习题：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试述位错的基本类型及其特点。
解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。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，称螺型位错。
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型或p型半导体材料？ 解：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，这点可以从平衡常数看出；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？
解：影响形成置换型固溶体影响因素： （1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。2.<15%连续。3.>40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。 （ 3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。
影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。 3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。
解：影响有：（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；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，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：VNa，VNa'，VCl˙，（VNa'VCl˙），CaK˙，CaCa，Ca i˙˙
解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na空位、Cl空位形成的缔合中心；Ca占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca处于晶格间隙位置。
3-7写出下列缺陷反应式：（l）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）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag进入间隙）。
+
2++
-2+
解： （1）NaCl （2）CaCl2 （3）O （4）AgAg
VNa’ + VCl
VAg’ + Agi
3·
·
·
NaCa’+ ClCl + VCl
CaNa + 2ClCl + VNa’
·
3-8 MgO的密度是3.58g/cm，其晶格参数是0.42nm，计算单位晶胞MgO的肖特基缺陷数。 解：设有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子数为x，晶胞体积V=（4.20），x=ρVN0/M=3.96,单位晶胞的肖脱基缺陷数=4-x=0.04。
3-9 MgO（NaCl型结构）和Li2O（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MgO中主要的点缺陷是肖特基缺陷，而在Li2O中是弗伦克尔型，请解释原因。 解：Mg占据四面体空隙，Li占据八面体空隙。
3-10 MgO晶体的肖特基缺陷生成能为84kJ/mol，计算该晶体1000K和1500K的缺陷浓度。（答：6.4×10，3.5×10）
解：n/N=exp（-E/2RT），R=8.314，T=1000k：n/N=6.4×10；T=1500k：n/N=3.5×10。 3-11非化学计量化合物 FexO中，Fe／Fe＝0.1，求 FexO中的空位浓度及 x值。（答： 2.25×10；0.956） 解：Fe2O3
2FeFe + 3OO + VFe’’
·
－5
3+
2+
-3
-2
－3
－2
3
y 2y y
Fe
3+
2y
Fe
2+
1-3y
O，
X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565O
[VFe’’]===2.22×10
-2
3-12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的密度将发生怎么样的变化？增大还是减小？为什么？ 解： Zn（g）Zn（g） + 1/2O2 = ZnO Zni + e’+ 1/2O2 [ZnO]=[e’] ∴PO2
[Zni]
·
·
Zni + e’
·
ZnO
ρ
O2（g） OO + VFe’’ + 2h
·
k=[OO][ VFe’’][h]/PO21/2=4[OO][ VFe’’]3/ PO21/2 [ VFe’’] ∝PO1/6，
2-
∴ PO2 [ VFe’’] ρ
3-13对于刃位错和螺位错，区别其位错线方向、伯氏矢量和位错运动方向的特点。 解：刃位错：位错线垂直于行于位错运动方向。
3-14图3-1是晶体二维图形，内含有一个正刃位错和一个负刃位错。 （1）围绕两个位错伯格斯回路，最后得伯格斯矢量若干？ （2）围绕每个位错分别作伯氏回路，其结果又怎样？
位错线垂直于位错运动方向；螺位错：位错线平行于
位错线平
图3-1
解：略。
3-15有两个相同符号的刃位错，在同一滑移面上相遇，它们将是排斥还是吸引？ 解：排斥，张应力重叠，压应力重叠。
