r1
Hume-Rothery经验规则
有限型固溶体；
当
r
r1
r2 r1
30%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。
14
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都具有面心立晶体结构方类型的影响 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。
15
离子类型和键性
化学键性质相近， 离子类型和键性
即取代前后离子周围离子间键性相近， 容易形成固溶体。
16
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，
电价因素
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。
Chapter 2 Composition Structure and Property of Materials
Chapter 2 Structure and property of materials
材料的组成、结构与 性能
1
化学组成 组织结构
合成 与 加工
Relation ship
材料性能
材料应用
2. 晶体结构类型的影响 3. 离子类型和键性 4. 电价因素
13
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 rr1r2 0.15 时，溶质与溶剂之间可以形成连续 固溶体；r1
当 时，溶质与溶剂之间只能形成 rr1r2 15%~30%
组织
4
chemical element
atom
chemical substance component molecule
Relation of component，phase and texture
phase
simplex texture
texture
multiple texture
Figure 2-1 Relation of component，phase and texture
Interstitial solid solution
按各组元原子分 布的规律性
(3) Classification
Disordered solid solution
Ordered solid solution
按固溶度 Infinite solid solution Finite solid solution
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B、填隙型固溶体——在溶剂的晶格间隙内 有溶质的原子填入（溶入）形成的固溶体。
B、填隙型
原子半径：
H: 0.046nm
B: 0.097nm
C: 0.077nm
N: 0.071nm
19
形成填隙型固溶体的条件
填隙型固溶体的固溶度仍然取决于 离子尺寸、离子价、电负性，结构 等因素。
形成填隙型固溶体的条件
杂质质点大小
即添加的原子愈小， 易形成固溶体，反之亦然。
20
晶体（基定程度上来说， 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。
21
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。 例如YF3加入到CaF2中：
2
2.1 材料的组成
J 2.1.1 材料组元的结合形式
Cata log 2.1
J 2.1.2 材料的化学组成
3
2.1 概述
2.1.1 材料组元的结合形式
2.1.1.1 基本概念
相
组
组成材料最基本、
独立的物质 2.1.1.1 Concepts
元
材料中具有同一化学 成分并且结构相同的 均匀部分
材料内部的 微观形貌
① 溶质和溶剂原子占据一个共同的 晶体点阵，点阵类型和溶剂的点阵 类型相同。
② 有一定的成分范围
solid solubility (2)Characteristic
③ 具有比较明显的金属性质
结合键主要是金属键
8
（3）分类
按溶质原子在点 阵中的位置
Substitutional solid solution
17
注意事项
以上几个影响因素，并不是同时起作用， 在某些条件下，有的因素会起主要因素， 有的会不起主要作用。
r(Si4+)=0.26埃，r(Al3+)=0.39埃，相差达45% 以上，电价又不同，但Si—O、Al—O键性接 近，键长亦接近，仍能形成固溶体，在铝硅 酸盐中，常见Al3+置换Si4+形成置换固溶体的 现象。
5
2.1.1.2 Solid solution （1）定义
2.1.1.2 Solid solution
溶液
6
固溶体
Solute 溶质
一个（或几个） 组元的原子（化合物）溶入 另一个组元的晶格中，而仍 (1) Definition 保持另一组元的晶格类型的 固态晶体。
Solvent 溶剂
7
（2） 基本 特征
Y3F C 2 a FY C • a2F FF i'
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当F-进入间隙时，产生负电荷， 由Y3+进入Ca2+位置来保持位置关系和电价的平衡。 填隙型固溶体的生成， 一般都使晶格常数增大，增加到一定的程度， 使固溶体变成不稳定而离解， 所以填隙型固溶体不可能是连续的固溶体。 晶体中间隙是有限的， 容纳杂质质点的能力≤10%。
11
Ionic solid solution 条件：1. 半径相近 2. 电荷数相同
Ionic solid solution
Ca2+能取代Mg2+吗？ Li+ 能取代Mg2+吗？ MgO的结构中Mg2+离子被Fe2+离子所取代。
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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 形成置换固溶体的影响因素
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A、置换型固溶体——由溶质原子代替一 部分溶剂原子而占据着溶剂晶格某些结点 位置所组成。
A、置换型
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结构 Ni : 1s22s22p63s23p63d84s2 Cu: 1s22s22p63s23p63d94s2
半径 Ni ：0.1246nm Cu：0.1278nm
Periodic table