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，得到了業界人士的廣泛認可。隨著我國科學技術的不斷發展，固溶體的運用也更加廣泛，給無機非金屬材料制備行業發展提供了保證，并在工程陶瓷以及電子材料的催化劑制備中發揮了巨大作用，為我國行業發展提供了巨大助力。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節的把控，就能夠使制備材料的內部出現缺陷，形成固溶體。

1 固溶體的概念

固溶體是經過溶質原子融入到溶劑晶格后而能夠繼續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，根據其不同分類形式，固溶體的名稱也各不相同。根據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在多方面的，其主要性能主要體現在以下四個方面：

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出下降的狀態，也就被稱之為固溶強化。固溶體的固溶強化性能工業生產中占有重要地位，是工業生產中常用的強化方式。

第二，固溶體的固溶度性能。固溶度是金屬在固體形態下的溶解度體現，在合金元素在固態鋼中進行溶解時，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內部保持加熱恒溫狀態，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發生改變，而在相界中，固溶體的電性能則是呈現為突變狀態。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，就能夠產生連續性的固溶體，二者之間的晶體結構發生改變，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，實現了對Cu-Mn-Ce 之間協調作用的增加，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。這一點主要體現在固溶體鈦酸鋁之中，鈦酸鋁具有三方面的優點：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固溶體，對晶格產生影響作用。

4 結論

隨著我國科學技術體系的不斷發展，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，能夠推動我國工業產業發展，并通過無機非金屬材料制備，實現對固溶體性能的運用，為我國工業實業發展提供更加優質的催化劑和助劑。