3-16晶界对位错的运动将发生怎么样的影响？能预计吗？ 解：晶界对位错运动起阻碍作用。
3-17晶界有小角度晶界与大角度晶界之分，大角度晶界能用位错的阵列来描述吗？
解：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于无序的状态，而位错之间的距离可能只有1、2个原子的大小，不适用于大角度晶界。
3-18从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。 align=center>
3-19试阐明固溶体、晶格缺陷和非化学计量化合物三者之间的异同点，列出简明表格比较。 解：固溶体、晶格缺陷、非化学计量化合物都是点缺陷，是晶体结构缺陷，都是单相均匀的固体，结构同主晶相。
热缺陷——本征缺陷；固溶体——非本征缺陷；
无：受温度控制
有：搀杂量<固溶度 受温度控制 搀杂量>固溶度 受固溶度控制
3-20在面心立方空间点阵中，面心位置的原子数比立方体项角位置的原子数多三倍。原子B溶入A晶格的面心位置中，形成置换型固溶体，其成分应该是A3B呢还是A2B？为什么？ 解：略。
3-21 Al2O3在 MgO中形成有限固溶体，在低共熔温度 1995℃时．约有18wt％Al2O3溶入 MgO中，假设MgO单位晶胞尺寸变化可忽略不计。试预计下列情况的密度变化。1）Al为填隙离子；2）Al为置换离子。
解： （a）Al为填隙离子： 缺陷反应为：
（1）
3+
3+
3+
固溶式分子式：（b）Al为置换离子： 缺陷反应为：
3+
（2）
固溶式分子式：
取100g试样为基准：（为摩尔数）
（3）
（m为摩尔数）
∴MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式为：
2.035 MgO·0.176 Al2O3或Mg2.035Al0.352O2.563 （4） （4）式各项除以2.563得Mg0.794Al0.137O （5） 由（5）式得x=0.137代入（2）（3）式，
对（a）有即（b）有
设：固溶前后晶胞体积不变，则密度变化为：
（，分别代表固溶前后密度）
所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。
3-22对硫铁矿进行化学分析：按分析数据的Fe/S计算，得出两种可能的成分：Fe1-xS和FeS1-x，前者意味着是Fe空位的缺陷结构，后者是Fe被置换。设想用一种实验方法以确定该矿物究竟属哪一类成分？
解：Fe1-xS中存在Fe空位，S空位，存在可。
3-23说明为什么只有置换型固溶体的两个组分之间才能相互完全溶解，而填隙型固溶体则不能。 解：（1）晶体中间隙位置是有限的，容纳杂质质点能力<10%；（2）间隙式固溶体的生成，一般都使晶格常数增大，增加到一定的程度，使晶格变得不稳定而离解；置换固溶体形成是同号离子交换位置，不会对接产生影响，所以可形成连续固溶体。
3-24对于 MgO、Al2O3和 Cr2O3，其正、负离子半径比分别为 0.47、0.36和 0.40，则 Al2O3和Al2O3形成连续固溶体。（1）这个结果可能吗？为什么？（2）试预计，在MgO－Cr2O3系统中的固溶度是有限的还是无限的？为什么？
解：（1）Al2O3与Cr2O3能形成连续固溶体， 原因：1）结构内型相同，同属于刚玉结构。
2-
非化学计量，存在h P型半导体；FeS1-x中金属离子过剩，存在
·
N型半导体；因Fe1-xS、FeS1-x分属不同类型半导体，通过实验确定其半导体性质即
2）
（2）MgO与Cr2O3的固溶度为有限
原因:结构类型不同MgO属于NaCl型结构，Cr2O3属刚玉结构。
虽然
也不可能形成连续固溶体。
3-25某种NiO是非化学计量的，如果NiO中Ni／Ni＝10，问每1m中有多少载流子？ 解：设非化学计量化合物为NixO， Ni2O3
2
+ 3
+
3+2+－43
y 2y y Ni
3+
2y
Ni
2+
1-3y
ONi/Ni=2y/（1-3y）=10
Ni0.99995O
]=y/（1+x）=2.5×10。
-5
3+2+-x
则y=5×10， x=1-y=0.99995，
3
-5
每m中有多少载流子即为空位浓度：[
3-26在 MgO－Al2O3和 PbTiO3－PbZrO3中哪一对形成有限固溶体，哪一对形成无限固溶体，为什么？
解：MgO-AL2O3：
构类型差别大，形成有限固溶体；
，即rMg、rAl半径相差大，MgO（NaCl型）、AL2O3（刚玉）结
PbTiO3-PbZrO3形成无限固溶体，因为尽管Ti、Zr半径相差较大（15. 28）,但都是（ABO3）钙钛矿型结构，Ti、Zr都填充八面体空隙，该空隙体积较大，可填入的阳离子的半径r值可在一定范围内变化，而不至于使结构变化。
3-27 CeO2 为萤石结构，其中加入15molêO形成固溶体，测得固溶体密度d＝7.01g/cm，晶胞参数a＝0.5417nm，试通过计算判断生成的是哪一种类型固溶体。已知原子量Ce 140.12，Ca 40.08，O 16.00。
解：对于CaO-CeO2固溶体来说，从满足电中性来看，可以形成氧离子空位的固溶体也可形成Ca嵌入阴离子间隙中的固溶体，其固溶方程为：
对于置换式固溶体有 x=0.15，1-x=0.85，2-x=1.85，所以置换式固溶体化学式Ca0.15Ce0.85O1.85。有因为CeO2属于萤石结构，晶胞分子数Z=4，晶胞中有Ca、Ce、O三种质点。 晶胞质量
2+
4+
2-2+
3
4+
4+
4+4+
对于间隙固溶体，其化学式Ca2yCe1-yO2，与已知组成Ca0.15Ce0.85O1.85相比，O不同， Ca0.15Ce0.85O1.85
Ca0.15×2/1.85Ce0.83×2/1.85O2
2-