。多只能生成有限固溶体。只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换只有离子价相同或复合替代离子价总和相同时，才可能形成连续置换型固溶体。型固溶体。电负性相近，有利于固溶体的生成。电负性相近，有利于固溶体的生成。解：解：1、 离子尺寸因素离子尺寸因素2、晶体的结构类型、晶体的结构类型

13、3、离子的电价因素、离子的电价因素4、电负性因素、电负性因素习题课4-7章已完成5.2 从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。机械混合物的差别。固溶体、化合物和机械混合物比较固溶体、化合物和机械混合物比较比较项固溶体化合物机械混合物化学组成B2-xAxO3-x/2(x=02)AB2O4AO+B2O3相组成均匀单相单相两相有界面习题课4-7章已完成5.3 试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点。间的异同点。列出简明表格比较。列出简明表格比较。1、形成原因、形成原

14、因2、形成条件、形成条件3、缺陷反应（举例）、缺陷反应（举例）4、固溶式、固溶式5、溶解度、溶解度习题课4-7章已完成5-4试写出少量试写出少量MgO掺杂到掺杂到Al2O3中和少量中和少量YF3掺杂到掺杂到CaF2中的缺陷方程。（中的缺陷方程。（a）判断方程的合理性。（）判断方程的合理性。（b）写）写出每一方程对应的固溶式出每一方程对应的固溶式 OOAlOAlOVgMMgO22232 OiAlOAlOMggMMgO32332 FCaCaCaFFVYFY62223 FiCaCaFFFYYF232 OMgAlxx322232xxxOMgAlxxxFYCa212231FYCaxxOMgMgAlxix

15、x332322习题课4-7章已完成判断缺陷方程的合理性：在这两组方程中，从结晶化学的判断缺陷方程的合理性：在这两组方程中，从结晶化学的晶体稳定性考虑，在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产晶体稳定性考虑，在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体外，由于离子晶体中阴离子紧密堆积，间生间隙型固溶体外，由于离子晶体中阴离子紧密堆积，间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺陷在离子晶体中（除萤石型）较少见。上述四个方程以陷在离子晶体中（除萤石型）较少见。上述四个方程以和较合理。但正确的判断必须用固溶体密度测定法来决和较合理。但正确的判断

16、必须用固溶体密度测定法来决定。定。习题课4-7章已完成5-5 一块金黄色的人造刚玉，化学分析结果认为，是在一块金黄色的人造刚玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了中添加了0.5molNiO和和0.02mol%Cr2O3。试写出试写出缺陷反应方程缺陷反应方程(置换型置换型)及化学式。及化学式。解：缺陷反应式为解：缺陷反应式为OOAlOAlOViNNiO22232 2 : 2 : 1 0.5% : 0.5% : 0.25% OAlOAlOCrOCr323232 1 : 2 0.02% : 0.04% 固溶体的化学式为：固溶体的化学式为： Al20.50.04%Ni0.5%Cr0.04%O30

17、.25% 即即 Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.9975习题课4-7章已完成5-9用用0.2mol YF3加入加入CaF2中形成固溶体，实验测得固中形成固溶体，实验测得固溶体的晶胞参数溶体的晶胞参数a=0.55nm，测得固溶体密度，测得固溶体密度=3.64g/cm3，试计算说明固溶体的类型？（元素的相，试计算说明固溶体的类型？（元素的相对原子质量：对原子质量：Y=88.90；Ca=40.08；F=19.00）FiCaCaFFFYYF223 FCaCaCaFFVYFY62223 xxxFYCa212231FYCaxx将将x=0.2代入上述固溶式得：置换型固溶体分子式为代入上述

18、固溶式得：置换型固溶体分子式为Ca0.7Y0.2F2 间隙型固溶体分子式为间隙型固溶体分子式为Ca0.8Y0.2F2.2由由1与与2计算值与实测密度计算值与实测密度=3.64g/cm3比较，比较，2值接近值接近3.64g/cm3，因此，因此0.2mol YF3加入加入CaF2中形成间隙型固溶体中形成间隙型固溶体3.66=3.351=2=习题课4-7章已完成第六章第六章 熔体和非晶态固体熔体和非晶态固体 第一节第一节 熔体的结构熔体的结构 第二节第二节 熔体的性质熔体的性质 第三节第三节 玻璃的通性玻璃的通性 第四节第四节 非晶态固体形成非晶态固体形成 第五节第五节 玻璃的结构玻璃的结构 第六节

