第三章答案
3-2略。
3-2試述位錯的基本型別及其特點。
解：位錯主要有兩種：刃型位錯和螺型位錯。
刃型位錯特點：滑移方向與位錯線垂直，符號⊥，有多餘半片原子面。螺型位錯特點：
滑移方向與位錯線平行，與位錯線垂直的面不是平面，呈螺施狀，稱螺型位錯。
3-3非化學計量化合物有何特點？為什麼非化學計量化合物都是n型或p型半導體材料？
解：非化學計量化合物的特點：非化學計量化合物產生及缺陷濃度與氣氛性質、壓力有關；可以看作是**化合物與低價化合物的固溶體；缺陷濃度與溫度有關，這點可以從平衡常數看出；非化學計量化合物都是半導體。
由於負離子缺位和間隙正離子使金屬離子過剩產生金屬離子過剩（n型）半導體，正離子缺位和間隙負離子使負離子過剩產生負離子過剩（p型）半導體。
3-4影響置換型固溶體和間隙型固溶體形成的因素有哪些？
解：影響形成置換型固溶體影響因素：（1）離子尺寸：
15%規律：1.（r1-r2）/r1>15%不連續。
2.<15%連續。3.
>40%不能形成固熔體。（2）離子價：電價相同，形成連續固熔體。
（3）晶體結構因素：基質，雜質結構相同，形成連續固熔體。（4）場強因素。
（5）電負性：差值小，形成固熔體。差值大形成化合物。
影響形成間隙型固溶體影響因素：（1）雜質質點大小：即新增的原子愈小，易形成固溶體，反之亦然。
（2）晶體（基質）結構：離子尺寸是與晶體結構的關係密切相關的，在一定程度上來說，結構中間隙的大小起了決定性的作用。一般晶體中空隙愈大，結構愈疏鬆，易形成固溶體。
（3）電價因素：外來雜質原子進人間隙時，必然引起晶體結構中電價的不平衡，這時可以通過生成空位，產生部分取代或離子的價態變化來保持電價平衡。
3-5試分析形成固溶體後對晶體性質的影響。
解：影響有：（1）穩定晶格，阻止某些晶型轉變的發生；（2）活化晶格，形成固溶體後，晶格結構有一定畸變，處於高能量的活化狀態，有利於進行化學反應；（3）固溶強化，溶質原子的溶入，使固溶體的強度、硬度公升高；（4）形成固溶體後對材料物理性質的影響：
固溶體的電學、熱學、磁學等物理性質也隨成分而連續變化，但一般都不是線性關係。固溶體的強度與硬度往往高於各組元，而塑性則較低
3-6說明下列符號的含義：vna，vna'，vcl˙，（vna'vcl˙），cak˙，caca，cai˙˙
解：鈉原子空位；鈉離子空位，帶乙個單位負電荷；氯離子空位，帶乙個單位正電荷；最鄰近的na+空位、cl-空位形成的締合中心；ca2+佔據k.位置，帶乙個單位正電荷；ca原子位於ca原子位置上；ca2+處於晶格間隙位置。
3-7寫出下列缺陷反應式：（l）nacl溶入cacl2中形成空位型固溶體；（2）cacl2溶入nacl中形成空位型固溶體；（3）nacl形成肖特基缺陷；（4）agl形成弗倫克爾缺陷（ag+進入間隙）。
解：（1）naclnaca』+clcl+vcl·
（2）cacl2cana·+2clcl+vna』
（3）ovna』+vcl·
（4）agagvag』+agi·
3-8mgo的密度是3.58g/cm3，其晶格引數是0.42nm，計算單位晶胞mgo的肖特基缺陷數。
解：設有缺陷的mgo晶胞的晶胞分子數為x，晶胞體積v=（4.20）3，x=ρvn0/m=3.96,單位晶胞的肖脫基缺陷數=4-x=0.04。
3-9mgo（nacl型結構）和li2o（反螢石型結構）均以氧的立方密堆為基礎，而且陽離子都在這種排列的間隙中，但在mgo中主要的點缺陷是肖特基缺陷，而在li2o中是弗倫克爾型，請解釋原因。
解：mg佔據四面體空隙，li佔據八面體空隙。
3-10mgo晶體的肖特基缺陷生成能為84kj/mol，計算該晶體1000k和1500k的缺陷濃度。（答：6.4×10－3，3.5×10－2）
解：n/n=exp（-e/2rt），r=8.314，t=1000k：n/n=6.4×10-3；t=1500k：n/n=3.5×10-2。
3-11非化學計量化合物fexo中，fe3+／fe2+＝0.1，求fexo中的空位濃度及x值。（答：2.25×10－5；0.956）
解：fe2o32fefe·+3oo+vfe』』
y 2y y
fe3+2yfe2+1-3yo，
x=1-y=1-0.0435=0.9565,fe0.9565o
[vfe』』]===2.22×10-2
3-12非化學計量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質、壓力大小相關，如果增大周圍氧氣的分壓．非化學計量化合物fe1-xo及zn1+xo的密度將發生怎麼樣的變化？增大還是減小？為什麼？
解：zn（g）zni·+e』
zn（g）+1/2o2=zno
zni·+e』+1/2o2zno
[zno]=[e』]
∴po2[zni·]ρ
o2（g）oo+vfe』』+2h·
k=[oo][vfe』』][h·]/po21/2=4[oo][vfe』』]3/po21/2
[vfe』』]∝po2-1/6，
∴po2[vfe』』]ρ
3-13對於刃位錯和螺位錯，區別其位錯線方向、伯氏向量和位錯運動方向的特點。
解：刃位錯：位錯線垂直於位錯線垂直於位錯運動方向；螺位錯：位錯線平行於位錯線平行於位錯運動方向。
3-14圖3-1是晶體二維圖形，內含有乙個正刃位錯和乙個負刃位錯。
