置换型固溶体

g(r) = ρ(r) / ρ0 ρ(r) 为r 处原子的数目密度； ρ0 为整个样品的平均原子数密度 可求两个参数： 配位数：第一峰面积 原子间距：峰位置
3、非晶态结构模型 微晶（不连续） 无规拓朴（连续）
A. 硬球无序密堆
除四面体外， 有
八、十二、十四面体： 6%， 4%， 4%
密度上限： 0.637
Figure 5.3
2. 线缺陷(位错Dislocation)： 仅一维尺寸可与晶体线度比拟的缺陷 一或数列原子发生有规则的错排
1） 棱位错(刃位错 Edge Dislocation) 位错线与滑移方向(柏格斯矢量)垂直
EF ⊥ BB’ 压力、拉力
Figure 5.7
2）螺旋位错(Screw Dislocation)： 位错线与滑移方向(柏格斯矢量)平行 AD ∥ B’B 与位错线垂直的平面在螺旋斜面
掺杂: 中温时少量杂 质能加速扩散
NaCl中加 CdCl2后钠离 子扩散系数的 变化
2）非晶体
无序结构，有空穴，通过自由体积进行（缺陷）。
在长链聚合物中（高分子）扩散有： 自扩散：包括分子链段的运动，并且与材料的粘滞流动相关。 外来分子的扩散：关系到聚合物呈现的渗透性和吸收性能。 渗透性：高分子膜的分离，耐腐蚀性，分子间隙 吸收性：引起溶胀，化学反应。
无缺陷
3. 面缺陷 (Interfacial Defects)： 仅一平面方向上尺寸可与晶体线度比拟的缺陷 如由一系列刃位错排列成一个平面形成的缺陷
4．体缺陷 (Volume Defects)： 各方向尺寸均可与晶体线度比拟的缺陷 如 空洞、嵌块等。
2-6-3 非晶体 (Noncrystalline)
Figure 6.3
扩散通道：沿位错、晶界、外表面
扩散的激活能(Activation Energy) – Q ： 扩散系数(Diffusion Coefficient)
Section 6.5
D = D o e –Q/RT
金属
金属的扩散激活能 (kcal/mol)
Tm
Q
离子料的扩散激活能
空位机制
2-6 固体中的原子无序
Imperfections in Solids
Chapter 5
Defects in Crystals Point, vacancy and self- interstitial Frenkel and Schottky defect, Stoichiometry Linear, edge and screw dislocation, Burgers Vector Interfacial, Bulk Solid Solution (alloys) substitutional and interstitial Noncrystalline Diffusion
（真密堆：0 .74）
致密度
B.无规网络
(二氧化硅玻璃)
桥氧键角变化较大
2-6-4 扩散(Diffusion)
Chapter 6
1． 扩散现象：原子（或分子）通过热运动改变位置而移动
1) 自扩散(self-diffusion)： 纯固体中，同种元素的原子 从一个点阵位置移动到另一个点阵位置 2) 互扩散(interdiffusion)： 不同种元素接触后原子相互移动换位
1．非晶材料： 结构在体积范围内 缺乏重复性 的材料 （非晶型、无定形 amorphous）
无平移对称，无长程有序，原子位置排布完全无周期性，
具有统计规律。 （密乱堆垛，无规网络等）
2． 分布函数：
径向分布函数：J(r) = 4πr2 ρ(r) 双体分布函数：以某原子为原点，
距离r 处找到另一原子的几率
3) 扩散的原因 原子不是静止的； 原子围绕其平衡位置进行小振幅的振动； 部分原子具有足够振幅，位置移动。 温度影响扩散；晶体中的缺陷类型和数量影响扩散。
2． 扩散机制（Diffusion Mechanisms） 1) 晶体
空位扩散(Vacancy Diffusion)：一个原子与一个相邻空位交换位置 多数金属和置换固溶体 间隙扩散(Interstitial Diffusion)：间隙式固溶体 H, C, N, O 直接交换机制：极难，很少发生 下页
SOLUTION This problem may be solved by using Equation 5.1; it is first necessary, however,to determine the value of N, the number of atomic sites per cubic meter for copper, from its atomic weight ACu , its density , and Avogadro’s number NA, according to
受剪切力作用易发生
FIGURE 5.8 (
位错有两个特征：
