固溶體

　　固溶體指的是礦物一定結(jié)晶構(gòu)造位置上離子的互相置換，而不改變整個晶體的結(jié)構(gòu)及對稱性等。但微觀結(jié)構(gòu)上如結(jié)點的形狀、大小可能隨成分的變化而改變。如自然界輝石就是一個多種成分的固溶體。 自然界礦物 中廣泛存在的離子或離子團之間的置換的化學(xué)現(xiàn)象，過程稱為類質(zhì)同像或固溶體。類質(zhì)同像是礦物結(jié)晶時，其晶體結(jié)構(gòu)中一種位置被兩種或兩種以上的不同元素（或基團）而形成混晶的現(xiàn)象，而固溶體是反映形成這種混晶的礦物結(jié)構(gòu)。 固溶體分為三種：替代式固溶體、填隙式固溶體和缺位式固溶。
　　固溶體的分類
　　按溶質(zhì)原子在晶格中的位置不同可分為置換固溶體和間隙固溶體。
　　1、置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格中的結(jié)點位置而形成的固溶體稱置換固溶體。當溶劑和溶質(zhì)原子直徑相差不大，一般在15%以內(nèi)時，易于形成置換固溶體。銅鎳二元合金即形成置換固溶體，鎳原子可在銅晶格的任意位置替代銅原子。
　　2、間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱間隙固溶體。間隙固溶體的溶劑是直徑較大的過渡族金屬，而溶質(zhì)是直徑很小的碳、氫等非金屬元素。其形成條件是溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比必須小于0.59。如鐵碳合金中，鐵和碳所形成的固溶體――鐵素體和奧氏體，皆為間隙固溶體。
　　按固溶度來分類：可分為有限固溶體和無限固溶體。無限固溶體只可能是置換固溶體。
　　按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對分布來分；可分為無序固溶體和有序固溶體。
　　在討論固溶體的概念時，認為溶質(zhì)質(zhì)點（原子、離子）在溶劑晶體結(jié)構(gòu)中的分布是任意的、無規(guī)則的，這便是無序固溶體的概念。例如，晶胞參數(shù)的測定，實際上是一個平均值；密度的測定也是統(tǒng)計的結(jié)果。固溶體中溶質(zhì)質(zhì)點無規(guī)則分布的概念，和實驗結(jié)果基本一致。
　　有些固溶體中溶質(zhì)質(zhì)點的分布是有序的，即溶質(zhì)質(zhì)點在結(jié)構(gòu)中按一定規(guī)律排列，形成所謂“有序固溶體”。例如，Au-Cu固溶體，Au和Cu都是面心立方格子，它們之間可以形成連續(xù)置換固溶體。在一般情況下，Au和Cu原子是無規(guī)則的分布在面心立方格子的結(jié)點上，這便是一般認為的固溶體（圖5-47(a)）。但是，如果這個固溶體的組成為AuCu3和AuCu時，并且在適當?shù)臏囟认逻M行較長時間退火，則固溶體的結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝行蚪Y(jié)構(gòu)”。這表現(xiàn)為AuCu3組成中，所有的Au原子占有面心立方格子的頂角位置，而Cu原子則占有面心立方格子的面心位置（圖5-47(b)）。因而，從單位晶胞來看組成應(yīng)為AuCu3。同理，如果Au原子和Cu原子分層相間分布（圖5-47(c)），也形成“有序結(jié)構(gòu)”，其相應(yīng)的組成應(yīng)為AuCu。這種有序結(jié)構(gòu)稱為超結(jié)構(gòu)。它除了和組成有關(guān)外，還和晶體形成時的溫度、壓力條件有關(guān)。
　　固溶體的性能
　　當溶質(zhì)元素含量很少時，固溶體性能與溶劑金屬性能基本相同。但隨溶質(zhì)元素含量的增多，會使金屬的強度和硬度升高，而塑性和韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強化。置換固溶體和間隙固溶體都會產(chǎn)生固溶強化現(xiàn)象。
　　適當控制溶質(zhì)含量，可明顯提高強度和硬度，同時仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以說固溶體一般具有較好的綜合力學(xué)性能。因此要求有綜合力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料，幾乎都以固溶體作為基本相。這就是固溶強化成為一種重要強化方法，在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用的原因。