張錦濤　王偉杰　陳小媛　樊佳　王世航

摘 要：目前，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展也越來(lái)越迅速，化工行業(yè)的發(fā)展也越來(lái)越完善。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。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。

關(guān)鍵詞：無(wú)機(jī)非金屬材料;固溶體;實(shí)施

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;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。

2 性能

2.1固溶強(qiáng)化

如果溶質(zhì)元素含量相對(duì)較低，則固溶體的性能與溶劑金屬的性能相類似，但隨著溶質(zhì)元素的逐漸增加，金屬硬度與強(qiáng)度均會(huì)不斷上升，韌性與塑性逐漸下降，上述情況極為固溶強(qiáng)化過(guò)程。通過(guò)相關(guān)研究結(jié)果可知，置換固溶體與間隙固溶體都會(huì)發(fā)生固溶強(qiáng)化的情況。通過(guò)對(duì)溶質(zhì)含量進(jìn)行合理的控制，可有效增強(qiáng)固溶體強(qiáng)度及硬度，并且還要確保其具備一定的塑性與韌性。由此可知，固溶體自身的力學(xué)性能較良好，目前已廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)。

2.2電性能

通常情況下，隨著溶質(zhì)含量的變化，固溶體自身的電性能會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的甚至是現(xiàn)行變化情況，但如果在相界中，往往會(huì)發(fā)生突變。例如PbZrO3、PbTiO3的電性能，并不是很良好。其中，PbZrO3是一種反鐵電體，PbTiO3是一種鐵電體，兩者的化合物結(jié)構(gòu)相類似，Zr4+與Ti4+尺寸相近，可形成連續(xù)的固溶體。隨著其成分的逐漸改變，其晶體結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生一定的變化。通過(guò)PbZrO3–PbTiO3體系的等價(jià)置換，可形成結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的固溶體，電場(chǎng)平衡，電導(dǎo)正常，并且不會(huì)改變介電性。

2.3固溶熱處理

通過(guò)加熱合金，能夠在高溫單相區(qū)中保持恒溫，從而使得剩余的相充分速溶、冷卻，可獲得過(guò)飽和的固溶體，上述為固溶熱處理工藝，主要包含人工時(shí)效處理與自然時(shí)效處理兩種處理方式，在進(jìn)行具體處理工作時(shí)，需要對(duì)合金的性質(zhì)與用途進(jìn)行全面的考慮，并在此基礎(chǔ)上選用適宜的處理方式。

3 無(wú)機(jī)非金屬材料中固溶體的實(shí)施策略分析

3.1鈰鋯氧化物固溶體

二氧化鈰是一種優(yōu)良催化劑，也是一種催化劑促進(jìn)劑，在汽車尾氣催化劑、水汽變換反應(yīng)、氧氣傳感器、生物陶瓷材料、催化加氫、甲烷氧化偶聯(lián)等反應(yīng)中得到了普遍的應(yīng)用。根據(jù)有關(guān)研究表明，在甲烷催化燃燒中，CeO2-ZrO2固溶體發(fā)揮著催化活性與穩(wěn)定性的作用。在鈰鋯氧化物固溶體中，因?yàn)镃e具備良好的氧化還原性，Ce4+還原為Ce3+的過(guò)程中，多余的氧就會(huì)氧化甲烷，一般而言，在此過(guò)程中，Ce4+與Ce3+是交替生成的，有效避免了氧急劇變化情況的發(fā)生，并且CeO2含量對(duì)催化活性具有直接的影響作用。在氧化鈰立方晶格中添加Zr4+，能夠保證CeO2的穩(wěn)定性更高，進(jìn)而在燒結(jié)過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)晶粒生長(zhǎng)過(guò)大的現(xiàn)象。此類固溶體具有良好的貯氧性能、氧化還原性、熱穩(wěn)定性。

3.2固溶體對(duì)晶格的影響

鈦酸鋁具有抗熱震性強(qiáng)、耐火高、隔熱性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是它在750℃-1300℃會(huì)分解成剛玉和金紅石，限制了它的實(shí)際應(yīng)用。在未穩(wěn)定化的鈦酸鋁中，引入Fe2O3和MgO與鈦酸鋁形成連續(xù)固溶體，穩(wěn)定晶格，能有效抑制鈦酸鋁的熱分解。PZT陶瓷中鐵電體PbTiO3和反鐵電體PbZrO3結(jié)構(gòu)相同，Zr4+、Ti4+離子尺寸相差不多，能在常溫生成連續(xù)固溶體Pb（ZrxTi1-x）O3，x=0.1-0.3，穩(wěn)定晶格，壓電性能、介電常數(shù)和燒結(jié)性能都大幅度提高。燒結(jié)過(guò)程中，將TiO2加入到Al2O3中形成固溶體，正離子空位，晶格活化，晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變，處于高能量的活化狀態(tài)，有利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

3.3無(wú)機(jī)非金屬材料新產(chǎn)品研發(fā)

新型無(wú)機(jī)非金屬材料指的就是具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐磨、抗腐、耐高溫、抗氧化以及特殊的電、光、聲、磁等一系列優(yōu)異綜合性能的新型材料，是其他材料難以替代的功能材料和結(jié)構(gòu)材料。例如，稀土摻雜石英玻璃廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、衛(wèi)星及坦克火控武器等激光測(cè)距系統(tǒng)，耐輻照石英玻璃應(yīng)用于各種衛(wèi)星及宇宙飛船的姿控系統(tǒng);光學(xué)纖維面板和微通道板作為像增強(qiáng)器和微光夜視元件在全天候兵器中得到應(yīng)用;航空玻璃為中國(guó)各類軍用飛機(jī)提供了關(guān)鍵部件;二氧化硅氣凝膠是最輕的固體材料，也是導(dǎo)熱系數(shù)最低的材料，被廣泛開發(fā)應(yīng)用于管道、設(shè)備保溫。

3.4固溶體作為載體

在應(yīng)用于汽車尾氣催化劑的載體中，通過(guò)在CeO2中摻雜Zr4+形成的鈰鋯氧化物固溶體（CexZr1-xO2），改善了CeO2的體相特性，在應(yīng)用中只作為汽車尾氣凈化催化劑載體或助劑，不作為活性組分，具有高的貯氧能力和良好的熱穩(wěn)定性，是目前催化劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。以廉價(jià)的水溶性無(wú)機(jī)鹽為原料，使助劑（CeO2）組分和載體（ZrO2）組分形成固溶體，助劑與載體組分分布均勻，得到介孔鈰鋯固溶體，該類固溶體可作為合成氣轉(zhuǎn)油（F-T反應(yīng)）鈷基催化劑載體。

結(jié)語(yǔ)

隨著新材料的不斷發(fā)展，固溶體的理論得到了比較廣泛的應(yīng)用，如果在氧化鋁中摻雜其他的一些氧化物，就可以制定出相應(yīng)顏色各類寶石制品，并充分的利用外界環(huán)境，通過(guò)摻雜雜質(zhì)的方式對(duì)材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，使固溶體能夠獲得某種比較特殊的性能，并能夠滿足應(yīng)用。對(duì)固體表征和微觀結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)物質(zhì)比例所形成各種固溶體進(jìn)行研究，在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，具有著比較重要的作用。

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