19、第六节 玻璃实例玻璃实例 习题课4-7章已完成6.1说明熔体中聚合物形成的过程说明熔体中聚合物形成的过程.解：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚解：聚合物的形成是以硅氧四面体为基础单位，组成大小不同的聚合体。合体。可分为三个阶段：可分为三个阶段：初期：熔融石英的分化（解聚）过程架状初期：熔融石英的分化（解聚）过程架状SiO4的断裂；的断裂；中期：聚合物的变形和缩聚；中期：聚合物的变形和缩聚；后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚，达到平衡后期：在一定时间和一定温度下，聚合和解聚，达到平衡缩聚平衡缩聚平衡习题课4-7章已完成6.2 简述影响熔体黏度的因素简述影响熔体黏度的因

20、素.答：影响熔体黏度的主要因素：温度和熔体的组成。答：影响熔体黏度的主要因素：温度和熔体的组成。1）温度的影响：随温度降低，熔体黏度按指数关系递增。）温度的影响：随温度降低，熔体黏度按指数关系递增。2）组成的影响：）组成的影响： a、 O/Si比比 b、氧化物、氧化物 （一价、二价、三价、四价）（一价、二价、三价、四价）习题课4-7章已完成6.3 名词解释名词解释(并比较其异同并比较其异同) 晶子学说和无规则网络学说晶子学说和无规则网络学说 单键强单键强分化和缩聚分化和缩聚 网络形成剂和网络变性剂网络形成剂和网络变性剂比较：比较：上述两种假说的观点正在逐步靠近。比较统一的看法是：玻璃是具有近程

21、有序、远程无序结构特点的无定形物质。目前双方对于无序与有序区大小、比例和结构等仍有分歧。 晶子学说和无规则网络学说晶子学说和无规则网络学说晶子学说：晶子学说： 玻璃内是由无数“晶子”组成，微晶子是带有晶格变形的有序区域。它们分散在无定形介质中，晶子向无定形部分过渡是逐渐完成的，二者没有明显界限。无规则网络学说：无规则网络学说：凡是称为玻璃态的物质与相应的晶体结构一样，也是由一个三度空间网络所构成。这种网络是离子多面体构筑起来的。晶体结构网是由多面体无数次有规律重复而构成，而玻璃中结构多面体重复没有规律性。习题课4-7章已完成网络形成剂：网络形成剂：正离子为网络形成离子，对应氧化物能单独形成玻璃

22、。即凡氧化物单键强度335kJmol称为网络形成剂。 网络变性剂：网络变性剂： 正离子称为网络变性离子，其单键强度1 Al3+被视为网络形成离子被视为网络形成离子，Z=4 007.284.37.482284.33.4878.18 RY=2Z2R2(42.007)3.986习题课4-7章已完成对对2玻璃，玻璃， Na2O/Al2O312.1/4.87 1 Al3+被视为网络形成离子被视为网络形成离子，Z=4 078.2287.483.03283.03387.412.1 RX2RZ22.07840.156Y=ZX40.1563. 844讨论讨论： 1玻璃玻璃 Y1 3.986 , 2玻璃玻璃 Y2

23、 3.844 即有：即有：Y1 Y2 所以在高温下所以在高温下 1玻璃玻璃 粘度粘度 2玻璃玻璃 粘度粘度习题课4-7章已完成 6-7 在在SiO2中应加入多少中应加入多少Na2O,使玻璃的使玻璃的O/Si2.5，此时析此时析晶能力是增强还是晶能力是增强还是削弱？削弱？解；假定引入的解；假定引入的Na2O的的mol含量为含量为 x ， 则则SiO2的的mol含量为含量为 1x31x 5 . 21)1(2 解得xxxSiOR此时析晶能力增强。此时析晶能力增强。习题课4-7章已完成补充补充1 SiO2 熔体的粘度在熔体的粘度在1000时为时为1015dpa.s，在在1400时为时为108dpa.s

24、， 玻璃粘滞的活化能是多少？玻璃粘滞的活化能是多少？解解：(a) 对对 0exp( E/kT)取对数得：取对数得： Ln Ln 0 E/kT 令令 A Ln 0 B E/k 则则Ln A B/T 将将 、T值代入上式值代入上式167310127310815BALnBALn 解之得：解之得： A32.88 B85828活化能活化能 EBk858281.3810231.181018(J/个个)粘滞的活化能粘滞的活化能=1.1810-186.021023=710.3kJ/mol习题课4-7章已完成补充补充2 有一组二元硅酸盐熔体，其有一组二元硅酸盐熔体，其R值变化规律如下，写值变化规律如下，写出熔体一系列性质的变化规律出熔体一系列性质的变化规律(用箭头表示用箭头表示) R2； 2.5 ； 3 ; 3.5 ; 4(1) 游离碱含量游离碱含量(