1、目 录第 1 章 材 料 引 言1 .1 复 习 笔 记1 .2 课 后 习 题 详 解1 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 2 章 晶 体 结 构2 .1 复 习 笔 记2 .2 课 后 习 题 详 解2 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 3 章 晶 体 结 构 缺 陷3 .1 复 习 笔 记3 .2 课 后 习 题 详 解3 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 4 章 非 晶 态 结 构 与 性 质4 .1 复 习 笔 记4 .2 课 后 习 题 详 解4 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 5 章 表 面 结 构 与 性 质5 .1 复 习 笔 记5 .2 课 后 习
2、 题 详 解5 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 6 章 相 平 衡 和 相 图6 .1 复 习 笔 记6 .2 课 后 习 题 详 解6 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 7 章 基 本 动 力 学 过 程 扩 散7 .1 复 习 笔 记7 .2 课 后 习 题 详 解7 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 8 章 材 料 中 的 相 变8 .1 复 习 笔 记8 .2 课 后 习 题 详 解8 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 9 章 材 料 制 备 中 的 固 态 反 应9 .1 复 习 笔 记9 .2 课 后 习 题 详 解9 .3 名 校 考 研 真 题 详 解
3、第 1 0 章 烧 结1 0 .1 复 习 笔 记1 0 .2 课 后 习 题 详 解1 0 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 1 1 章 腐 蚀 与 氧 化1 1 .1 复 习 笔 记1 1 .2 课 后 习 题 详 解1 1 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 1 2 章 疲 劳 与 断 裂1 2 .1 复 习 笔 记1 2 .2 课 后 习 题 详 解1 2 .3 名 校 考 研 真 题 详 解第 1 章 材 料 引 言1 .1 复 习 笔 记一 、 材 料 类 型材 料 按 其 化 学 作 用 （ 或 基 本 组 成 ） 分 为 金 属 材 料 、 无 机 非 金 属 材 料
4、 、 高分 子 材 料 （ 聚 合 物 ） 和 复 合 材 料 四 大 类 。1 金 属 材 料（ 1 ） 金 属 材 料 的 定 义金 属 材 料 是 指 由 元 素 周 期 表 中 的 金 属 元 素 组 成 的 材 料 。（ 2 ） 金 属 材 料 的 分 类 单 质单 质 是 指 由 一 种 金 属 元 素 构 成 的 纯 金 属 。 合 金合 金 是 指 由 两 种 或 两 种 以 上 的 金 属 元 素 ， 或 金 属 元 素 与 非 金 属 元 素 形 成的 具 有 金 属 特 性 的 新 物 质 。a 一 次 固 溶 体一 次 固 溶 体 ， 又 称 端 际 固 溶 体 ， 是
5、 指 当 合 金 的 晶 体 结 构 保 持 溶 剂 组 元 ，同 时 将 外 来 组 元 引 入 晶 体 结 构 ， 占 据 主 晶 相 质 点 位 置 一 部 分 或 间 隙 位 置一 部 分 后 仍 保 持 一 个 晶 相 的 合 金 。b 金 属 间 化 合 物金 属 间 化 合 物 是 指 金 属 元 素 与 其 他 金 属 元 素 或 非 金 属 元 素 之 间 形 成 的 合金 。2 无 机 非 金 属 材 料（ 1 ） 无 机 非 金 属 材 料 的 定 义无 机 非 金 属 材 料 是 指 由 硅 酸 盐 、 铝 酸 盐 、 硼 酸 盐 、 磷 酸 盐 、 锗 酸 盐 等 原
