無機非金屬材料中固溶體的實施

宋魯俠

（湖北第二師范學院，湖北 武漢 430205）

固溶體在無機非金屬材料的制備過程中得到了廣泛應用，得到了業(yè)界人士的廣泛認可。隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，固溶體的運用也更加廣泛，給無機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，為我國行業(yè)發(fā)展提供了巨大助力。在無機非金屬材料的制備過程中，通過對材料的溫度、壓力以及雜質等各環(huán)節(jié)的把控，就能夠使制備材料的內部出現(xiàn)缺陷，形成固溶體。

1 固溶體的概念

固溶體是經(jīng)過溶質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，而這種組元則稱之為溶劑。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)固溶度來進行劃分時，固溶體也可以劃分為有限固溶體以及無線固溶體；根據(jù)溶質原子和溶劑原子的相對分布形式來進行劃分，也可以劃分為有序固溶體和無序固溶體。在無機非金屬的制備過程中，通過對無機非金屬材料的制備溫度控制、制備壓力控制以及材料材質控制等方式，能夠是材料內部出現(xiàn)材料缺陷，進而形成固溶體，其原理就是無機非金屬材料制備中溶質原子和溶劑原子發(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)在以下四個方面：

第一，固溶體的固溶強化性能。固溶體的固溶強化就是指固溶體的溶質元素含量上升，金屬的強度和硬度上升，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化。固溶體的固溶強化性能工業(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)鋼中進行溶解時，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。在對合金進行加熱處理時，在加熱的高溫單相區(qū)內部保持加熱恒溫狀態(tài)，使加熱過程中的剩余相能夠快速溶解并冷卻，然后能夠得到超過飽和情況的固溶體，就是固溶體所謂的固溶熱處理。在進行固溶熱處理應用時，其應用方式主要分為兩種：其一是人工時效處理；其二是自然時效處理[2]。在方式運用過程中，要綜合考慮合金本身的性質以及其固溶熱處理的用途，選擇科學性的方法。

第四，固溶體的電性能。在固溶體制備過程中，隨著溶質原子含量的不斷改變，固溶體本身的電性能也會持續(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程中，就能夠產(chǎn)生連續(xù)性的固溶體，二者之間的晶體結構發(fā)生改變，電性能也隨之而改變。

3 無機非金屬材料中固溶體的運用

第一，固溶體的載體運用。固溶體載體運用是無機非金屬材料中固溶體運用的重要形式之一。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，而且在其運用的過程中，不僅成為了汽車尾氣進行催化的催化劑載體，也成為了汽車尾氣催化過程中的催化劑助劑。

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進行融合而形成的固溶體，是屬于紅金石結構的一種，其結構酸性呈現(xiàn)并不明顯，在其結構表面不僅會含有吸附氧，還會形成一定的晶格氧，而將兩者有效結合后，比較純相的SnO2會快速被SnO2而分解，因此提高了SnO2-TiO2表面的粒子表面面積，因此也實現(xiàn)了對催化劑活性的提升。

第三，固溶體的三元固溶液運用。三元固溶液即Cu-Mn-Ce-O，是在銅與Mn-Ce-O 復合物融入的實驗中而形成的，其形成原理是由CeO2的溶質晶格中融入Cu2+啊，也可以通過在CeO2的溶質晶格中融入Mn3+的方式進行處理，使Cu2+或者Mn3+生成為CeO2的復合物，進而形成三元固溶液，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，實現(xiàn)了對Cu-Mn-Ce 之間協(xié)調作用的增加，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，實現(xiàn)了對復合氧化物氧還原的促進與提升。

第四，固溶體對晶格的影響作用。這一點主要體現(xiàn)在固溶體鈦酸鋁之中，鈦酸鋁具有三方面的優(yōu)點：其一是鈦酸鋁具有較強的抗熱震性；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，就會使鈦酸鋁形成連續(xù)固溶體，對晶格產(chǎn)生影響作用。

4 結論

隨著我國科學技術體系的不斷發(fā)展，固溶體的應用愈加廣泛，通過固溶體在無機非金屬材料中的運用，能夠推動我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并通過無機非金屬材料制備，實現(xiàn)對固溶體性能的運用，為我國工業(yè)實業(yè)發(fā)展提供更加優(yōu)質的催化劑和助劑。