厦门大学 材料科学基础（二） 第五章-1 固溶体和非化学计量化合物.ppt

第五章固溶体和非化学计量化合物
固溶体的定义
定义:固溶体是指一种组元(组分)因“溶解”了其他组元而形成的单相晶态固体。
固溶体和主晶体的区别?
主晶体一般可以是单组元,而固溶体一定是多组元。
固溶体的晶体结构常发生局部畸变,其性质也可以不同于主晶体。
固溶体和机械混合物的区别?
固溶体是以原子尺度相混合,是单相均匀的。
机械混合不是均匀的单相而是多相。
固溶体和(化学计量)化合物的区别?
A和B两组元形成固溶体时,A和B之间并不存在确定的物质的量比,而形成化学计量化合物AmBn时,A和B按确定的物质的量比值(m∶n)化合。
固溶体的晶体结构对称性和主晶体保持一致,而化合物的晶体结构常与纯组分的不同。
固溶体的组成可改变,其性质也会随之而发生变化,而化学计量化合物,它的组成和性质是一定的。
固溶体的分类
按溶质原子(或离子)在固溶体中的位置划分
置换型固溶体
溶质的质点进入主晶体中正常结点位置。
例子:(Al2-yCry)O3,其中0<y<2
置换可以是等价置换,也可以是不等价的置换。
填隙型固溶体
溶质的质点进入溶剂晶格的间隙位置。
例子:碳在铁中形成间隙型固溶体。
按溶质在主晶体中的溶解度(固溶度)划分
连续固溶体
溶质和主晶体可以按任意比例无限制地相互溶解。
例子:Mg1- xNixO
不连续固溶体
溶质原子在主晶体中的溶解度是有限的。
例子:MgO–CaO系统
固溶反应的书写原则
Al2O3掺杂到SrTiO3
固溶反应式的几种可能的写法
影响置换型固溶体固溶度的因素
影响固溶度的因素之一:离子尺寸
15%规律:
<15%,有可能形成连续固溶体。
15-30%,可以形成有限固溶体。
>30%,固溶度很小或可忽略。
R1和R2分别代表大离子和小离子的半径
15%规律是生成连续固溶体的必要条件。
系统
离子
半径
/10–11m
半径差
/10–11m
/%
固溶情况
MgO–NiO
Mg2+
Ni2+




生成连续固溶体
NiO–CaO
Ca2+



生成有限固溶体
MgO–BeO
Be2+



生成很有限固溶体
BeO–CaO


固溶度可忽略,相图中出现1个中间化合物
BaO–BeO
Ba2+



不互溶,相图中有3个中间化合物
离子尺寸差值对固溶度的影响
表示离子尺寸差值对固溶度影响的4个二元系统相图
15%规律还应考虑具体的晶体结构。
理想的钙钛矿结构
(ABO3 )
PbTiO3和PbZrO3形成连续固溶体:PbZrxTi1-xO3
rA为处于A位离子的半径,rB为B位离子半径,rO为氧离子半径。t为钙钛矿型结构的宽容系数或容差因子。