材料科学基础A第三章习题及答案 材料科学基础A第三章习题及答案 3.7写出下列缺陷反应式： (1)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体； (2)CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体； (3)NaCl形成肖脱基缺陷； (4)AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙) 答：（1）NaCl Na Ca’+ Cl Cl + V Cl? （2）CaCl2Ca Na? + 2Cl Cl + V Na’ （3）O→V Na’ + V Cl· （4）Ag Ag→V Ag’ + Ag i? 3.10 (a)MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6eV，计算在25℃和 1600℃时热缺陷的浓度b)如果MgO晶体中，含有百万分之一摩尔的A12O3杂质，则在1600'C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 解：（a）根据热缺陷浓度公式n/N=exp(-E/2kT)， E=6eV=6×1.602×10-19=9.612×10-19J, k=1.38×10-23 在25℃时，T=298K：n/N=1.87×10-51， 在1600℃时，T=1873K：n/N=8.43×10-9； （b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3， Al2O32Al Mg· + V Mg’’ + 3O O， ∵ [ V Mg’’]=[Al2O3] ，[Al Mg·]=2[Al2O3]，而[Al2O3]=10-6 ∴[杂质缺陷]=[ V Mg’’]+[Al Mg·] =3×10-6 一般只考虑[ V Mg’’]数，为了比较，只考虑空位缺陷： [杂质缺陷]=[ V Mg’’] =[Al2O3]=10-6>热缺陷浓度8.0×10-9结论：杂质缺陷占优。
3.12 非化学计量化合物Fe x O中，Fe3+／Fe2+=0.1，求Fe x O中的空位 浓度及x值 解：Fe 2O 32Fe Fe · + 3O O + V Fe ’’ y 2y y 固溶体化学式：Fe 3+2y Fe 2+1-3y O 由：3220.113Fe y Fe y ++= =- 得：y =0.0435 与Fe x O 对比，x =1-3y +2y =1-y ，则x =0.9565 固溶式：Fe 0.9565O ，V Fe ’’数=n =0.0435×N 0个 晶体中正常格点数N ＝(1＋x ) ×N 0=1.9565×N 0个 （注：1为O 的格点，x 为Fe 的格点） 2" Fe 1022.2N n ]V [-?== 3.19 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 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 相数 单相均匀 多相 单相均匀 化学计量 不遵守定比定律 / 遵守定比定律 化学组成 不确定 有几种混合物就有多少化学组成 确定 3.20 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。
注：本题中晶格缺陷应为热缺陷 分类形成原 因 结构 形成条件 组成 缺陷尺 度 热缺陷肖特基 弗伦克 尔 热起伏 同主晶相 相同 T>0K 均一的单相， 遵守定比定 律’ 原子尺 寸， 点缺陷 固溶体无限， 有限， 置换， 间隙 掺杂 溶解 同主晶相 相同 原子或离子 尺寸， 晶体结构类 型， 离子类型和 键性， 电价 均一的单相， 不遵守定比 定律 原子尺 寸， 点缺陷 非化学计量化合物阳缺 阴间 阳间 阴缺 环境中 气氛性 质和压 力变化 同主晶相 相同，特殊 的固溶体 均一的单相， 不遵守定比 定律 原子尺 寸， 点缺陷 3.22 Al2O3在MgO中形成有限固溶体，在低共熔温度1995℃时，约有18wt％Al2O3溶入MgO中，假设MgO单位晶胞尺寸变化可忽略不计。
试预计下列情况的密度变化 (a) O2-为填隙离子 (b) A13+为置换离子 解：设Al2O3、MgO总重量为100g，则Al2O3 18g，MgO 82g， 溶入MgO中Al2O3的mol数：Al2O3mol%=18/102 18/10282/40 =0.08=8%, MgO mol%=1-8%=92%,固溶体组成：8% Al2O3，92%MgO，固溶体组成式：Al8%×2Mg92%O8%×3+92% =Al0.16Mg0.92O1.16 (a) Al2O32Al Mg· + 2O O + O i’’ x 2x x 固溶体化学式：Al 2x Mg 1-2x O 1+x 将化学式与组成式一一对应，求出待定参数x ，将O 2-的量化为1 Al 0.16/1.16Mg 0.92/1.16O Al 2x/1+x Mg 1-2x/1+x O x =0.074，化学式Al 0.148Mg 0.852O 1.074 晶胞参数a =2(r Mg2+r O2-)=2(0.072+0.140)=0.424nm ；晶胞体积V =a 3=7.62×10-23cm 3 32323 40.1482740.852244 1.07416 3.63/7.6210 6.02210 i W d g cm V -??+??+??= = =???∑ 32323 424416 3.49/7.6210 6.02210 d g cm -?+?= =???理想 d /d 理想=3.63/3.49=1.04 上述结果表明，O 2-为填隙离子时密度增大了。
（b ）Al 2O 32Al Mg · + 3O O + V Mg ’’ x 2x x 将化学式与组成式一一对应： Al 0.16/1.16Mg 0.92/1.16O Al 2x Mg 1-3x O x =0.069，则化学式为Al 0.138Mg 0.793O 3 2323 40.1382740.793244116' 3.38/7.6210 6.02210 d g cm -??+??+??= =??? d'/d 理想=3.38/3.49=0.97 上述结果表明，Al 3+为置换离子时密度减小了。