6、料 和 （ 或 ） 氧 化 物 、 氮 化 物 、 碳 化 物 、 硼 化 物 、 硫 化 物 、 硅 化 物 、 卤 化物 等 原 料 经 一 定 的 工 艺 制 备 而 成 的 材 料 ， 是 除 金 属 材 料 、 高 分 子 材 料 以外 所 有 材 料 的 总 称 。（ 2 ） 无 机 非 金 属 材 料 的 分 类 传 统 无 机 非 金 属 材 料传 统 无 机 非 金 属 材 料 是 指 由 SiO2 及 硅 酸 盐 化 合 物 为 主 要 成 分 制 成 的 材料 ， 包 括 陶 瓷 、 玻 璃 、 水 泥 和 耐 火 材 料 等 。 新 型 无 机 非 金 属 材 料新 型
7、 无 机 非 金 属 材 料 是 指 用 氧 化 物 、 氮 化 物 、 碳 化 物 、 硼 化 物 、 硫 化物 、 硅 化 物 以 及 各 种 无 机 非 金 属 化 合 物 经 特 殊 的 先 进 工 艺 制 成 的 材 料 ，主 要 包 括 先 进 陶 瓷 、 非 晶 态 材 料 、 人 工 晶 体 、 无 机 涂 层 、 无 机 纤 维 等 。3 有 机 高 分 子 材 料 （ 聚 合 物 ）（ 1 ） 高 聚 物 的 定 义高 聚 物 是 指 由 一 种 或 几 种 简 单 低 分 子 化 合 物 经 聚 合 而 组 成 的 分 子 量 很 大的 化 合 物 。（ 2 ） 高 聚
8、物 的 分 类 按 材 料 的 来 源 分 为 天 然 高 分 子 材 料 和 合 成 高 分 子 材 料 。 按 性 能 和 用 途 分 为 橡 胶 、 纤 维 、 塑 料 和 胶 粘 剂 等 。4 复 合 材 料复 合 材 料 的 分 类（ 1 ） 按 基 体 材 料 分 为 金 属 基 复 合 材 料 、 陶 瓷 基 复 合 材 料 、 水 泥 、 混 凝 土基 复 合 材 料 、 塑 料 基 复 合 材 料 、 橡 胶 基 复 合 材 料 等 。（ 2 ） 按 增 强 剂 形 状 分 为 粒 子 、 纤 维 及 层 状 复 合 材 料 。二 、 材 料 组 成 、 结 构 、 性 质
9、、 工 艺 及 其 与 环 境 的 关 系1 材 料 的 结 构 层 次（ 1 ） 原 子 及 电 子 结 构 ；（ 2 ） 原 子 的 空 间 排 列 ；（ 3 ） 组 织 结 构 或 相 结 构 。2 工 程 材 料 常 见 性 质 与 性 能材 料 性 质 （ 性 能 ） 包 括 热 学 、 力 学 、 光 学 、 电 学 、 磁 学 性 质 （ 性 能 ） 以及 化 学 性 质 （ 性 能 ） 。 加 工 方 式 加 工 工 艺金属材料铸 造 ： 砂 型 、 压 铸 、 永久 铸 型 、 熔 模 铸 造 、 连续 铸 造将 液 态 金 属 浇 入 或 注 入 固 体 模 具 中 得到
10、所 要 求 的 形 状成 型 ： 锻 造 、 拉 丝 、 深冲 、 弯 曲 一 般 在 热 状 态 下 用 高 压 力 将 尉 体 金 属变 形 成 为 所 需 的 形 状连 接 ： 气 焊 、 接 触 焊 、钎 焊 、 氩 弧 焊 、 锡 焊 、扩 散 焊采 用 液 态 金 属 、 变 形 或 高 压 、 高 温 将几 块 金 属 连 接 在 一 起机 械 加 工 ： 车 、 钻 、磨 、 切 割 用 切 削 加 工 去 掉 多 余 金 属 ， 获 得 成 品件粉 末 冶 金 先 施 加 压 力 将 金 属 粉 末 压 制 成 需 要 的形 状 ， 然 后 进 行 高 温 加 热 ， 使 微
11、 粒 连接 成 整 体陶瓷材料浇 注 ： 包 括 上 釉 将 液 体 +固 体 的 陶 瓷 泥 浆 浇 注 成 所 需 的形 状压 制 ： 挤 压 、 压 制 、 等静 压 成 形 将 固 体 陶 瓷 粉 料 或 液 体 +固 体 牯 性 陶 瓷泥 料 压 制 成 有 用 的 形 状烧 结 将 压 制 可 成 的 固 体 进 行 高 温 加 热 ， 使之 粘 连 成 块聚合物模 制 ： 注 模 法 ， 转 移 模塑 法 将 热 的 甚 至 液 态 的 聚 合 物 压 入 模 具中 ， 使 其 具 有 所 需 形 状成 形 ： 旋 压 、 挤 压 、 真空 成 形 将 受 热 的 聚 台 物 强
12、 迫 通 过 模 孔 或 包 裹在 模 胎 上 ， 以 获 得 某 种 形 状液 体 组 分 包 围 着 另 一 种 组 分 ， 以 获 得3 材 料 的 加 工 工 艺为 了 满 足 使 用 要 求 ， 材 料 必 须 进 行 适 当 的 加 工 。 加 工 制 备 过 程 对 性 能 的影 响 ， 是 通 过 对 结 构 的 改 变 实 现 的 ， 典 型 的 工 程 材 料 加 工 工 艺 如 表 1 -1 -1所 示 。表 1 -1 -1 常 见 的 材 料 加 工 工 艺复合材料铸 造 ： 包 括 渗 透 完 整 的 复 合 材 料成 形 用 强 力 迫 使 一 个 软 质 组 分
