宋魯俠

（湖北第二師范學(xué)院，湖北 武漢 430205）

固溶體在無(wú)機(jī)非金屬材料的制備過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，得到了業(yè)界人士的廣泛認(rèn)可。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，固溶體的運(yùn)用也更加廣泛，給無(wú)機(jī)非金屬材料制備行業(yè)發(fā)展提供了保證，并在工程陶瓷以及電子材料的催化劑制備中發(fā)揮了巨大作用，為我國(guó)行業(yè)發(fā)展提供了巨大助力。在無(wú)機(jī)非金屬材料的制備過(guò)程中，通過(guò)對(duì)材料的溫度、壓力以及雜質(zhì)等各環(huán)節(jié)的把控，就能夠使制備材料的內(nèi)部出現(xiàn)缺陷，形成固溶體。

1 固溶體的概念

固溶體是經(jīng)過(guò)溶質(zhì)原子融入到溶劑晶格后而能夠繼續(xù)保持溶劑類型的一種合金相的稱呼，將這種合金相稱之為固溶體，而這種組元?jiǎng)t稱之為溶劑。在固溶體的分類中，根據(jù)其不同分類形式，固溶體的名稱也各不相同。根據(jù)溶質(zhì)原子在晶格中的位置排列不同，固溶體可以劃分為置換固溶體以及間隙固溶體；而根據(jù)固溶度來(lái)進(jìn)行劃分時(shí)，固溶體也可以劃分為有限固溶體以及無(wú)線固溶體；根據(jù)溶質(zhì)原子和溶劑原子的相對(duì)分布形式來(lái)進(jìn)行劃分，也可以劃分為有序固溶體和無(wú)序固溶體。在無(wú)機(jī)非金屬的制備過(guò)程中，通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料的制備溫度控制、制備壓力控制以及材料材質(zhì)控制等方式，能夠是材料內(nèi)部出現(xiàn)材料缺陷，進(jìn)而形成固溶體，其原理就是無(wú)機(jī)非金屬材料制備中溶質(zhì)原子和溶劑原子發(fā)生變化，而最終形成固溶體[1]。

2 固溶體的性能分析

固溶體的性能是呈現(xiàn)在多方面的，其主要性能主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

第一，固溶體的固溶強(qiáng)化性能。固溶體的固溶強(qiáng)化就是指固溶體的溶質(zhì)元素含量上升，金屬的強(qiáng)度和硬度上升，而其塑性以及韌性則呈現(xiàn)出下降的狀態(tài)，也就被稱之為固溶強(qiáng)化。固溶體的固溶強(qiáng)化性能工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，是工業(yè)生產(chǎn)中常用的強(qiáng)化方式。

第二，固溶體的固溶度性能。固溶度是金屬在固體形態(tài)下的溶解度體現(xiàn)，在合金元素在固態(tài)鋼中進(jìn)行溶解時(shí)，奧氏體晶格的間隙越大，合金元素的溶解度也就更高。

第三，固溶體的固溶熱處理性能。在對(duì)合金進(jìn)行加熱處理時(shí)，在加熱的高溫單相區(qū)內(nèi)部保持加熱恒溫狀態(tài)，使加熱過(guò)程中的剩余相能夠快速溶解并冷卻，然后能夠得到超過(guò)飽和情況的固溶體，就是固溶體所謂的固溶熱處理。在進(jìn)行固溶熱處理應(yīng)用時(shí)，其應(yīng)用方式主要分為兩種：其一是人工時(shí)效處理；其二是自然時(shí)效處理[2]。在方式運(yùn)用過(guò)程中，要綜合考慮合金本身的性質(zhì)以及其固溶熱處理的用途，選擇科學(xué)性的方法。

