晶体知识——固溶体介绍

固溶体

01定义

所谓固溶体（solid solution）是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。

这种相称为固溶体，这种组元称为溶剂，其他的组元即为溶质。工业上所使用的金属材料，绝大部分是以固溶体为基体的，有的甚至完全由固溶体所组成。

例如，广泛用的碳钢和合金钢，均以固溶体为基体相，其含量占组织中的绝大部分。因此，对固溶体的研究有很重要的实际意义。

当一种组元A加到另一种组元B中形成的固体其结构仍保留为组元B的结构时，这种固体称为固溶体。B组元称为溶剂，A组元称为溶质。组元A、B可以是元素，可以是化合物。

左上:纯金属，右上:置换固溶体， 左下:间隙固溶体，右下:混合。

02分类

按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体。

1、置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15%以内时，易于形成置换固溶体。铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。

金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，但溶解度视不同元素而异。影响固溶体溶解度的因素有很多，主要取决于：晶体结构、原子尺寸、化学亲和力（电负性）、原子价因素。

2、间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体。间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属，而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素。

其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0.59。如铁碳合金中，铁和碳所形成的固溶体――铁素体和奥氏体，皆为间隙固溶体。

按固溶度来分类：可分为有限固溶体和无限固溶体。无限固溶体只可能是置换固溶体。

有序固溶体（超结构或超点阵）:在一定条件下，溶质原子与溶剂原子分别占据一定位置，而且每个晶胞中溶质原子和溶剂原子数之比都是一定的，这样的固溶体叫做有序固溶体，这种有序结构叫做超点阵或超结构。

03

固溶体中溶质原子的分布方式：

完全无序

偏聚（从聚）

部分有序（短程有序）

完全有序（长程有序）

04固溶体的性质

和纯金属相比，由于溶质原子的溶入导致固溶体的点阵常数、力学性能、物理和化学性能产生了不同程度的变化

（1）结构变化：存在点阵畸变，点阵常数变化，出现偏聚和有序化

置换式
溶质原子> 溶剂原子 → 膨胀 → 点阵常数增大
溶质原子< 溶剂原子 → 收缩 → 点阵常数减小

间隙式
溶质原子一般均大于间隙 → 撑开 → 点阵常数增大

（2）力学性能：硬度、强度提高，塑形下降，即产生固溶强化。

（3）理化性能：电阻加大，导电率下降