13、围 绕 复 合 材料 的 第 二 个 组 分 发 生 变 形连 接 ： 胶 粘 剂 牯 接 、 爆炸 连 接 、 扩 散 连 接 通 过 胶 接 、 变 形 或 高 温 过 程 将 两 种 组分 连 接 在 一 起压 制 和 烧 结 将 粉 末 状 组 分 压 制 成 形 ， 然 后 加 热 使粉 末 连 接 在 一 起4 材 料 性 能 的 环 境 效 应（ 1 ） 温 度 ；（ 2 ） 氧 或 其 他 气 体 环 境 ；（ 3 ） 腐 蚀 性 介 质 化 学 侵 蚀 ；（ 4 ） 辐 射 ；（ 5 ） 重 力 环 境 。三 、 材 料 的 选 择选 用 材 料 的 时 候 应 该 遵 循
14、使 用 性 能 、 工 艺 性 能 、 经 济 性 及 环 境 协 调 性 原则 。1 使 用 性 能 原 则使 用 性 能 原 则 是 指 使 用 性 能 是 材 料 在 使 用 过 程 中 ， 能 够 安 全 可 靠 地 工 作所 必 需 具 备 的 性 能 ， 包 含 材 料 的 力 学 性 能 、 物 理 性 能 和 化 学 性 能 。2 工 艺 性 能 原 则工 艺 性 能 是 指 材 料 在 不 同 的 制 造 工 艺 条 件 下 所 表 现 出 的 承 受 加 工 的 能力 。3 经 济 性 选 材 原 则在 满 足 器 件 性 能 要 求 前 提 下 ， 选 材 时 应 考 虑
15、 材 料 的 价 格 、 加 工 费 用 和 国家 资 源 等 情 况 ， 以 降 低 产 品 成 本 。4 环 境 协 调 性 原 则（ 1 ） 原 材 料 获 取 、 材 料 制 备 与 加 工 、 材 料 服 役 以 及 材 料 废 弃 等 材 料 循 环周 期 内 ， 必 须 考 虑 环 境 负 荷 及 环 境 协 调 性 。（ 2 ） 原 材 料 开 采 对 资 源 造 成 的 破 坏 应 该 降 到 最 低 程 度 ， 废 弃 材 料 应 该 最大 限 度 地 回 收 利 用 并 进 入 材 料 的 再 循 环 圈 。1 .2 课 后 习 题 详 解1 .1 仔 细 观 察 一 下
16、 白 炽 灯 泡 ， 会 发 现 有 多 少 种 不 同 的 材 料 ？ 每 种 材 料 需要 何 种 热 学 、 电 学 性 质 ？答 ： （ 1 ） 构 成 白 炽 灯 的 材 料 有 两 种 ， 分 别 为 玻 璃 材 料 和 金 属 材 料 。（ 2 ） 白 炽 灯 中 的 玻 璃 材 料 需 要 有 很 好 的 热 容 性 耐 高 温 性 ， 而 且 热 膨 胀 系数 要 小 ；白 炽 灯 中 的 金 属 材 料 主 要 有 灯 丝 和 金 属 接 口 ， 灯 丝 需 要 耐 高 温 且 熔 点高 ， 接 口 处 的 金 属 需 要 有 很 好 的 导 电 性 。1 .2 为 什 么
17、 金 属 具 有 良 好 的 导 电 性 和 导 热 性 ？答 ： 金 属 具 有 良 好 的 导 电 性 和 导 热 性 的 原 因 为 ： 金 属 中 有 大 量 可 以 自 由移 动 的 电 子 。 自 由 电 子 对 电 流 的 阻 碍 作 用 弱 ， 所 以 金 属 有 良 好 的 导 电性 ； 自 由 电 子 可 以 传 递 热 量 ， 所 以 金 属 有 良 好 的 导 热 性 。1 .3 为 什 么 陶 瓷 、 聚 合 物 通 常 是 绝 缘 体 ？答 ： 陶 瓷 、 聚 合 物 通 常 是 绝 缘 体 是 因 为 在 陶 瓷 和 聚 合 物 中 电 子 或 者 离 子都 被
18、严 重 地 束 缚 ， 没 有 可 以 自 由 流 动 的 电 子 和 传 递 电 子 的 离 子 ， 所 以 它们 通 常 是 绝 缘 体 。1 .4 铝 原 子 的 质 量 是 多 少 ？ 若 铝 的 密 度 2 .7 g /cm3 ， 计 算 1 mm3 中 有 多 少 原更多各类考试资料 v：344647 公众号：顺通考试资料 子 ？答 ： （ 1 ） 铝 的 相 对 原 子 质 量 为 2 7 /mo l， 铝 为 面 心 立 方 结 构 ， 每 个 晶胞 中 有 个 铝 原 子 ， 则 铝 原 子 的 质 量 为 2 7 4 .4 8 2 1 0 -2 6 k g（ 2 ） 1 m