第四，固溶體的電性能。在固溶體制備過(guò)程中，隨著溶質(zhì)原子含量的不斷改變，固溶體本身的電性能也會(huì)持續(xù)發(fā)生改變，而在相界中，固溶體的電性能則是呈現(xiàn)為突變狀態(tài)。以反鐵電體PbZrO3以及鐵電體PbTiO3為例，兩者的電性能并不突出，而在兩者不斷變化的過(guò)程中，就能夠產(chǎn)生連續(xù)性的固溶體，二者之間的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，電性能也隨之而改變。

3 無(wú)機(jī)非金屬材料中固溶體的運(yùn)用

第一，固溶體的載體運(yùn)用。固溶體載體運(yùn)用是無(wú)機(jī)非金屬材料中固溶體運(yùn)用的重要形式之一。以汽車尾氣為例，隨著汽車尾氣CeO2中Zr4+的不斷融入，形成了全新的CexZr1-O2，不僅使CeO2的本相特征發(fā)生了巨大改變，而且在其運(yùn)用的過(guò)程中，不僅成為了汽車尾氣進(jìn)行催化的催化劑載體，也成為了汽車尾氣催化過(guò)程中的催化劑助劑。

第二，固溶體的催化劑作用。固溶體的催化劑作用主要體現(xiàn)在固溶體融合的過(guò)程中，以固溶體SnO2-TiO2為例，其是新固溶體的展現(xiàn)形式，是由TiO2與SnO2進(jìn)行融合而形成的固溶體，是屬于紅金石結(jié)構(gòu)的一種，其結(jié)構(gòu)酸性呈現(xiàn)并不明顯，在其結(jié)構(gòu)表面不僅會(huì)含有吸附氧，還會(huì)形成一定的晶格氧，而將兩者有效結(jié)合后，比較純相的SnO2會(huì)快速被SnO2而分解，因此提高了SnO2-TiO2表面的粒子表面面積，因此也實(shí)現(xiàn)了對(duì)催化劑活性的提升。

第三，固溶體的三元固溶液運(yùn)用。三元固溶液即Cu-Mn-Ce-O，是在銅與Mn-Ce-O 復(fù)合物融入的實(shí)驗(yàn)中而形成的，其形成原理是由CeO2的溶質(zhì)晶格中融入Cu2+啊，也可以通過(guò)在CeO2的溶質(zhì)晶格中融入Mn3+的方式進(jìn)行處理，使Cu2+或者M(jìn)n3+生成為CeO2的復(fù)合物，進(jìn)而形成三元固溶液，也就是Cu-Mn-Ce-O。在三元固溶液的固溶體生成過(guò)程中，不僅提升了Cu-Mn-Ce-O 的氧吸附能力，也提升了Cu-Mn-Ce-O 的活化能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Cu-Mn-Ce 之間協(xié)調(diào)作用的增加，不僅可以提升催化劑中銅的分解能力，更能夠提升催化劑之中的錳元素的分散程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)合氧化物氧還原的促進(jìn)與提升。

第四，固溶體對(duì)晶格的影響作用。這一點(diǎn)主要體現(xiàn)在固溶體鈦酸鋁之中，鈦酸鋁具有三方面的優(yōu)點(diǎn)：其一是鈦酸鋁具有較強(qiáng)的抗熱震性；其二是鈦酸鋁的耐火性較高；其三是鈦酸鋁的隔熱性能也較為優(yōu)良。在鈦酸鋁中引入三氧化二鐵以及氧化鎂，就會(huì)使鈦酸鋁形成連續(xù)固溶體，對(duì)晶格產(chǎn)生影響作用。

4 結(jié)論

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)體系的不斷發(fā)展，固溶體的應(yīng)用愈加廣泛，通過(guò)固溶體在無(wú)機(jī)非金屬材料中的運(yùn)用，能夠推動(dòng)我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并通過(guò)無(wú)機(jī)非金屬材料制備，實(shí)現(xiàn)對(duì)固溶體性能的運(yùn)用，為我國(guó)工業(yè)實(shí)業(yè)發(fā)展提供更加優(yōu)質(zhì)的催化劑和助劑。