文档介绍：固溶体
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,仍保持一个晶相,这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体),也称为固体溶液。
一、固溶体的分类
二、置换型固溶体
三、间隙型固溶体
四、形成固溶体后对晶体性质的影响
五、固溶体的研究方法
一、固溶体的分类
(一)、根据外来组元在主晶相中所处位置,可分为置换固溶体和间隙固溶体。
(二)、按外来组元在主晶相中的固溶度,可分为连续型(无限型)固溶体和有限型固溶体。
(一)、根据溶质原子在主晶相中所处位置可分为:
1、置换式固溶体,亦称替代固溶体,其溶质原子位于点阵结点上,替代(置换)了部分溶剂原子。
金属和金属形成的固溶体都是置换式的。如,Cu-Zn系中的α和η固溶体都是置换式固溶体。
在金属氧化物中,主要发生在金属离子位置上的置换,如:MgO-CaO,MgO-CoO,PbZrO3-PbTiO3,Al2O3-Cr2O3等。
2、间隙式固溶体,亦称填隙式固溶体,其溶质原子位于点阵的间隙中。
金属和非金属元素H、B、C、N等形成的固溶体都是间隙式的。如,在Fe-C系的α固溶体中,点阵的八面体间隙中。
(二)、根据外来组元在主晶相中的固溶度
1、有限固溶体(不连续固溶体、部分互溶固溶体),其固溶度小于100%。
两种晶体结构不同或相互取代的离子半径差别较大,只能生成有限固溶体。如MgO-CaO系统,虽然都是NaCl型结构,但阳离子半径相差较大,rMg2+=,rCa2+=,取代只能到一定限度。
2、无限固溶体(连续固溶体、完全互溶固溶体),是由两个(或多个)晶体机构相同的组元形成的,任一组元的成分范围均为0~100%。
Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、Ti-Zr系等在室温下都能无限互溶,形成连续固溶体。
MgO-CoO系统,MgO、CoO同属NaCl型结构,rCo2+=,rMg2+=,形成无限固溶体,分子式可写为MgxNi1-xO,x=0~1;
PbTiO3与PbZrO3也可形成无限固溶体,分子式写成:Pb(ZrxTi1-x)O3,x=0~1。
二、置换型固溶体
(一)、形成置换固溶体的影响因素
1. 原子或离子尺寸的影响-Hume- Rothery经验规则
2、晶体结构类型的影响
3、离子类型和键性
4、电价因素
1. 原子或离子尺寸的影响-Hume-Rothery经验规则
以r1和r2分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相)或溶质(杂质)原子(或离子)的半径,
当时,溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体。
当时,溶质与溶剂之间只能形成有限型固溶体,
当时,溶质与溶剂之间很难形成固溶体或不能形成固溶体,而容易形成中间相或化合物。因此Δr愈大,则溶解度愈小。
这是形成连续固溶体的必要条件,而不是充分必要条件。
2、晶体结构类型的影响
若溶质与溶剂晶体结构类型相同,能形成连续固溶体,这也是形成连续固溶体的必要条件,而不是充分必要条件。
NiO-MgO都具有面心立方结构,且Δr<15%,可形成连续固溶体;
MgO-CaO两两结构不同,只能形成有限型固溶体或不形成固溶体。
3、离子类型和键性
化学键性质相近,即取代前后离子周围离子间键性相近,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。
在硅酸盐晶体中,常发生复合离子的等价置换,如Na++Si4+ =Ca2++Al3+,使钙长石Ca[Al2Si2O6]和钠长石Na[AlSi3O8]能形成连续固溶体。又如,Ca2+=2Na+,Ba2+=2K+常出现在沸石矿物中。