第二章 晶体结构缺陷.docx

第二章 晶 体 结 构 缺 陷
2-1 (a) 在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6 ev,计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。
（b） 如果MgO晶体中，含有百万分一的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质占优势？说明原因。
2-2 对某晶体的缺陷测定生成能为84千焦／摩尔，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。
2-3 非化学计量化合物FexO中，Fe3＋/Fe2＋＝0.1，求FexO中空位浓度及x值。
2-4 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压，非化学计量化合物Fe1－xO及Zn1＋xO的密度将发生怎样的变化？增大？减小？为什么？
2-7 有两个相同符号的刃位错，在同一滑移面上相遇，它们将排斥抑或吸引？
2-8 在简单立方结构中，在同一滑移面上画出柏格斯矢量相反的两个平行的螺位错。并说明这些位错为什么能够吸引在一起而相互抵消。
2-9 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陈列来描述吗？请解释。
2-10晶格常数等于0.361nm的面心立方晶体．计算其20的对称倾斜晶界中的位错间距。
2-11 试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者间的异同点。列出简明表格比较。
2-12 在面心立方空间点阵中，面心位置的原子数比立方体顶角位置的原子数多三倍。原子B溶入原子A的面心立方晶格中形成置换型固溶体，其成分应该是A3B呢还是A2B？为什么？
2-13 Al2O3在MgO中将形成有限固溶体，在低共熔温度（1995℃）时，约有18wt％Al2O3溶入MgO，MgO单位晶胞减小。试预计下列情况下密度的变化。
(a)A13+为该隙离子，
(b) A13＋为置换离子。
2-14 对磁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－δS和FeS1－δ，前者意味着是Fe空位的缺陷结构，后者是Fe被置换。设想一种实验方法以确定该矿物究竟属于哪一类成分。
2-15 如果（1）溶剂和溶质原子的原子半径相差超过±15％，（2）两元素的电负性相差超过±0.4％，通常这一对元素不利于形成置换型周溶体，其中前一因素往往起主导作用。
（a） 仅根据提供的资料（右表）提出哪一对金属大概不会形成连续固溶体： Ta－W，Pt－Pb，Co－Ni，Co－Zn，Ti－Ta。
（b） 参考有关金属手册校核预计的正确性。
2-16 对于MgO、Al2O3和Cr2O3，其正、负离子半径比分别为0.47,0.36和0.40。Al2O3和Cr2O3形成连续固溶体。
（a）这个结果可能吗？为什么？
（b）试预计，在MgO－Cr2O3系统中的固溶度是有限还是很大的？为什么？
2-17 列出MgO, CaO，Al2O3和TiO2四种氧化物的正离子半径、电负性及晶体结构类型。
（a） 按离子大小、离子价、结构类型、电负性以及场强等因素，预计下列各个由氧化物构成的二元系统中，生成固溶体及中间相（化合物的状况：MgO－CaO，MgO－TiO2，MgO－Al2O3、CaO－Al2O3，CaO－TiO2，Al2O3－TiO2。
（b） 查阅各个二元系统相图，校核预计结果的正确性。
2-18 计算各个晶体结构中的最大空隙。
（a）萤石（CaF2）结构
（b）金红石(TiO2)结构
（c）钙钛矿(CaTiO3)结构。
2 -19 A原子半径为0.07nm，X原子半径为0.125nm，Y原子半径为0.180nm。A原子分别溶入X原子晶格（面心立方）及Y原子晶格（体心立方）中，均形成填隙型固溶。经X射线分析证实，A原子只进入两种晶格的八面体空隙中，试回答，A原子在哪个原子晶格中溶解得多？（提示：面心立方结构的最大间隙是八面体空隙，体心立方结构的最大间隙是四面体空隙，其八面体空隙半径为0.155r）。
2-20 一块金黄色的人造黄玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了0.5mol％NiO和0.02mol％Cr2O3试写出缺陷反应方程（置换型）及化学式。
2-21 ZnO是六方晶系，a=3.242Å，c=5.195Å，每个晶胞中含2个ZnO分子，测得晶体密度分别为5.74,5.606g/cm3,求这两种情况下各产生什么型式的固溶体？
2-22 CeO2为萤石结构，其中加入15mol % CaO形成固溶体，测得固溶体密度ρ=6.45g/cm3，晶格参数a0＝5.417Å，问：主要缺陷形式如何？
2-23 假定空位周围没有晶格弛豫．如何预测PO2和T与（a）Fe1-xO，（b）UO2+x及（c）Zn1+xO的密度的关系。
2-24 预计1000℃时在ZrO2掺入12mo1％CaO的缔合物浓度（H ~30，H是静态介电常数）
2-25 将晶态固体中发生的结构不完整性列成表格。不必考虑由两个或多个基本缺陷相互作用而引起的二次不完整性如F中心。在表格中用一句话写出定义，以使教员能估价你对不完整性的理解程度。在第三栏指出该不完整性是否是热力学稳定的。