晶體知識(shí)——固溶體介紹

固溶體

01定義

所謂固溶體（solid solution）是指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型的合金相。

這種相稱為固溶體，這種組元稱為溶劑，其他的組元即為溶質(zhì)。工業(yè)上所使用的金屬材料，絕大部分是以固溶體為基體的，有的甚至完全由固溶體所組成。

例如，廣泛用的碳鋼和合金鋼，均以固溶體為基體相，其含量占組織中的絕大部分。因此，對(duì)固溶體的研究有很重要的實(shí)際意義。

當(dāng)一種組元A加到另一種組元B中形成的固體其結(jié)構(gòu)仍保留為組元B的結(jié)構(gòu)時(shí)，這種固體稱為固溶體。B組元稱為溶劑，A組元稱為溶質(zhì)。組元A、B可以是元素，可以是化合物。

左上:純金屬，右上:置換固溶體， 左下:間隙固溶體，右下:混合。

02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(diǎn)位置而形成的固溶體稱置換固溶體。當(dāng)溶劑和溶質(zhì)原子直徑相差不大，一般在15%以內(nèi)時(shí)，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。

金屬元素彼此之間一般都能形成置換固溶體，但溶解度視不同元素而異。影響固溶體溶解度的因素有很多，主要取決于：晶體結(jié)構(gòu)、原子尺寸、化學(xué)親和力（電負(fù)性）、原子價(jià)因素。

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(guò)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(lái)分類：可分為有限固溶體和無(wú)限固溶體。無(wú)限固溶體只可能是置換固溶體。

有序固溶體（超結(jié)構(gòu)或超點(diǎn)陣）:在一定條件下，溶質(zhì)原子與溶劑原子分別占據(jù)一定位置，而且每個(gè)晶胞中溶質(zhì)原子和溶劑原子數(shù)之比都是一定的，這樣的固溶體叫做有序固溶體，這種有序結(jié)構(gòu)叫做超點(diǎn)陣或超結(jié)構(gòu)。

03

固溶體中溶質(zhì)原子的分布方式：

完全無(wú)序

偏聚（從聚）

部分有序（短程有序）

完全有序（長(zhǎng)程有序）

04固溶體的性質(zhì)

和純金屬相比，由于溶質(zhì)原子的溶入導(dǎo)致固溶體的點(diǎn)陣常數(shù)、力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能產(chǎn)生了不同程度的變化

（1）結(jié)構(gòu)變化：存在點(diǎn)陣畸變，點(diǎn)陣常數(shù)變化，出現(xiàn)偏聚和有序化

置換式
溶質(zhì)原子> 溶劑原子 → 膨脹 → 點(diǎn)陣常數(shù)增大
溶質(zhì)原子< 溶劑原子 → 收縮 → 點(diǎn)陣常數(shù)減小

間隙式
溶質(zhì)原子一般均大于間隙 → 撐開 → 點(diǎn)陣常數(shù)增大

（2）力學(xué)性能：硬度、強(qiáng)度提高，塑形下降，即產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。

（3）理化性能：電阻加大，導(dǎo)電率下降