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无机材料科学基础课后习题答案

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卖家[上传人]：mg****85

文档编号：33680553

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常见问题

1、4.1 名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。4.2 试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出 CaCl2 中 Ca2+置换 KCl 中 K+或进入到KCl 间隙中去的两种点缺陷反应表示式。解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在 MX 晶体中，间隙原子的表示符号为 MI 或 XI；空位缺陷的表示符号为：VM 或 VX。如果进入 MX 晶体的杂质原子是 A，则其表示符号可写成：AM 或 AX（取代式）以及 Ai（间隙式）。当 CaCl2 中 Ca2+置换 KCl 中 K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：CaCl2 + +2ClClCaCl2 中 C

2、a2+进入到 KCl 间隙中而形成点缺陷的反应式为：CaCl2 +2 +2ClCl4.3 在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物 MaXb 中，M 格点数与 X 格点数保持正确的比例关系，即 M：X=a：b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。4.4（a）在 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mol 的 Al2O3 杂质，则在 1600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：exp（）由题意 G=6ev=61.60210-19=9.61210-19JK=1.3810-23 J/KT1=25+273=298K T2=1600+273=1873K298K： exp =1.9210-511873K： exp =810-9（b）在 MgO 中加入百万分之一的 Al2O3 杂质，缺陷反应方程为：此时产生的缺陷为杂质。而由上式可知：Al2O3= 杂质当加

3、入 10-6 Al2O3 时，杂质缺陷的浓度为杂质 =Al2O3=10-6由（a）计算结果可知：在 1873 K，热=810-9显然：杂质热，所以在 1873 K 时杂质缺陷占优势。4.5 对某晶体的缺陷测定生成能为 84KJ/mol，计算该晶体在 1000K 和1500K 时的缺陷浓度。解：根据热缺陷浓度公式：exp（）由题意 G=84KJ/mol=84000J/mol则 exp（）其中 R=8.314J/molK当 T1=1000K 时， exp（）= exp =6.410-3当 T2=1500K 时， exp（）= exp =3.4510-24.6 试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？（a）在 Al2O3 中，添加 0.01mol%的 Cr2O3，生成淡红宝石（b）在 Al2O3中，添加 0.5mol%的 NiO，生成黄宝石。解：（a）在 Al2O3 中，添加 0.01mol%的 Cr2O3，生成淡红宝石的缺陷反应式为：Cr2O3生成置换式杂质原子点缺陷。其缺陷浓度为：0.01% 0.004% 410-3 %（b）当添加 0.5mol%的 NiO

4、在 Al2O3 中，生成黄宝石的缺陷反应式为：2NiO 2O O生成置换式的空位点缺陷。其缺陷浓度为：0.5% 0.3 %4.7 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 的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？解：（a）非化学计量化合物 Fe1-xO，是由于正离子空位，引起负离子过剩：2Fe Fe+ O2(g)2Fe + V +OOO2(g)O O + V +2h按质量作用定律，平衡常数K=由此可得V PO 1/6即：铁空位的浓度和氧分压的 1/6 次方成正比，故当周围分压增大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则 Fe1-xO 的密度也将减小。（b）非化学计量化合物 Zn1+xO，由于正离子填隙，使金属离子过剩：ZnO +2e+ O2(g)根据质量作用定律K= e 2得 PO -1/6即：间隙离子的浓度与氧分压的 1/6 次方成反比，故增大周围氧分压，间隙离子浓度减小，晶体质量减小，则 Zn1+xO 的密度也将减小。4.8 非化学计量化合物 FexO 中，Fe3+/Fe2+=0.1，求 FexO

5、中的空位浓度及 x 值。解：非化学计量化合物 FexO，可认为是 (mol)的 Fe2O3 溶入 FeO 中，缺陷反应式为：Fe2O3 2Fe + V +3OO 2 此非化学计量化合物的组成为：Fe Fe O已知：Fe 3+/Fe2+0.1则： 0.044x2+(13)10.956又：V 3+ 0.044正常格点数 N1+x 1+0.9561.956空位浓度为4.9 非化学计量氧化物 TiO2-x 的制备强烈依赖于氧分压和温度：（a）试列出其缺陷反应式。（b）求其缺陷浓度表达式。解：非化学计量氧化物 TiO2-x，其晶格缺陷属于负离子缺位而使金属离子过剩的类型。（a）缺陷反应式为：2Ti Ti?/FONT O22 + +3OOOO +2e+ O2（b）缺陷浓度表达式： V 4.10 试比较刃型位错和螺型位错的异同点。解：刃型位错和螺型位错的异同点见表 4-1 所示。表 4-1 刃型位错和螺型位错的异同点刃型位错螺型位错与柏格斯矢量的位置关系柏格斯矢量与刃性位错线垂直柏格斯矢量与螺型位错线平行位错分类刃性位错有正负之分螺形位错分为左旋和右旋位错是否引起晶体畸变和形成应力场引起晶体畸变和形成应力场，且离位错线越远，晶格畸变越小引起晶体畸变和形成应力场，且离位错线越远，晶格畸变越小位错类型只有几个原子间距的线缺陷只有几个原子间距的线缺陷

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