《電子材料》試題及答案第1章電子陶瓷結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

第1章電子陶瓷結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)試題及答案

1.依據(jù)結(jié)合力的本質(zhì)不同，晶體中的鍵合作用分為哪幾類？

其特點是什么？

答：依據(jù)結(jié)合力的不同，晶體中的結(jié)合力分為化學(xué)鍵和物理

鍵，化學(xué)鍵包括離子鍵、共價鍵和金屬鍵，物理鍵包括范德華

鍵和氫鍵。各結(jié)合鍵的特點：

離子鍵：異種原子成鍵；存在價電子的轉(zhuǎn)移；沒有方向性和飽

和性；結(jié)合力強。

共價鍵：同種原子也能成鍵；共用電子對；具有方向性和飽和

性。

金屬鍵：所用原子共用電子；沒有方向性和飽和性。

范德華鍵：結(jié)合力弱。

氫鍵：特殊形式的物理鍵，具有飽和性。

2.等徑球最緊密堆積方式有哪兩種？形成的空隙有哪兩種？

一個球的周圍有多少個四面體空隙，多少個八面體空隙？

解：等徑球最緊密堆積方式有面心立方密堆積和六方密堆積兩

種。形成的空隙為四面體空隙和八面體空隙。面心立方密堆積

時，一個球周圍有8個四面體空隙和4個八面體空隙。六方密

堆積時，一個球周圍有8個四面體空隙和6個八面體空隙。

B

六方密堆積面心立方密堆積

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Uyw?am∣y?Mo?>tuA§9u∕>Uy?MO?<?vd）

四面體空隙和八面體空隙

1.根據(jù)半徑比關(guān)系，說明下列離子與02看己位時的配位數(shù)各是多少？

已知ro2-=140Pm,rsi4+=41Pm,ΓA∣3+=50Pm,ΓMg2+=65Pm,rκ+=133

pmo（注：各離子半徑為鮑林半徑）

解：rsi4+∕r02一=41∕140=0.293>0.225,配位數(shù)為4；ΓA13+∕r02.

=50∕140=0.357>0.225,配位數(shù)為4；（備注：A"+的配位數(shù)也可為6）

ΓMg2÷∕rθ2-=65∕140=0.464>0.414,配位數(shù)為6；

rκ+∕rθ2-=l33/140=0.95≈1,配位數(shù)為12。

2.應(yīng)用鮑林規(guī)則判斷MgO晶體中鎂氧多面體的連接方式，其中

ΓMg2+=65Pm,ΓO2-=140pmo

解：rMg2+∕ro2-=65pm∕140pm=0.46,Mg?+的配位氧離子數(shù)為6,故每個

氧分配給它周圍每個Mg?+的電價為：S=2/6。假設(shè)每個氧離子周圍有k

個Mg2+：

k

Z=Ez+∕Λr=?*2∕6=∣-2∣

/

故k=6,即每個CP與6個Mg?+組成靜電鍵，所以一個氧與六個鎂連

結(jié)成六個［MgC>6］八面體，共用一個氧頂點。（NaCl結(jié)構(gòu)：O面心立方

密堆，Mg填充八面體空隙）

3.計算TiO2晶格中O?-周圍If+的個數(shù)。

其中：rτi4+=68Pm,ro2-=140pmo

解：r∏4+∕ro2一=68pm∕140Pm=O.49,ITk的配位氧離子數(shù)為6,故每個氧

分配給它周圍每個Ti4+的電價為：S=2∕6o假設(shè)每個氧離子周圍有k

Ti4+：

Z-=^Z+∕Λr=Ar*2∕6=∣-2

i

4+

故k=6,即每個O?一周圍有6個Tio

2+4+

4.CaTiO3結(jié)構(gòu)中，CaxTi.0*離子的配位數(shù)分別為12、6、6o

。2-的配位多面體是[OCa4Ti2],判斷晶體結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。

解：由鮑林第二規(guī)則，負(fù)離子的電荷數(shù)等于臨近正離子分配給它的電價

總和，則晶體結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。

4+

CaTiO3中,O?的電荷數(shù)z-=2∕12×4(Ca?+分配的電價)+4/6×2(Ti分

配的電價)=2,與氧離子的電價相等，故晶體結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。

5.BaTiO3是一種重要的鐵電陶瓷，其晶型是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。請問：(1)

這個結(jié)構(gòu)中各離子的配位數(shù)是多少？(2)這個結(jié)構(gòu)遵循鮑林規(guī)則嗎？

請給出理由。

2+

解:BaTiO3中Ba,"和CP的配位數(shù)分別為12,6,6。

0的配位多面體為。Ba4Ti1巾+分配給氧離子的靜電鍵強度Z1

=2x(4∕6)=4∕3

Ba?+分配給氧離子的靜電鍵強度Z2-=4×(2∕12)=2∕3

故TV+和Ba?+分配給氧離子的電價總和為Z,-+Z2-=4/3+2/3=2,與氧離

子的電荷數(shù)相等，故BaTiO3結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，遵循鮑林規(guī)則。