19、m3 中 铝 的 质 量 为 m， 由 m/V得m V 2 .7 1 0 3 1 1 0 3 2 .7 1 0 6 k g1 mm3 中 铝 原 子 的 数 量 为n 2 .7 1 0 6 /4 .4 8 2 1 0 2 6 6 .0 2 1 0 1 91 .5 为 了 防 止 碰 撞 造 成 扭 折 ， 汽 车 的 挡 板 可 由 装 甲 制 造 ， 但 实 际 应 用 中为 何 不 如 此 设 计 ？ 说 出 至 少 三 种 理 由 。答 ： 实 际 应 用 中 不 用 装 甲 制 造 汽 车 挡 板 的 理 由 有 ：（ 1 ） 用 装 甲 制 造 汽 车 的 挡 板 成 本 太 高 ，
20、 不 符 合 经 济 型 选 材 原 则 ；（ 2 ） 用 装 甲 制 造 汽 车 挡 板 工 艺 复 杂 ， 不 符 合 工 艺 性 能 原 则 ；（ 3 ） 用 装 甲 制 造 汽 车 挡 板 耗 能 耗 材 大 ， 不 符 合 环 境 协 调 性 原 则 。1 .6 描 述 不 同 材 料 常 用 的 加 工 方 法 。答 ： 不 同 材 料 常 用 的 加 工 方 法 如 下 ：（ ） 金 属 材 料 常 用 的 加 工 方 法 有 铸 造 、 成 型 、 连 接 、 机 械 加 工 和 冶 金粉 末 ；（ ） 陶 瓷 材 料 常 用 的 加 工 方 法 有 浇 注 、 压 制 和 烧
21、 结 ；（ ） 聚 合 物 常 用 的 加 工 方 法 有 模 制 和 成 型 ；（ ） 复 合 材 料 常 用 的 加 工 方 法 有 铸 造 、 成 型 、 连 接 、 压 制 和 烧 结 。1 .7 叙 述 金 属 材 料 的 类 型 及 其 分 类 依 据 。答 ： 金 属 材 料 的 类 型 及 其 分 类 依 据 为 ：（ ） 由 一 种 金 属 元 素 构 成 的 单 质 （ 纯 金 属 ） ；（ ） 由 两 种 或 两 种 以 上 的 金 属 元 素 或 金 属 与 非 金 属 元 素 构 成 的 合 金 。合 金 又 可 分 为 固 溶 体 和 金 属 间 化 合 物 。1
22、.8 试 将 下 列 材 料 按 金 属 、 陶 瓷 、 聚 合 物 或 复 合 材 料 进 行 分 类 ：黄 铜 钢 筋 混 凝 土 橡 胶 氯 化 钠 铅 -锡 焊 料 沥 青 环 氧 树 脂 镁 合 金 碳化 硅 混 凝 土 石 墨 玻 璃 钢答 ： 金 属 ： 黄 铜 ， 铅 -锡 焊 料 ， 镁 合 金 ；陶 瓷 ： 碳 化 硅 ；聚 合 物 ： 橡 胶 沥 青 ， 环 氧 树 脂 ；复 合 材 料 ： 钢 筋 混 凝 土 ， 玻 璃 钢 。1 .9 Al2 O3 陶 瓷 既 牢 固 又 坚 硬 且 耐 磨 ， 为 什 么 不 用 Al2 O3 制 造 铁 锤 ？答 ： 不 用 Al
23、2 O3 制 造 铁 锤 的 原 因 为 ： 材 料 的 选 择 不 仅 要 符 合 它 的 使 用 性能 原 则 ， 而 且 要 兼 顾 它 的 工 艺 性 能 原 则 和 经 济 性 原 则 ， 相 比 金 属 材 料 ，Al2 O3 制 造 铁 锤 的 工 艺 复 杂 ， 而 且 生 产 成 本 很 高 ， 所 以 不 用 Al2 O3 制 造 铁锤 。1 .3 名 校 考 研 真 题 详 解一 、 填 空 题按 照 材 料 的 化 学 组 成 ， 可 以 将 材 料 分 为 ， ， 和 四 大 类 。 华中 科 技 大 学 2 0 0 7 研 无 机 非 金 属 材 料 ； 金 属 材
24、 料 ； 高 分 子 材 料 ； 复 合 材 料【 答 案 】无 机 非 金 属 材 料 主 要 是 某 些 元 素 的 氧 化 物 、 碳 化 物 、 卤 化 物 、硼 化 物 以 及 硅 酸 盐 、 铝 酸 盐 、 磷 酸 盐 、 硼 酸 盐 等 组 成 的 材 料 ； 金 属 材 料基 本 都 是 合 金 、 掺 杂 改 变 金 属 性 能 ； 高 分 子 材 料 是 起 步 最 晚 ， 但 发 展 最快 的 一 种 材 料 ， 主 要 是 以 高 分 子 化 合 物 为 基 础 的 材 料 ； 复 合 材 料 由 两 种或 多 种 材 料 复 合 而 成 ， 不 再 是 单 一 的 一
