习题课已完成

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1、第四章 晶体结构缺陷 第一节 晶体结构缺陷的类型 第二节 缺陷化学反应表示法 第三节 热缺陷浓度的计算 第四节 非化学计量化合物 第五节 位错 第六节 面缺陷 4-1 名词解释 （1）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（2）刃型位错和螺 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 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。 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 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。 位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。

2、 4-2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CaCl2中Ca2+ 置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表 示式。 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MX晶体中，间隙原子的表示符号为Mi或Xi；空位缺陷的表示 符号为：VM或VX。杂质缺陷的表示符号为：AM或AX（取代式）以 及Ai（间隙式）。 当CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙而出现点缺陷，其缺陷反应式 如下： 当CaCl2中Ca2+置换KCl而出现点缺陷，其缺陷反应式如下： 4-4（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25

3、 和1600时热缺陷的浓度。 （b）如果MgO晶体中，含有百万分之 一mol的Al2O3杂质，则在1600时，MgO晶体中是热缺陷占优势 还是杂质缺陷占优势？说明原因。 n解：（a）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) 25oC 1600 （b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应 方程为： xx 此时产生的缺陷为 杂质杂质 缺陷 当加入10-6 Al2O3时，杂质缺陷的浓度为 ：10-6 由（a）计算结果可知：在1

4、873 K，热缺陷浓度=8.410-9 显然： 杂质缺陷浓度热缺陷浓度，所以在1873 K时杂质缺陷占优势。 4-6试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是 多少？（1）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生 成淡红宝石（2）在Al2O3中，添加0.5mol%的NiO，生 成黄宝石。 （1）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： 缺陷浓度为：2X0.01=0.02 (mol%) 缺陷浓度为：(1/2)X0.5=0.025 (mol%) 4-7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Fe1-xO及

5、Zn1+xO的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？ 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 大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则Fe1-xO的密度 也将减小。 间隙离子的浓度与氧分压的1/6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 Zn1+xO的密度也将减小。 OO = 1 4-9 非化学计量氧化物TiO2-x的制备强烈依赖于氧分压和温度 ：（1）试列出其缺陷反应式。（2）求其缺陷浓度表达式。 （2）缺陷浓度表达式: （1）试列出其缺陷反应式: 4.10 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 刃型位错和螺型位错

6、的异同点 刃型位错螺型位错 与柏格斯矢量 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 晶体畸变和形 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 ，且离位错线越远，晶格畸 变越小 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 第五章 固溶体 第一节 固熔体的分类 第二节 置换型固溶体 第三节 间隙型固溶体 第四节 固溶体的性质 第五节 固溶体的研究方法 5.1 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

7、近，则固溶体愈稳 定。若以r1和r2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(r1 - r2)30%时， 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 型固溶体。 电负性相近，有利于固溶体的生成。 解：1、 离子尺寸因素 2、晶体的结构类型 3、离子的电价因素 4、电负性因素 5.2 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。 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)AB

8、2O4AO+B2O3 相组成均匀单相单相两相有界面 5.3 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。 列出简明表格比较。 1、形成原因 2、形成条件 3、缺陷反应（举例） 4、固溶式 5、溶解度 5-4试写出少量MgO掺杂到Al2O3中和少量YF3掺杂到 CaF2中的缺陷方程。（a）判断方程的合理性。（b）写 出每一方程对应的固溶式 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 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 陷在离子晶体中（除萤石型）较少见。上

9、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 定。 5-5 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0.5molNiO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 2 : 2 : 1 0.5% : 0.5% : 0.25% 1 : 2 0.02% : 0.04% 固溶体的化学式为： Al20.50.04%Ni0.5%Cr0.04%O30.25% 即 Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.9975 5-9用0.2mol YF3加入CaF2中形成固溶体，实验测得固 溶体的晶胞参数a=0.55nm，测

10、得固溶体密度 =3.64g/cm3，试计算说明固溶体的类型？（元素的相 对原子质量：Y=88.90；Ca=40.08；F=19.00） 将x=0.2代入上述固溶式得：置换型固溶体分子式为Ca0.7Y0.2F2 间隙型固溶体分子式为Ca0.8Y0.2F2.2 由1与2计算值与实测密度=3.64g/cm3比较，2值接近 3.64g/cm3，因此0.2mol YF3加入CaF2中形成间隙型固溶体 3.66 =3.35 1= 2= 第六章 熔体和非晶态固体 第一节 熔体的结构 第二节 熔体的性质 第三节 玻璃的通性 第四节 非晶态固体形成 第五节 玻璃的结构 第六节 玻璃实例 6.1说明熔体中聚合物形

11、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 合体。 可分为三个阶段： 初期：熔融石英的分化（解聚）过程架状SiO4的断裂； 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，达到平衡缩聚平衡 6.2 简述影响熔体黏度的因素. 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。 2）组成的影响： a、 O/Si比 b、氧化物 （一价、二价、三价、四价） 6.3 名词解释(并比较其异同) 晶子学说和无规则网络学说 单键强 分化和缩聚 网络形成剂和网络变性剂 比较：上述两种假说的观点正在逐步靠近。比较统

12、一的看法是：玻璃 是具有近程有序、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： 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：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。 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。 即凡氧化物单键强度335kJmo

13、l称为网络形成剂。 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，Z=4 Y=2Z2R2(42.007)3.986 对2玻璃， Na2O/Al2O312.1/4.87 1 Al3+被视为网络形成离子， Z=4 X2RZ22.07840.156 Y=ZX40.1563. 844 讨论： 1玻璃 Y1 3.986 , 2玻璃 Y2 3.844 即有：Y1 Y2 所以在高温下 1玻璃 粘度 2玻璃 粘度 6-7 在SiO2中应加入多少Na2O,使玻璃的O/Si2.5，此时析 晶能力是增强还是削弱？ 解；假定引入的Na2O的mol含量为 x ， 则SiO2的mol含量

14、为 1x 此时析晶能力增强。 补充1 SiO2 熔体的粘度在1000时为1015dpa.s，在 1400时为108dpa.s， 玻璃粘滞的活化能是多少？ 解：(a) 对 0exp(E/kT)取对数得： Ln Ln 0 E/kT 令 A Ln 0 B E/k 则Ln A B/T 将 、T值代入上式 解之得： A32.88 B85828 活化能EBk858281.3810231.181018(J/个) 粘滞的活化能=1.1810-186.021023=710.3kJ/mol 补充2 有一组二元硅酸盐熔体，其R值变化规律如下，写 出熔体一系列性质的变化规律(用箭头表示) R2； 2.5 ； 3 ;

15、3.5 ; 4 (1) 游离碱含量 (2) O/Si (3) 低聚合物数量 (4) 熔体粘度 (5) 形成玻璃能力 (6) 析晶能力 大小 6.10 解释硼酸盐玻璃的硼反常现象。 解答:硼反常现象:随着Na2O(R2O)含量增加，桥氧数增大，热膨胀 系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%16%时，桥氧又开始减 少，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。 硼反常现象原因：当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔 融时，碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结 构中，而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。致使B2O3玻璃 从原来二度空间层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加 强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的 硅酸盐玻璃性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反。 第七章 固体表面与界面 第一节 固体的表面 第二节 固体的界面 第三节 晶界 7-4 影响润湿的因素有哪些？ 7-5 什么是晶界织构？ 答：晶界织构是指晶界在多晶体中形状、结构和分布。