晶體結(jié)構(gòu)缺陷全面總結(jié)

1、晶體結(jié)構(gòu)缺陷全面總結(jié)（無機(jī)非方向）晶體結(jié)構(gòu)缺陷全面總結(jié)由于缺陷的存在，使晶體表現(xiàn)出各種各樣的性質(zhì)，使材料制備過程中的動(dòng)力 學(xué)過程得以進(jìn)行，使材料加工、使用過程中的各種性能得以有效控制和改 變，使材料性能的改善和復(fù)合材料的制備得以實(shí)現(xiàn)。一、按缺陷的幾何形態(tài)分類：'點(diǎn)缺陷空位、間隙質(zhì)點(diǎn)、雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)、色心等；線缺陷各種位錯(cuò)'面缺陷：晶界、表面、堆積層錯(cuò)、鑲嵌結(jié)構(gòu)等/本缺陷：第二相粒子團(tuán)、空位團(tuán)等二、按缺陷產(chǎn)生的原因分類:三、缺陷反應(yīng)方程式的書寫1. 對(duì)于雜質(zhì)缺陷而言，缺陷反應(yīng)方程式的一般式為：2. 書寫時(shí)應(yīng)遵循的原則：（1 ）位置平衡：基質(zhì)晶體中正負(fù)離子格點(diǎn)數(shù)之比保持不變，并 非原子個(gè)

2、數(shù)比保持不變。（2）質(zhì)量平衡：缺陷反應(yīng)方程式兩邊的質(zhì)量應(yīng)該相等。缺陷符 號(hào)的右下標(biāo)表示缺陷所在的位置，對(duì)質(zhì)量平衡無影響（即空位沒 有質(zhì)量）。（3）電荷平衡：缺陷反應(yīng)方程式兩邊的有效電荷數(shù)必須相等。3 經(jīng)典例題:寫出CaCI2力口入KCI中的缺陷反應(yīng)方程式。4.基本規(guī)律（1）低價(jià)正離子占據(jù)高價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有負(fù)電荷。為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生負(fù)離子空位或間隙正離子。（2）高價(jià)正離子占據(jù)低價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有正電荷。為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生正離子空位或間隙負(fù)離子。四、固溶體1定義：將外來組元引入晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)基質(zhì)晶體質(zhì)點(diǎn)位置或間 隙位置的一部分，仍保持一個(gè)晶相，這種晶體稱為固溶體。2. 形

3、成置換型固溶體的條件：（1）原子或離子尺寸的影響：從晶體穩(wěn)定的觀點(diǎn)看，相互替代 的原子或離子尺寸愈相近，則固溶體愈穩(wěn)定。（2）晶體結(jié)構(gòu)類型的影響：若溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)類型相同， 這也是形成連續(xù)固溶體的必要條件，而不是充分必要條件。（3）離子類型和鍵性：離子類型是指離子外層的電子構(gòu)型，相 互置換的離子類型相同，容易形成固溶體。化學(xué)鍵性質(zhì)相近，即 取代前后離子周圍離子間鍵性相近，容易形成固溶體。（4）電價(jià)因素形成固溶體時(shí)，離子間可以等價(jià)置換也可以不等 價(jià)置換。為了保持形成固溶體的電中性，不等價(jià)置換不易形成連 續(xù)固溶體。3. 形成間隙型固溶體的條件：（1 ）雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的大?。禾砑拥脑佑?，易形成固溶

4、體。（2）晶體結(jié)構(gòu)：基質(zhì)晶體中空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈疏松，易形成固 溶體。（3）電價(jià)因素：外來雜質(zhì)原子進(jìn)入間隙時(shí)，必然引起晶體結(jié)構(gòu) 中電價(jià)的不平衡，與置換型固溶體一樣，也必須保持電價(jià)的平衡。4. 固溶體形成后對(duì)晶體性質(zhì)的影響：（1 ）穩(wěn)定晶格，阻止晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生（2）活化晶格：形成固溶體后，晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變，處于高 能量的活化狀態(tài)，有利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。（3）固溶強(qiáng)化：固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性 則較低。5 固溶體理論密度的計(jì)算：理論密度式中W晶胞中所有質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量;V通過X射線衍射測(cè)得的晶胞常數(shù)可得到，如立方晶系V二計(jì)算方法：（1）先寫出可能的缺陷反應(yīng)方程式；（2）根據(jù)缺陷反應(yīng)方程式寫