一个是位错线的方向，它表明给定点上位错线的方向， 如EF， AD，用单位矢量ξ表示， 另一个是为了表明位错存在时，晶体一侧的质点相对另 一侧质点的位移，用一个柏格斯矢量 b 表示。
它是指该位错的单位滑移距离，其方向和滑移方向平行
b ·ξ= 0 相互垂直，纯棱位错
Δc /Δx：浓度梯度
(Concentration Gradient)
非稳态（Nonsteady-state）：Fick第二定律： Δc /Δt = D Δ2c /Δx2 c 为物质的体积浓度，x 为距离。
边界条件求解。
EXAMPLE PROBLEM 6.1
A plate of iron is exposed to a carburizing (carbon-rich) atmosphere on one side and a decarburizing (carbon-deficient) atmosphere on the other side at 700℃. If a condition of steady state is achieved, calculate the diffusion flux of carbon through the plate if the concentrations of carbon at positions of 5 and 10 mm (5×10-3 and 10-2 m) beneath the carburizing surface are 1.2 and 0.8 kg/m3, respectively. Assume a diffusion coefficient of 3×10-11 m2/s at this temperature.
3）非化学计量化合物 (Nonstoichiometric)： 组分比偏差于化学式的化合物 （含变价离子） 实质是由金属的高氧化态和低氧化态形成的固溶体 其电中性(electroneutrality)由空孔或间隙离子平衡
Figure 5.4
3. 根据固溶度划分： 1) 有限固溶体： 固溶度 ＜100% 2) 无限固溶体(连续固溶体)： 固溶度 0 ~100% 4．根据各组元原子分布的规律性划分：
肖特基缺陷 (Schottky Defect)：(c)离子对空位
弗兰克尔缺陷(Frenkel Defect)：(e)等量的正离子空位和正离子间隙
EXAMPLE PROBLEM 5.1
Calculate the equilibrium number of vacancies per cubic meter for copper at1000 ℃. The energy for vacancy formation is 0.9 eV/atom; the atomic weight and density (at 1000℃) for copper are 63.5 g/mol and 8.40 g/cm3, respectively.
B．键性（极化）: Zn++（共价性） C. 晶体结构类型和晶胞大小
Fe++(离子性)
D．电价: 电价差使置换难（大晶胞中需其它离子补足）
2）间隙型固溶体 (Interstitial solid solution) ： 较小的原子进入晶格间隙形成的固溶体
Figure 5.5
影响因素：
A． 晶格结构的空隙大小
SOLUTION
2-6 固体中的原子无序 (Imperfections in Solids)
2-6-1 固溶体(Solid Solution)：
杂质原子（或离子、分子）均匀分布（溶）于基质晶格中的固体
通常特征：杂质和基质原子共同占据原基质的晶格点阵； 有一定的成分范围 ---- 固溶度 1. 根据相图划分： 1) 端部固溶体(初级固溶体): 包括纯组分的固溶体 2) 中部固溶体(二次固溶体): 0＜任一组元＜100％ （无任一组元的结构，以化合物为基） 相图端部 相图中部
B． 间隙离子进入后需空位或其它高价反电荷离子 以置换方式平衡电中性。
•固溶体的判断
固溶体的理论密度： ρc = N · A ／ V ·NA N、V 分别为晶胞的原子数和体积 A 为固溶体平均相对原子质量 NA为阿佛伽德罗常数 测定固溶体实际密度 ρe 若: ρc〈 ρe : 间隙式 ρc = ρe : 置换式 ρc 〉ρe : 缺位式 （缺阵点原子）
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2. 根据溶质在点阵中的位置划分： 1) 置换型固溶体(Substitutional solid solution)： 晶体原 (离)子被其它原(离)子部分代换后形成
置换量不同可：
完全互溶； 部分互溶； 不形成固溶体
Figure 5.5
影响置换因素：下列诸因素相同（近）易置换；否则难成固溶体 A. 离子大小: 同晶型时 半径差 ＜15％， 20~40%， 完全互溶 部分互溶 难置换