3- 7写出下列缺陷反应式： （I ） NaCI溶入CaCb中形成空位型固溶体； （2） CaCS溶入NaCI 中形成空位型固溶体；（3）NaCI形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入 间隙）。
解：(1)NaCI -------------------- Na=a' +CI CI+VCI
蕊a v
(2)
(3) 0三认’+VCl ? (4) AgAg_ VAg' +Agi '
CaCl2 、CaNa+2Clci+VNa'
3-8Mg0的密度是3.58g/cm 3,其晶格参数是 0.42nm，计算单位晶胞 MgO勺肖特基缺陷数。 解：设有缺陷的 MgO晶胞的晶胞分子数为 x，晶胞体积V=（4.20 ） 3, x= p VN0/M=3.96,单位 晶胞的肖脱基缺陷数=4-x=0.04。
3-9MgO （ NaCI型结构）和Li 2O （反萤石型结构）均以氧的立方密堆为基础，而且阳离子都 在这种排列的间隙中， 但在MgO中主要的点缺陷是肖特基缺陷， 请解释原因。
解：Mg占据四面体空隙，Li占据八面体空隙。
3-10MgO晶体的肖特基缺陷生成能为 84kJ/mol，计算该晶体1000K和1500K的缺陷浓度。
_ 3
一 2
而在Li 20中是弗伦克尔型，
（答：6.4 X 10 _ , 3.5 X 10 _ ）
3
2
解：n/N=exp （-E/2RT）, R=8.314 , T=1000k: n/N=6.4 X 10- ； T=1500k: n/N=3.5 X 10 -。 3- 11非化学计量化合物 FexO中，Fe3+/Fe2+= 0.1，求FexO中的空位浓度及 x值。（答:2.2 5X 10
_
5
； 0.956 ）
. ? ,,
解：Fe2Q
1
2FeFe +3Q+VFe
y 2y y
Fe 2yFe 1-3y O,
3+ 2+
1-7
=0. l-^2y=0. l'O. 3y->y=0.1/2.3=0.0436
X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe
0.9565
O
[VFe'']=
3-12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
-2
压?非化学计量化合物 Fei-xO及Zni+x0的密度将发生怎么样的变化？增大还是减小？为什
欢迎下载 16
么？
解：Zn (g)「Zn ' +e' Zn ( g) +1/2O2=ZnO Zn」e' +1/20 ^ZnO [ZnO]=[e ']
??? PQ「[Z ni [J p J ]
■C2 (g) TCO+VFe' ' +2h ?
k=[Oc][V Fe'' ][h ' ]/PO2l/2=4[OO][V Fe'' ]3/PO 21/2 [VFe'' ] x PO2-1/6 ,
? PQ [VFe''] p
3-13对于刃位错和螺位错，区别其位错线方向、伯氏矢量和位错运动方向的特点。
解：刃位错：位错线垂直于 h位错线垂直于位错运动方向；螺位错：位错线平行于线平行于位错运动方向。
3-14图3-1是晶体二维图形，内含有一个正刃位错和一个负刃位错。 (1)围绕两个位错伯格斯回路，最后得伯格斯矢量若干？ (2 )围绕每个位错分别作伯氏回路，其结果又怎样？
解：略。
欢迎下载 h位错
17
3-15有两个相同符号的刃位错，在同一滑移面上相遇，它们将是排斥还是吸引？ 解：排斥，张应力重叠，压应力重叠。
3-16晶界对位错的运动将发生怎么样的影响？能预计吗? 解：晶界对位错运动起阻碍作用。
3-17晶界有小角度晶界与大角度晶界之分，大角度晶界能用位错的阵列来描述吗？ 解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于无序的状态，而位错之间的距离可能只有 2个原子的大小，不适用于大角度晶界。
3-18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。 1、