5、出固溶體可能的化學(xué)式；（3）由化學(xué)式可知晶胞中有兒種質(zhì)點(diǎn)，計(jì)算出晶胞中i質(zhì)點(diǎn)的 質(zhì)量。晶胞中i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量：晶胞中i質(zhì)點(diǎn)的位置數(shù)Xi質(zhì)點(diǎn)實(shí)際所占分?jǐn)?shù)Xi的原子量W< =阿伏伽徳羅常數(shù)No晶胞中i質(zhì)點(diǎn)的位置數(shù)由基質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)確定，i質(zhì)點(diǎn)實(shí)際所占分?jǐn)?shù)由固溶體的化學(xué)式?jīng)Q定。據(jù)此，計(jì)算出晶胞質(zhì)量通過計(jì)算出的固溶體理論密度，在與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的密度比較，哪個(gè) 最符合實(shí)驗(yàn)值則屬于這種固溶體類型。6例題:以CaO加入到ZrO2中為例，若固溶體的摩爾組成為0. 15CaO 0.85ZrO2,將其寫成原子比形式為Cao.xsZro.s50i.85o置換式固溶 體的化學(xué)式為，根據(jù)固溶體中各元素原子數(shù)目對(duì)應(yīng)成比例即可

6、求 出固溶體化學(xué)式中待定參數(shù)的值。（1 ）對(duì)于置換式固溶體有置換型固溶體的缺陷反應(yīng)方程式為：x = 0. 151 -x = 0.852-x=l.85則可得出x二0. 15,所以，置換式固溶體化學(xué)式為Cao 15Zr0 S50i.85o乂因?yàn)閆rO2屬于螢石結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)Z = 4,晶胞中有、三種 質(zhì)點(diǎn)。晶胞質(zhì)量X射線衍射分析晶胞常數(shù)a = 0.513 1nm,晶胞體積V二&'二135. IX 10_24cm3,（2）對(duì)于間隙式固溶體：間隙型固溶體的缺陷反應(yīng)方程式為：/ t* I2Ca）一 CaC +26+Ca/其化學(xué)式為，與已知組成Cao.15ZrossOi.85相比，0&q

7、uot;不同，需經(jīng) 過如下恒等變形來確定待定參數(shù)之值。然后根據(jù)固溶體中各元素原子數(shù)目對(duì)應(yīng)成比例建立關(guān)系：r 0.15X20.85X22y=pr尸古由此可得 y二0. 15/1. 85 ,所以間隙式固溶體化學(xué)式為C a o . 3 / 1. SsZr 1. 7 / 1. 8 5 O 2。晶胞質(zhì)量實(shí)際測(cè)量密度二5.477g/cm3,與相近，由此可判斷生成的是置換型固溶體。五、非化學(xué)計(jì)量化合物1. 非化學(xué)計(jì)量化合物的特點(diǎn)：（1）非化學(xué)計(jì)量化合物的產(chǎn)生及其缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、分壓 大小有關(guān)，這有別于其他缺陷；（2 ）這種化合物可以看作是高價(jià)化合物與低價(jià)化合物的固溶體， 即不等價(jià)置換是發(fā)生在同一種離子中的高價(jià)態(tài)與低價(jià)態(tài)間的相 互置換；（3）缺陷濃度與溫度有關(guān)，這點(diǎn)可以從平衡常數(shù)看出；2. 金屬離子過剩（n型）導(dǎo)致的非化學(xué)計(jì)量缺陷：（1）由于負(fù)離子缺位，使金屬離子過剩：TiO2失氧變成TiO2-s：其缺陷反應(yīng)方程式為：Oo V； +4°2 匸（2）由于間隙正離子，使金屬離子過剩：ZnO在鋅蒸汽中加熱，顏色會(huì)逐漸加深，形成了缺陷Zn1+=0o其缺陷反應(yīng)方程式為：3. 負(fù)離子過剩（p型）導(dǎo)致的非化學(xué)計(jì)量缺陷：（1）由于間隙負(fù)離子，使負(fù)離子過剩：目