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      陶瓷固體的特征:氧化物結構
      2022年05月18日 發布 分類:粉體入門 點擊量:143
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      大多數簡單的金屬氧化物結構可以在氧離子作近似密堆的基礎上形成,而陽離子則配置于合適的間隙中。

      1.巖鹽結構

      很多鹵化物及氧化物晶體立方巖鹽結構。在這種結構中,較大的陰離子呈立方密堆,而陽離子則填充了所有的八面體間隙。具有這種結構的氧化物有 MgO、 CaO、 SrO、Bao、Cdo、MnO、FeO、CoO和Ni0。陰陽離子的配位數都為6。為了穩定,離子半徑比要在0.732到0.414之間,并且陰陽離子的電價必須相等。所有的堿金屬鹵化物除了 CsCl、CsBr和CsI 外都具有這一結構,堿土金屬硫化物也是如此。

      2.纖鋅礦結構

      氧化鈹晶體中,半徑比是 0.25,這就要求每個鈹離子的周圍有4個氧離子以形成四面體配位;相應地,靜電鍵強度為1/2,每個氧必須有 4個陽離子配位。這些要求可以這樣來滿足:尺寸較大的氧離子按六角密堆方式排列,而其中的一半四面體間隙由鈹離子填充,以獲得最大的陽離子間距。這樣的結構在纖鋅礦ZnS中也觀察到了,因此通常稱為纖鋅礦結構。

      纖鋅礦結構

      3.閃鋅礦結構

      另外一種四面體配位的結構是閃鋅礦結構,這一結構是在陰離子呈立方密堆的基礎上形成的。在高溫下觀察到 Be0 也具有這種結構。

      閃鋅礦結構

      4.尖晶石結構

      該結構可以看成是巖鹽結構和閃鋅礦結構的組合。氧離子作面心立方密堆。尖晶石有兩種類型:正尖晶石結構和倒反尖晶石結構。倒反尖晶石結構更為普遍,在很多因為磁性能而顯得重要的鐵氧體中都可以觀察到。

      5.剛玉結構 

      在氧化鋁中,鋁的擇優配位數是6;因為它是三價的,故鍵強度為1/2,這就要求每個 02-要與4個 Al3+直接相鄰。這一要求可通過氧離子作近似六角密堆而鋁離子則填充2/3的八面體位置來實現。隨后,層與層的排列要使得 Al3+ 離子之間獲得最大間距。

      上述氧化物結構的共性可以從平行于密排面的截面中很好地看出,這個密排面在六角密堆中是基面,在立方密堆中是(111)面。在Mg0 和 Al203,中每個陽離子均在八面體位置,在BeO 中陽離子是規則地分布在四面體位置上,在尖晶石中則是由上述兩種密排層組合在一起。

      6.金紅石結構 

      這個結構和前面討論的那些結構比起來要復雜一些。陽離子只填充了可利用的八面體位置數的一半。填充了陽離子的氧離子的緊密堆積將使得氧離子近似密堆晶格發生畸變。Ge02、PbO2 SnO2、Mn02和幾種其他氧化物晶體都是這種結構。

      7.氯化銫結構 

      化銫中,半徑比要求八重配位。因為鍵強度是1/8,因此氯也是八重配位的。這就要求在形成的結構中,C1-離子排成簡單立方,而所有間隙位置均由Cs+離子填充。


      8.螢石結構

      螢石的多數結晶為八面體和立方體,少見十二面晶體。也有八面體和立方體相交而成的組合晶體。解理痕跡在多數晶體上有呈現,從較大晶體上剝落的解理塊也很常見。

      在八面體結晶下,解理塊較扁平、呈三角形;立方晶體的解理塊為扁的長方體。螢石的晶體往往出現穿插雙晶,即兩個晶體相互貫穿所構成的雙晶現象。也有團簇而成的共生立方晶體,或為顆粒狀、葡萄狀、球狀或不規則大塊。


      螢石結構

      9.反螢石結構

      其結構中陰離子呈立方密堆積,陽離子填充在四面體空隙,陰、陽離子的配位數分別為8和4。陰、陽離子的這種排列方法恰恰與螢石結構相反,故名為反螢石結構。

      10.派生結構

      在對晶體結構進行相互對比時,人們常常發現復雜的晶體結構和某些比較簡單的原子排列驚人地相似。某些簡單結構的對稱性及規則程度常常受到干擾,從而導致比較復雜的原子排布。可能的機理包括:幾種不同類型原子的有序取代、一些有規則的原子缺位、在空位上加入原子(填隙)以及原子排布上的畸變。這些機理中的幾個或全部可以同時出現在一個結構中。Buerger將這種結構稱為派生結構。超結構就是派生結構的一種特殊類型,在超結構中擾動使派生結構的晶胞大于原結構的晶胞。

      氧化物結構的共同特征 

      毫無疑問,上面所討論過的氧化物結構的最顯著特點是:結構與氧的密堆有密切關系,而且取決于氧的密堆。在這個基礎上進行觀察,結構之間的相似性就很醒目,否則這種相似性是很難識別的。因此,學生們必須很好地掌握這些密堆系統,特別應該透徹熟悉立方密堆結構及其中八面體間隙和四面體間隙的分布。


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