[自然科学]固熔体

《[自然科学]固熔体》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章固溶体凡在固态条件下，一种组分（溶剂）内“溶解”其他组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体称为固溶体。一般把含量多的组分称为溶剂（主晶体），含量少的组分称为溶质。基本特征：（1）在原子尺度上相互混合的。（2）破坏主晶相原有的晶体结构，但晶胞参数可能有少许改变，基本保持了主晶相的特性。（3）存在固溶度(有限固溶体或不连续固溶体)；部分体系可任意互溶(无限固溶体或连续固溶体)（4）在固溶度范围之内，杂质含量可以改变，固溶体的结构不会变化，只有单相固溶体；当超出固溶极限后，存在第2相。固溶体中由于杂质质点占据正常格

2、点位置或者占据间隙位置，破坏了基质晶体的质点排列的有序性，引起了晶体内周期性势场的畸变，故也属于点缺陷的范畴。比较固熔体、化合物和机械混合物固溶体生成：晶体生长过程中溶液或熔体析晶金属冶炼烧结如:Al2O3晶体中溶入一定量Cr2O3生成红宝石，可以用作饰品及激光器少量锌溶解于铜中生成黄铜意义：采用固溶体原理来制备或开发各种新的材料，满足科技的发展对材料性能提出的特殊性要求固溶体的分类（1）按溶质质点在溶剂晶格中的位置来划分置换型固溶体间隙型固溶体（2）按溶质在溶剂中的溶解度分类无限固溶体有限固溶体第一节固熔体的分类

3、置换型固熔体（取代型）－溶质原子进入溶剂晶格后占据某些结点位置，为保持电中性，则结构中必会出现空位或间隙原子。无机固体材料中常见。（等价置换，不等价置换）MgO-CoO、MgO-CaO、PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3一、按杂质原子在固熔体中的位置分类间隙型固熔体（填隙型）－溶质质点进入溶剂晶格的间隙位置。在金属材料中较为常见，在无机材料中，通常发生在阴离子或阴离子团所形成的间隙中。无机材料阳离子进入阴离子所形成的间隙中并不容易阴离子填隙型——更加困难唯独萤石型物质除外在合金中较为常见，金属和H、B

4、、C、N等元素形成的固溶体二、按杂质原子在晶体中的溶解度分类无限固熔体（连续固溶体）－溶质和溶剂两种晶体可以按任意比例无限制地相互固溶。二、按杂质原子在晶体中的溶解度分类有限固熔体－溶质只能以一定的溶解限度（固溶度）溶入溶剂中，低于固溶度条件下生成的固溶体是单相的，一旦溶质超出这一限度即出现第2相。第二节置换型固溶体NiO或FeO置换MgO生成连续固溶体：Mg1-xNixO，其中x=0~1很多二元体系是生成有限置换型固溶体，其中有些体系的固溶量非常低。一、影响置换型固溶体中溶质离子溶解度的因素在理论的指导下，通过对实

5、践经验的积累总结，提出了一些重要的影响因素：（1）离子尺寸因素（2）离子的电价因素（3）晶体的结构因素（4）电负性因素1、离子尺寸因素——决定性因素。从晶体结构的稳定观点来看，相互替代的质点尺寸愈接近，则固溶体愈稳定，其固溶量将愈大。形成固溶体时，离子尺寸条件的表达式：经验证明：当<15%时，溶质和溶剂之间有可能形成连续固溶体；当=15~30%之间时，溶质和溶剂之间可以形成有限固溶体；当>30%时，溶质和溶剂之间不生成固溶体，仅在高温下有少量固溶。无机材料中的固溶体主要是阳离子之间的相互取代2、离子电价的影响连

6、续固溶体必要条件：原子价（或离子价）相同；多组元复合取代总价数相等，电中性。如果价态不同，则最多只能生成有限固溶体（满足尺寸条件前提下）在生成有限固溶体条件下，价态差别越大，固溶度降低。Cu溶剂：Zn2价——38%；Ga3价——20%Ge4价——12%；As5价——7%高价在低价中的固溶度>低价在高价中的固溶度。等价取代MgO-NiO,Al2O3-Cr2O3,PbZrO3-PbTiO3复合取代Ca[Al2Si2O8]-Na[AlSi3O8]压电陶瓷Pb(Fe1/2Nb1/2)O3-PbZrO33、晶体的结构因素连续固

7、溶体必要条件：具有相同的晶体结构晶体结构不同，最多只能形成有限型固溶体（满足尺寸条件前提下）具有相同晶体结构的连续固溶体：MgO-NiO、Al2O3-Cr2O3、ThO2-UO2、Cu-Ni、Cr-Mo、Mo-W、Ti-Zr：连续固溶体Fe2O3－Al2O3，=18.4%>15%,有限置换固溶体注意例外：PbZrO3-PbTiO3系统，=15.28%>15%,但相变温度以上，立方晶系的结构稳定，仍可形成连续置换型固溶体4、电负性因素电负性相近，有利于固溶体的生成电负性差别大，倾向于生成化合物以0.4作为边界条件

8、质点尺寸、晶体结构和电价因素的影响类别质点尺寸晶体结构电价连续<15%相同相同有限<15%二者中至少有一个不同15%<<30%二者可同可不同不生成>30%二者可同可不同二、置换型固溶体中的“组分缺陷”等价置换－除了晶格位置上被杂质质点替代外，不生成其它缺陷，同时晶体依然保持电中性。不等价置换－为了保持晶体的电中性，必然会在晶体结构中产生