固溶体

　　固溶体指的是矿物一定结晶构造位置上离子的互相置换，而不改变整个晶体的结构及对称性等。但微观结构上如结点的形状、大小可能随成分的变化而改变。如自然界辉石就是一个多种成分的固溶体。 自然界矿物 中广泛存在的离子或离子团之间的置换的化学现象，过程称为类质同像或固溶体。类质同像是矿物结晶时，其晶体结构中一种位置被两种或两种以上的不同元素（或基团）而形成混晶的现象，而固溶体是反映形成这种混晶的矿物结构。 固溶体分为三种：替代式固溶体、填隙式固溶体和缺位式固溶。
　　固溶体的分类
　　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。
　　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。
　　按溶质原子与溶剂原子的相对分布来分；可分为无序固溶体和有序固溶体。
　　在讨论固溶体的概念时，认为溶质质点（原子、离子）在溶剂晶体结构中的分布是任意的、无规则的，这便是无序固溶体的概念。例如，晶胞参数的测定，实际上是一个平均值；密度的测定也是统计的结果。固溶体中溶质质点无规则分布的概念，和实验结果基本一致。
　　有些固溶体中溶质质点的分布是有序的，即溶质质点在结构中按一定规律排列，形成所谓“有序固溶体”。例如，Au-Cu固溶体，Au和Cu都是面心立方格子，它们之间可以形成连续置换固溶体。在一般情况下，Au和Cu原子是无规则的分布在面心立方格子的结点上，这便是一般认为的固溶体（图5-47(a)）。但是，如果这个固溶体的组成为AuCu3和AuCu时，并且在适当的温度下进行较长时间退火，则固溶体的结构可转变为“有序结构”。这表现为AuCu3组成中，所有的Au原子占有面心立方格子的顶角位置，而Cu原子则占有面心立方格子的面心位置（图5-47(b)）。因而，从单位晶胞来看组成应为AuCu3。同理，如果Au原子和Cu原子分层相间分布（图5-47(c)），也形成“有序结构”，其相应的组成应为AuCu。这种有序结构称为超结构。它除了和组成有关外，还和晶体形成时的温度、压力条件有关。
　　固溶体的性能
　　当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。
　　适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。