1.簡述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的形成條件及其特點。

解：形成條件：

1)離子半徑匹配：

&+夫。=71(寓+凡)“，t=0?7hl?l;

2)電價加和滿足電中性原則。

特點：

D氧八面體共頂點連接，組成三維網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)Pauling的配

位多面體連接規(guī)則，此種結(jié)構(gòu)比共棱、共面連接穩(wěn)定；

2)共頂連接使氧八面體網(wǎng)絡(luò)之間的空隙比共棱、共面連接時要

大，允許較大尺寸離子填入，即使產(chǎn)生大量晶體缺陷，或者各組成離

子的尺寸與幾何學(xué)要求有較大出入時，仍然能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并有

利于氧及缺陷的擴散遷移；

3)由于容差因子t范圍很寬及A、B離子電價加和為(+6)便

可，

使結(jié)構(gòu)有很強的適應(yīng)性，可用多種不同半徑及化合價的正離子取代A

位或B位離子，可開發(fā)出許多自然界沒有的鐵電或壓電材料。

1.陶瓷中晶界的特點，與相界的區(qū)別？

解：晶界的特點：

1）晶界處存在大量缺陷；

2）晶界處有空間電荷區(qū)；

3）晶界上易出現(xiàn)雜質(zhì)偏析；

晶界是指同類物質(zhì)的晶粒間界（GrainBoundary）,相界是指不同類

（異相）物質(zhì)的晶粒間界（PhaseBoundary1相界結(jié)構(gòu)一般都較同

類晶界復(fù)雜，且厚些。

2.什么叫陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)？陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)包括哪些組成?

解：陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)是指用各類顯微鏡所能觀察到的陶瓷內(nèi)部的組織

結(jié)構(gòu)。

主要包括晶相（主晶相和次晶相），玻璃相，氣相和晶粒間界（晶界和

相界I

1.名詞解釋：結(jié)構(gòu)缺陷點缺陷弗倫克爾缺陷肖特基缺陷

解：

結(jié)構(gòu)缺陷：晶體點陣結(jié)構(gòu)中周期性勢場的畸變或?qū)嶋H晶體中存在的結(jié)構(gòu)不完整性。

點缺陷：又稱零維缺陷，即三維方向上缺陷尺寸都處于原子大小的數(shù)量級，包括空位、間

隙原子、雜質(zhì)原子、締合原子。

弗倫克爾缺陷：晶體內(nèi)部平衡位置原子擠入點陣的間隙位置，而在晶體中同時形成數(shù)目相

等的空位和間隙原子。

肖特基缺陷：晶體內(nèi)部平衡位置原子遷移到晶體表面或內(nèi)表面的正常結(jié)點位置上，而使晶

體內(nèi)部留下空位，形成的缺陷。

2.MgO加入到AWh中、AWh加入到MgO中，試寫出缺陷化學(xué)反應(yīng)方程式？

A12Oi

2MgO>2MgA]+吟+20。

.4∕03^^2<fg+q+3O°

3.寫出下列缺陷反應(yīng)方程式（1）NaCI溶入CaCL形成空位型固溶體：（2）CaCL溶入

NaCl形成空位型固溶體；（3）NaCl形成肖

特基缺陷；（4）AgI形成弗倫克爾缺陷（Ag+進入間隙）。

cack

解：（1）NaCJ>Naca++Clci

⑵CaCl

（3）Oo匕+%

（4）AgAg<≈>Ag；+VAg

4.說明下述符號的含義：VNa，"Na，%，（匕〉Ca;

解：VNa：Na原子空位；

VNa：Na離子空位；

v?1:Cl離子空位；

Ca':Ca取代K,帶一個單位正電荷；

Ca**:Ca進入填隙位置，帶2個單位正電荷。

1.簡述固溶體的分類及影響固溶度的因素。

解：按溶質(zhì)原子在溶劑晶體中的位置來分類：

i.置換型固溶體：溶質(zhì)的質(zhì)點取代部分溶劑晶格上的質(zhì)點而占

據(jù)其格點位置所形成的固溶體。

ii.填隙型固溶體：溶質(zhì)質(zhì)點填充于溶劑晶格質(zhì)點的間隙位置

而形成固溶體。

按照溶解度來分類：

i,無限固溶體：兩種或多種以上組分可按任意比例互溶

ii.有限固溶體：只能在一