25、 种 材 料 ， 通 常 具 有 很 好 的 性 能 和广 泛 的 应 用 。【 解 析 】二 、 选 择 题1 最 难 以 形 成 非 晶 态 结 构 的 是 （ ） 。 上 海 交 通 大 学 2 0 0 5 研 A 陶 瓷B 金 属C 聚 合 物B【 答 案 】因 为 金 属 结 构 简 单 ， 难 以 阻 止 其 结 晶 过 程 ， 所 以 金 属 为 一 般 为晶 态 ， 只 有 在 急 速 冷 却 的 条 件 下 ， 才 可 以 形 成 非 晶 态 。 而 聚 合 物 结 构 复杂 ， 最 易 形 成 非 晶 态 。【 解 析 】2 碳 化 硅 材 料 的 硬 度 （ ） 中 国
26、科 学 技 术 大 学 2 0 1 0 研 A 比 金 刚 石 大B 比 石 英 大C 比 Al2 O3 小B【 答 案 】碳 化 硅 材 料 的 硬 度 介 于 刚 玉 和 金 刚 石 之 间 ， 机 械 强 度 大 于 刚玉 ， 小 于 金 刚 石 ， 大 于 石 英 。 硅 氧 键 的 键 长 大 于 硅 碳 键 ， 所 以 硅 氧 键 的键 能 小 于 硅 碳 键 ， 因 而 碳 化 硅 材 料 的 硬 度 大 于 石 英 。【 解 析 】3 在 金 属 、 陶 瓷 和 高 分 子 中 最 易 结 晶 的 是 （ ） 。 上 海 交 通 大 学2 0 0 7 研 A 高 分 子B 陶
27、瓷C 金 属C【 答 案 】金 属 的 流 动 性 最 好 ， 导 热 系 数 高 ， 易 于 形 核 ， 而 且 由 于 其 结 构简 单 ， 容 易 形 成 有 序 结 构 ， 因 此 金 属 最 易 结 晶 。【 解 析 】第 2 章 晶 体 结 构2 .1 复 习 笔 记一 、 结 晶 学 基 础1 空 间 点 阵（ 1 ） 晶 体 的 定 义晶 体 是 指 由 离 子 、 原 子 或 分 子 按 一 定 的 空 间 结 构 排 列 所 组 成 的 固 体 。（ 2 ） 晶 体 的 特 点 晶 体 的 质 点 在 空 间 的 分 布 具 有 周 期 性 和 对 称 性 ； 晶 体 具
28、有 规 则 的 外 形 。（ 2 ） 选 取 结 晶 学 单 元 的 条 件 单 元 应 能 充 分 表 示 出 晶 体 的 对 称 性 ； 单 元 的 三 条 相 交 边 棱 应 尽 可 能 相 等 ， 或 相 等 的 数 目 尽 可 能 地 多 ； 单 元 的 三 棱 边 的 夹 角 要 尽 可 能 地 构 成 直 角 ； 单 元 的 体 积 应 尽 可 能 地 小 。（ 3 ） 布 拉 菲 点 阵 结 构 特 征布 拉 菲 点 阵 结 构 的 特 征 如 图 表 2 -1 -1 所 示 。表 2 -1 -1 布 拉 菲 点 阵 结 构 特 征2 结 晶 学 指 数（ 1 ） 晶 面晶 面
29、 是 指 在 晶 体 点 阵 中 可 在 任 一 方 向 上 分 解 为 相 互 平 行 的 结 点 平 面 。（ 2 ） 晶 面 指 数晶 面 指 数 是 指 在 结 晶 学 中 用 来 表 示 一 组 平 行 晶 面 的 指 数 ， 用 （ h k l） 表示 。（ 3 ） 晶 面 族晶 面 族 是 指 在 对 称 性 高 的 晶 体 中 ， 原 子 排 列 状 况 相 同 且 并 不 平 行 的 两 组以 上 的 晶 面 。（ 4 ） 晶 面 族 指 数晶 面 族 指 数 是 指 晶 面 族 中 最 简 便 的 晶 面 指 数 ， 用 符 号 h k l表 示 。（ 5 ） 晶 向 指
30、数晶 向 指 数 是 指 结 晶 学 中 用 来 表 示 晶 体 点 阵 方 向 的 指 数 ， 用 u v w表 示 。（ 6 ） 晶 向 族 指 数晶 向 族 指 数 是 指 晶 体 中 原 子 排 列 周 期 相 同 的 所 有 晶 向 为 一 个 晶 向 族 ， 用3 0 时 ， 溶 质 与 溶 剂 之 间 很 难 或 不 能 形 成 固 溶 体 ， 而 容 易 形 成中 间 相 或 化 合 物 。因 此 ， r愈 大 则 溶 解 度 愈 小 。（ 2 ） 晶 体 结 构 类 型 的 影 响 溶 质 与 溶 剂 晶 体 结 构 类 型 相 同 ， 是 形 成 连 续 固 溶 体 的 必
31、 要 条 件 ； 两 种 结 构 相 同 且 r1 5 是 形 成 连 续 固 溶 体 的 充 分 必 要 条 件 。（ 3 ） 离 子 类 型 和 键 性相 互 置 换 离 子 的 外 层 电 子 构 型 相 同 ， 容 易 形 成 固 溶 体 。（ 4 ） 电 价 因 素形 成 固 溶 体 时 ， 离 子 间 可 以 等 价 置 换 也 可 以 不 等 价 置 换 。 为 了 保 持 形 成固 溶 体 的 电 中 性 ， 不 等 价 置 换 不 易 形 成 连 续 固 溶 体 。4 间 隙 型 固 溶 体（ 1 ） 间 隙 型 固 溶 体 的 定 义间 隙 型 固 溶 体 是 指 外 来
