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（2）CaCl2
NaCa’+ ClCl + VCl? CaNa? + 2ClCl + VNa’
（3）O→VNa’ + VCl·
（4）AgAg→VAg’ + Agi?
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， Al2O3 2AlMg· + VMg’’ + 3OO， ∵ [ VMg’’]=[Al2O3] ，[AlMg·]=2[Al2O3]， 而[Al2O3]=10-6 ∴[杂质缺陷]=[ VMg’’]+[AlMg·] =3×10-6
一般只考虑[ VMg’’]数，为了比较，只考虑空位缺陷： [杂质缺陷]=[ VMg’’] =[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FexO中，Fe3+／Fe2+=0.1，求FexO中的空位
浓度及x值。
解：Fe2O32FeFe· + 3OO + VFe’’
y 2y y 固溶体化学式：Fe3+2yFe2+1-3yO
Fe3?2y?0.1 得：y=0.0435 由：2??Fe1?3y与FexO对比，x=1-3y+2y=1-y，则x=0.9565 固溶式：Fe0.9565O，VFe’’数=n=0.0435×N0个 晶体中正常格点数N＝(1＋x) ×N0=1.9565×N0个 （注：1为O的格点，x为Fe的格点）
\[VFe]?n?2.22?10?2 N3.19 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。 解： 形成原因 相数 化学计量 化学组成 固溶体 机械混合物 化合物 原子间相互反映生成 单相均匀 遵守定比定律 以原子尺寸“溶解”生成 粉末混合 单相均匀 不遵守定比定律 多相 / 有几种混合物就有多少化学组成 不确定 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。
解： 分类 形成原因 结构 同主晶相相同 形成条件 T>0K 组成 缺陷尺度 肖特基 热缺弗伦克热起伏 陷 尔 均一的单相， 原子尺遵守定比定寸， 律’ 点缺陷 无限， 固溶有限， 掺杂 体 置换， 溶解 间隙 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， 原子尺不遵守定比寸， 定律 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， 原子尺不遵守定比寸， 定律 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：Al2O3 mol%=
18/102=0.08=8%,
18/102?82/40MgO 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) Al2O32AlMg· + 2OO + Oi’’
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