固溶体 以原子尺寸“溶解” 形成原因 生成 相数 化学计量 均匀单相 机械混合物 化合物 粉末混合 原子间相互反映生成 多相 单相均匀 遵守定比定律 不遵守定比定律 有几种混合物就有多 化学组成 以 不确定 少化学组成 确定 A0溶质溶解在 BQ溶剂中为例: 比较项 化学组成 相组成 固溶体 刁（x=0?2） 均匀单相 化合物 ABO 单相 机械混合物 AO+BO? 两相有界面 列出简明表格比较。 3-19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，
解：固溶体、晶格缺陷、非化学计量化合物都是点缺陷，是晶体结构缺陷，都是单相均匀的 固体，结构同主晶相。热缺陷——本征缺陷；固溶体——非本征缺陷；
分类 肖特基 热缺陷 弗伦克尔 形成原因 形成条件 缺陷反应 化学式 溶解度、缺陷浓度 MX 只受温度控制 MX 尸V； +対 热起伏 T>Ok M^> M ?? +% 大小，电负 无限，有限， 固溶体 置换，间隙 溶解 搀杂 性，电价， 结构 无：受温度控制 有：搀杂量 < 固溶度 受温度控制 搀杂量 >固溶度受 固溶度控制 欢迎下载 18
阳缺 非化学 Fei-xO 环境中气 阴间 UO+x [h ] c** P” [5 ]丿 0a- ；＜5 r7n - q P\ra计量化 氛性质和 阳间 合物 压力变化 阴缺 Zn 1+xO TQ2-X [Gj ] oc o- V [\] oc r0a- 3-20在面心立方空间点阵中，面心位置的原子数比立方体项角位置的原子数多三倍。原子 B溶入A晶格的面心位置中，形成置换型固溶体，其成分应该是 解：略。
3-21AI 203在MgO中形成有限固溶体，在低共熔温度 1995C时.约有18wt % AI2Q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。 离子；2）人3+为置换离子。 解：（a） Al3+为填隙离子：
1） AI3+为填隙
AB呢还是AB?为什么?
缺陷反应为：'*\ （1）
股 3 A1SV 3 O
固溶式分子式：
'
J
J
（b） Al3+为置换离子：
缺陷反应为：
?1」:■■ 1 ■(2)
股1?虬^ 5。
固溶式分子式：
（3） 取100g试样为基准：（为摩尔数）
18
（m为摩尔数）
欢迎下载 19
82 82 = --------- --------- =2.03^ 憾嘟 4CU
??? MgO中固溶18%wt的AI2Q后的分子式为： 2.035MgO? 0.176AI 2Q或 Mg.o35AI 0.352Q.563 (4) (4)式各项除以 2.563 得 Mg.794AI o.i37O( 5) 由(5)式得x=0.137代入(2)( 3)式，
, 亠
对(a有)有 ： (b) *
1 ^0.137
WgXx 0.137
I ' r-.-i r ■
设：固溶前后晶胞体积不变，则密度变化为:
0.176十 2.035MJ^Q 2.563 x 40,3
卩?分另M弋表固溶前后密度） 所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。
3-22对硫铁矿进行化学分析： 按分析数据的Fe/S计算，得出两种可能的成分：Fe1-xS和FeS-x, 前者意味着是Fe空位的缺陷结构，后者是 Fe被置换。设想用一种实验方法以确定该矿物 究竟属哪一类成分？
解：Fe1-xS中存在Fe空位， 非化学计量，存在 i P型半导体；FeS-x中金属离子过剩，
通过实验确定其半
存在S2-空位，存在］N型半导体；因Fe-xS、FeS-x分属不同类型半导体， 导体性质即可。
3-23说明为什么只有置换型固溶体的两个组分之间才能相互完全溶解，而填隙型固溶体则 不能。 解：（1）晶体中间隙位置是有限的，容纳杂质质点能力 交换位置，不会对接产生影响，所以可形成连续固溶体。
<10% （ 2）间隙式固溶体的生成，
一般都使晶格常数增大，增加到一定的程度，使晶格变得不稳定而离解；置换固溶体形成是 同号离子
欢迎下载 20
材料科学基础(武汉理工大学,张联盟版)课后习题及答案