32、杂 质 原 子 进 入 晶 体 的 间 隙 位 置 时 生 成 的 固 溶 体 。（ 2 ） 形 成 间 隙 型 固 溶 体 的 条 件 杂 质 质 点 大 小添 加 的 原 子 愈 小 ， 易 形 成 固 溶 体 。 晶 体 （ 基 质 ） 结 构基 质 晶 体 中 空 隙 愈 大 ， 结 构 愈 疏 松 ， 易 形 成 固 溶 体 。 电 价 因 素形 成 固 溶 体 时 ， 离 子 间 可 以 等 价 置 换 也 可 以 不 等 价 置 换 。 为 了 保 持 形 成固 溶 体 的 电 中 性 ， 不 等 价 置 换 不 易 形 成 连 续 固 溶 体 。5 形 成 固 溶 体 对 晶
33、体 性 质 影 响（ 1 ） 稳 定 晶 格 ， 阻 止 晶 型 转 变 的 发 生 ；（ 2 ） 活 化 晶 格 ；（ 3 ） 固 溶 强 化 ；（ 4 ） 固 溶 体 对 材 料 物 理 性 质 的 影 响 。六 、 非 化 学 计 量 化 合 物1 非 化 学 计 量 化 合 物 定 义非 化 学 计 量 化 合 物 是 指 一 些 化 合 物 并 不 符 合 定 比 定 律 ， 其 中 负 离 子 与 正离 子 的 比 例 并 不 是 固 定 的 比 例 关 系 。2 非 化 学 计 量 化 合 物 特 点（ 1 ） 非 化 学 计 量 化 合 物 的 产 生 及 其 缺 陷 浓 度
34、与 气 氛 性 质 、 分 压 大 小 有关 ；（ 2 ） 非 化 学 计 量 化 合 物 可 以 看 作 是 高 价 化 合 物 与 低 价 化 合 物 的 固 溶 体 ，即 不 等 价 置 换 是 发 生 在 同 一 种 离 子 中 的 高 价 态 与 低 价 态 间 的 相 互 置 换 ；（ 3 ） 缺 陷 浓 度 与 温 度 有 关 ；（ 4 ） 非 化 学 计 量 化 合 物 都 是 半 导 体 ， 半 导 体 材 料 分 掺 杂 半 导 体 和 非 化 学计 量 化 合 物 半 导 体 两 大 类 。3 非 化 学 计 量 化 合 物 缺 陷 反 应 方 程 式 的 书 写（ 1
35、） 由 于 负 离 子 缺 位 ， 使 金 属 离 子 过 剩TiO2 、 ZrO2 中 会 产 生 这 种 缺 陷 ， 它 们 的 分 子 式 可 写 为 。 由于 氧 离 子 不 足 ， 在 晶 体 中 存 在 氧 空 位 ， 使 得 金 属 离 子 与 化 学 计 量 比 较 起来 显 得 过 剩 。 反 应 如 下根 据 缺 陷 反 应 方 程 式 ， 平 衡 时因 此 有所 以 TiO2 的 非 化 学 计 量 半 导 体 的 电 导 率 随 氧 分 压 升 高 而 降 低 ， 通 过 控 制氧 分 压 就 可 控 制 材 料 的 电 导 率 。（ 2 ） 由 于 间 隙 正 离 子
36、 ， 使 金 属 离 子 过 剩和 属 于 这 种 类 型 。 过 剩 的 金 属 离 子 进 入 间 隙 位 置 ， 它 是 带 正电 的 ， 为 了 保 持 电 中 性 ， 等 价 的 电 子 被 束 缚 在 间 隙 金 属 离 子 的 周 围 ， 这也 是 一 种 色 心 。 反 应 如 下按 质 量 作 用 定 律间 隙 锌 离 子 的 浓 度 与 锌 蒸 汽 压 的 关 系 为（ 3 ） 由 于 间 隙 负 离 子 ， 使 负 离 子 过 剩具 有 这 样 的 缺 陷 ， 可 以 看 作 U2 O8 在 UO2 中 的 固 溶 体 。 反 应 如 下根 据 质 量 作 用 定 律由
37、于 由 此 可 得随 着 氧 压 力 的 增 大 ， 间 隙 氧 的 浓 度 增 大 ， 这 种 类 型 的 缺 陷 化 合 物 是 P型半 导 体 。（ 4 ） 由 于 正 离 子 缺 位 ， 使 负 离 子 过 剩Cu 2 O、 FeO中 存 在 这 种 缺 陷 。 以 FeO为 例 ， 缺 陷 反 应 如 下根 据 质 量 作 用 定 律由 于 由 此 可 得即 随 着 氧 分 压 的 增 大 ， 电 子 空 穴 浓 度 增 大 ， 电 导 率 也 相 应 增 大 。3 .2 课 后 习 题 详 解3 .1 解 释 下 列 基 本 概 念 ；结 构 缺 陷 、 点 缺 陷 、 线 缺 陷