（1）圍繞兩個位錯伯格斯迴路，最後得伯格斯向量若干？
（2）圍繞每個位錯分別作伯氏迴路，其結果又怎樣？
解：略。
3-15有兩個相同符號的刃位錯，在同一滑移面上相遇，它們將是排斥還是吸引？
解：排斥，張應力重疊，壓應力重疊。
3-16晶界對位錯的運動將發生怎麼樣的影響？能預計嗎？
解：晶界對位錯運動起阻礙作用。
3-17晶界有小角度晶界與大角度晶界之分，大角度晶界能用位錯的陣列來描述嗎？
解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近於無序的狀態，而位錯之間的距離可能只有1、2個原子的大小，不適用於大角度晶界。
3-18從化學組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機械混合物的差別。
以ao溶質溶解在b2o3溶劑中為例：
3-19試闡明固溶體、晶格缺陷和非化學計量化合物三者之間的異同點，列出簡明**比較。
解：固溶體、晶格缺陷、非化學計量化合物都是點缺陷，是晶體結構缺陷，都是單相均勻的固體，結構同主晶相。熱缺陷——本徵缺陷；固溶體——非本徵缺陷；
3-20在麵心立方空間點陣中，麵心位置的原子數比立方體項角位置的原子數多三倍。原子b溶入a晶格的麵心位置中，形成置換型固溶體，其成分應該是a3b呢還是a2b？為什麼？
解：略。
3-21al2o3在mgo中形成有限固溶體，在低共熔溫度1995℃時．約有18wt％al2o3溶入mgo中，假設mgo單位晶胞尺寸變化可忽略不計。試預計下列情況的密度變化。1）al3+為填隙離子；2）al3+為置換離子。
解：（a）al3+為填隙離子：
缺陷反應為： （1）
固溶式分子式：
（b）al3+為置換離子：
缺陷反應為：（2）
固溶式分子式：（3）
取100g試樣為基準：（為摩爾數）
（m為摩爾數）
∴mgo中固溶18%wt的al2o3後的分子式為：
2.035mgo·0.176al2o3或mg2.035al0.352o2.563（4）
（4）式各項除以2.563得mg0.794al0.137o（5）
由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式，
對（a）有
即（b）有
設：固溶前後晶胞體積不變，則密度變化為：
（，分別代表固溶前後密度） 所以，固溶後的密度小於固溶前的密度。
3-22對硫鐵礦進行化學分析：按分析資料的fe/s計算，得出兩種可能的成分：fe1-xs和fes1-x，前者意味著是fe空位的缺陷結構，後者是fe被置換。
設想用一種實驗方法以確定該礦物究竟屬哪一類成分？
解：fe1-xs中存在fe空位，非化學計量，存在h·p型半導體；fes1-x中金屬離子過剩，存在s2-空位，存在n型半導體；因fe1-xs、fes1-x分屬不同型別半導體，通過實驗確定其半導體性質即可。
3-23說明為什麼只有置換型固溶體的兩個組分之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則不能。
解：（1）晶體中間隙位置是有限的，容納雜質質點能力<10%；（2）間隙式固溶體的生成，一般都使晶格常數增大，增加到一定的程度，使晶格變得不穩定而離解；置換固溶體形成是同號離子交換位置，不會對接產生影響，所以可形成連續固溶體。
3-24對於mgo、al2o3和cr2o3，其正、負離子半徑比分別為0.47、0.36和0.
40，則al2o3和al2o3形成連續固溶體。（1）這個結果可能嗎？為什麼？
（2）試預計，在mgo－cr2o3系統中的固溶度是有限的還是無限的？為什麼？
解：（1）al2o3與cr2o3能形成連續固溶體，
原因：1）結構內型相同，同屬於剛玉結構。
2）（2）mgo與cr2o3的固溶度為有限
原因:結構型別不同mgo屬於nacl型結構，cr2o3屬剛玉結構。
雖然也不可能形成連續固溶體。
3-25某種nio是非化學計量的，如果nio中ni3+／ni2+＝10－4，問每1m3中有多少載流子？
解：設非化學計量化合物為nixo，
ni2o32+3+
y2yy
ni3+2yni2+1-3yoni3+/ni2+=2y/（1-3y）=10-x
則y=5×10-5，x=1-y=0.99995，ni0.99995o
每m3中有多少載流子即為空位濃度：=y/（1+x）=2.5×10-5。
3-26在mgo－al2o3和pbtio3－pbzro3中哪一對形成有限固溶體，哪一對形成無限固溶體，為什麼？
材料科學基礎第三章答案
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習題 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章答案 第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章 3 2 略。3 2試述位錯的基本型別及其特點。解 位錯主要有兩種 刃型位錯和螺型位錯。刃型位錯特點 滑移方向與位錯線垂直，符號 有多餘半片原子面。螺型...
材料科學基礎第三章
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