38、 、 面 缺 陷 、 固 溶 体 （ 置 换 型 和 间 隙 型 固 溶体 ） 、 非 化 学 计 量 缺 陷 、 色 心 。答 ： （ 1 ） 结 构 缺 陷 是 指 晶 体 点 阵 结 构 中 周 期 性 势 场 的 畸 变 。（ 2 ） 点 缺 陷 是 指 是 指 缺 陷 尺 寸 处 于 原 子 大 小 的 数 量 级 上 ， 即 三 维 方 向 上缺 陷 的 尺 寸 都 很 小 ， 包 括 空 位 、 间 隙 质 点 、 杂 质 质 点 和 色 心 等 。（ 3 ） 线 缺 陷 是 指 是 指 在 一 维 方 向 上 偏 离 理 想 晶 体 中 的 周 期 性 、 规 则 性 排列 所
39、 产 生 的 缺 陷 。（ 4 ） 面 缺 陷 是 指 是 指 在 二 维 方 向 上 偏 离 理 想 晶 体 中 的 周 期 性 、 规 则 性 排列 而 产 生 的 缺 陷 。（ 5 ） 固 溶 体 是 指 外 来 组 元 引 入 晶 体 结 构 ， 占 据 基 质 晶 体 质 点 位 置 或 间 隙位 置 的 一 部 分 ， 仍 保 持 一 个 晶 相 的 晶 体 ， 有 置 换 型 和 间 隙 型 固 溶 体 两类 。 置 换 型 固 溶 体 是 指 溶 质 原 子 位 于 点 阵 结 点 上 ， 替 代 （ 置 换 ） 了 部 分 溶剂 原 子 而 形 成 的 固 溶 体 。 间 隙
40、 型 固 溶 体 是 指 其 溶 质 原 子 位 于 点 阵 的 间 隙 中 而 形 成 的 固 溶 体 。（ 6 ） 非 化 学 计 量 缺 陷 是 指 组 成 上 偏 离 化 学 中 的 定 比 定 律 所 形 成 的 缺 陷 ，它 是 由 基 质 晶 体 与 介 质 晶 体 的 某 些 组 分 发 生 交 换 而 产 生 的 。（ 7 ） 色 心 是 指 由 于 电 子 补 偿 而 引 起 的 缺 陷 。3 .2 试 述 位 错 的 基 本 类 型 及 其 特 点 。答 :（ 1 ） 位 错 的 基 本 类 型位 错 的 基 本 类 型 包 括 刃 型 位 错 和 螺 型 位 错 。（
41、2 ） 位 错 的 特 点 刃 位 错 的 特 点滑 移 方 向 与 位 错 线 垂 直 ， 滑 移 面 上 部 位 错 线 周 围 原 子 受 压 应 力 作 用 ， 原子 间 距 小 于 正 常 晶 格 间 距 ， 滑 移 面 下 部 位 错 线 周 围 原 子 受 张 应 力 作 用 ，原 子 间 距 大 于 正 常 晶 格 间 距 。 螺 型 位 错 特 点滑 移 方 向 与 位 错 线 平 行 ， 与 位 错 线 垂 直 的 面 不 是 平 面 ， 呈 螺 施 状 。3 .3 非 化 学 计 量 化 合 物 有 何 特 点 ？ 为 什 么 非 化 学 计 量 化 合 物 都 是 n
42、型 或 P型 半 导 体 材 料 ？答 ： （ 1 ） 非 化 学 计 量 化 合 物 的 特 点 非 化 学 计 量 化 合 物 产 生 及 缺 陷 浓 度 与 气 氛 性 质 、 压 力 有 关 ； 可 以 看 作 是 高 价 化 合 物 与 低 价 化 合 物 的 固 溶 体 ； 缺 陷 浓 度 与 温 度 有 关 ， 可 以 从 平 衡 常 数 看 出 。（ 2 ） 非 化 学 计 量 化 合 物 都 是 n 型 或 P型 半 导 体 材 料 的 原 因非 化 学 计 量 化 合 物 都 是 半 导 体 ， 由 于 负 离 子 缺 位 和 间 隙 正 离 子 使 金 属 离子 过 剩
43、产 生 金 属 离 子 过 剩 （ n 型 ） 半 导 体 ， 正 离 子 缺 位 和 间 隙 负 离 子 使负 离 子 过 剩 产 生 负 离 子 过 剩 （ p 型 ） 半 导 体 。3 .4 影 响 置 换 型 固 溶 体 和 间 隙 型 固 溶 体 形 成 的 因 素 有 哪 些 ？答 ： （ 1 ） 影 响 置 换 型 固 溶 体 形 成 的 因 素 原 子 或 离 子 尺 寸 的 影 响 ； 晶 体 结 构 类 型 的 影 响 ； 离 子 类 型 和 键 性 ； 电 价 因 素 。（ 2 ） 影 响 间 隙 性 固 溶 体 形 成 的 因 素 杂 质 质 点 大 小 ； 晶 体 （
44、 基 质 ） 结 构 ； 电 价 因 素 。3 .5 试 分 析 形 成 固 溶 体 后 对 晶 体 性 质 的 影 响 。答 ： 形 成 固 溶 体 后 对 晶 体 性 质 的 影 响 主 要 有 以 下 几 个 方 面 ：（ 1 ） 稳 定 晶 格 ， 阻 止 某 些 晶 型 转 变 的 发 生 ；（ 2 ） 活 化 晶 格 ， 形 成 固 溶 体 后 ， 晶 格 结 构 有 一 定 畸 变 ， 处 于 高 能 量 的 活化 状 态 ， 有 利 于 进 行 化 学 反 应 ；（ 3 ） 固 溶 强 化 ， 溶 质 原 子 的 溶 入 ， 使 固 溶 体 的 强 度 、 硬 度 升 高 ；（
45、 4 ） 影 响 材 料 的 物 理 性 质 ， 如 固 溶 体 的 电 学 、 热 学 、 磁 学 等 物 理 性 质 随成 分 而 连 续 变 化 ， 但 一 般 都 不 是 线 性 关 系 。 固 溶 体 的 强 度 与 硬 度 往 往 高于 各 组 元 ， 而 塑 性 则 较 低 。3 .6 说 明 下 列 符 号 的 含 义 ：答 ： （ 1 ） 表 示 钠 原 子 空 位 。（ 2 ） 表 示 钠 离 子 空 位 ， 带 一 个 单 位 负 电 荷 。（ 3 ） 表 示 氯 离 子 空 位 ， 带 一 个 单 位 正 电 荷 。（ 4 ） 表 示 最 邻 近 的 Na 空 位 、
46、Cl 空 位 形 成 的 缔 合 中 心 。（ 5 ） 表 示 Ca2 占 据 K离 子 的 位 置 ， 带 一 个 单 位 正 电 荷 。（ 6 ） 表 示 Ca原 子 位 于 Ca原 子 位 置 上 。（ 7 ） 表 示 Ca2 处 于 晶 格 间 隙 位 置 。3 .7 写 出 下 列 缺 陷 反 应 式 ：（ 1 ） NaCl溶 入 CaCl2 中 形 成 空 位 型 固 溶 体 ；（ 2 ） CaCl2 溶 入 NaCl中 形 成 空 位 型 固 溶 体 ；（ 3 ） NaCl形 成 肖 特 基 缺 陷 ；（ 4 ） Ag I形 成 弗 伦 克 尔 缺 陷 （ Ag +进 入 间 隙
47、 ） 。答 ： （ 1 ） NaCl溶 入 CaCl2 中 形 成 空 位 型 固 溶 体 的 反 应 式NaClCaCl2 NaCa ClCl VCl （ 2 ） CaCl2 溶 入 NaCl中 形 成 空 位 型 固 溶 体 的 反 应 式（ 3 ） NaCl形 成 肖 特 基 缺 陷 的 反 应 式（ 4 ） Ag I形 成 弗 伦 克 尔 缺 陷 的 反 应 式3 .8 Mg O的 密 度 是 3 .5 8 g /cm3 ， 其 晶 格 参 数 是 0 .4 2 n m， 计 算 单 位 晶 胞 Mg O的 肖 特 基 缺 陷 数 。解 ： 设 单 个 晶 胞 内 Mg O的 分 子
48、数 为 N， 则N VN0 /M 式 中 V （ 4 .2 0 n m） 3 ， 3 .5 8 g /cm3 ， N0 6 .0 2 1 0 2 3 ， M 4 0 g /mo l。将 其 代 入 式 得N 3 .9 6晶 胞 分 子 数 Z 4 ， 故单 位 晶 胞 的 肖 脱 基 缺 陷 数 4 x 0 .0 43 .9 Mg O（ NaCl型 结 构 ） 和 Li2 O（ 反 萤 石 型 结 构 ） 均 以 氧 的 立 方 密 堆 为基 础 ， 而 且 阳 离 子 都 在 这 种 排 列 的 间 隙 中 。 但 在 Mg O中 主 要 的 点 缺 陷 是肖 特 基 缺 陷 ， 而 在 L
49、i2 O中 是 弗 伦 克 尔 型 。解 ： （ 1 ） Mg O中 主 要 的 点 缺 陷 是 肖 特 基 缺 陷 的 原 因 为 ： NaCl型 结 构 中的 八 面 体 空 隙 全 部 占 满 ， 只 有 四 面 体 空 着 ， 故 易 形 成 肖 特 基 缺 陷 。（ 2 ） Li2 O的 点 缺 陷 主 要 是 是 弗 伦 克 尔 型 的 原 因 为 ： 在 反 萤 石 结 构 中 的 八面 体 空 隙 全 部 空 着 ， 很 容 易 形 成 弗 伦 克 尔 缺 陷 。3 .1 0 （ a） Mg O晶 体 中 ， 肖 特 基 缺 陷 的 生 成 能 为 6 eV， 计 算 在 2
50、5 和1 6 0 0 时 热 缺 陷 的 浓 度 。 （ b ） 如 果 Mg O晶 体 中 ， 含 有 1 0 -6 mo l的 Al2 O3杂 质 ， 则 在 1 6 0 0 时 ， Mg O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） 由 题 意OVMg V0G RTln K所 以ln K G/RT， ；所 以 在 2 5 时 缺 陷 的 浓 度 为 1 6 0 0 时 的 缺 陷 浓 度 为（ b ） 此 时 杂 质 缺 陷 有 以 下 3 种 情 况 ： ； ； 。在 1 6 0 0 时 ， 含 有 1 0 6 mo
