有关固溶体在无机非金属材料中的有效运用价值分析

廖天



有关固溶体在无机非金属材料中的有效运用价值分析

廖天

近年来，随着现代化社会经济的迅速发展，以及科技水平的逐渐提升，固溶体在无机非金属材料制备中获得了十分广泛的运用，特别是在催化剂制备中，工程陶瓷与电子材料获得了良好的运用。此背景下，本文首先分析了固溶体，其次固溶体在无机非金属材料中的有效运用进行了详细的研究。

固溶体；无机非金属材料；有效运用；价值

当前，随着现代社会的进一步发展，新技术与新材料获得了较为广泛的应用，固溶体在材料制备过程中也获得了日益广泛的运用，借助固溶体理论，还可为新材料的研发与应用提供进一步指导。在无机非金属材料制备过程中，通过有效控制温度、压力与杂质等，可在材料内产生一些缺陷与不足，从而形成固溶体，改变材料性质，开发新材料。目前，在无机非金属材料中，固溶体的应用日益突出，并且获得了长远的发展。

1　溶体概述

1.1定义

所谓固溶体，主要是指溶质原子融入溶剂晶格中但依旧保持溶剂类型的合金相，一般以一种化学物质为基体溶具备企业物质的原子或分子构成的晶体，在合金与硅酸盐中较为常见，在多原子物质中也存在。将溶质加入溶剂的晶体结构之后，可稳定存在，并且还可保持均相，此类型的混合物可看作溶液。在多种溶度情况下，部分混合物能够形成固溶体，但少数混合物永远无法形成固溶体。

1.2分类

①依据晶格中溶质原子位置的差异，可分为置换固溶体、间隙固溶体两种。其中，所谓置换固溶体，即为占据溶剂晶格结点位置而形成的固溶体。如果溶剂及溶质原子直径间的差距较小，并处于15%范围内，极有可能产生置换固溶体。间隙固溶体是指分布在溶剂晶格间隙的固溶体。但间隙固溶体的形成需要满足以下条件：溶剂与溶剂原子直径间的比值差不大于0.59。②依据固溶度差异，固溶体可以分为无限固溶体与有限固溶体。③依据溶剂原子与溶质原子分布之间的差异，固溶体可被分为有序固溶体与无序固溶体。

1.3性能

1.3.1固溶强化

如果溶质元素含量相对较低，则固溶体的性能与溶剂金属的性能相类似，但随着溶质元素的逐渐增加，金属硬度与强度均会不断上升，韧性与塑性逐渐下降，上述情况极为固溶强化过程。通过相关研究结果可知，置换固溶体与间隙固溶体都会发生固溶强化的情况。通过对溶质含量进行合理的控制，可有效增强固溶体强度及硬度，并且还要确保其具备一定的塑性与韧性。由此可知，固溶体自身的力学性能较良好，目前已广泛运用于工业生产。

1.3.2电性能

通常情况下，随着溶质含量的变化，固溶体自身的电性能会出现连续的甚至是现行变化情况，但如果在相界中，往往会发生突变。例如PbZrO3、PbTiO3的电性能，并不是很良好。其中，PbZrO3是一种反铁电体，PbTiO3是一种铁电体，两者的化合物结构相类似，Zr4+与Ti4+尺寸相近，可形成连续的固溶体。随着其成分的逐渐改变，其晶体结构也会发生一定的变化。通过PbZrO3-PbTiO3体系的等价置换，可形成结构相对完整的固溶体，电场平衡，电导正常，并且不会改变介电性。

1.3.3固溶热处理

通过加热合金，能够在高温单相区中保持恒温，从而使得剩余的相充分速溶、冷却，可获得过饱和的固溶体，上述为固溶热处理工艺，主要包含人工时效处理与自然时效处理两种处理方式，在进行具体处理工作时，需要对合金的性质与用途进行全面的考虑，并在此基础上选用适宜的处理方式。

2　固溶体在无机非金属材料中的有效运用

2.1载体运用

固溶体在汽车尾气中是一种催化剂，并且也是一种载体。将少数Zr4+加入CeO2，可形成CexZr1-xO2，不仅能够调整CeO2的本相特征，在实际应用过程中，还可作为汽车尾气催化剂载体、催化剂助剂使用。同时，其还具备优良的热稳定性机贮氧性能，目前已广泛应用于催化剂领域，并获得了人们的高度关注与大力研究。原料廉价并且属于水溶性无机盐，在载体组分与助剂组分使用过程中，能够形成固溶体，不仅能够确保载体组分分布均匀，还可实现助剂组分分布均匀的目的。

2.2催化剂运用

2.2.1铈锆氧化物固溶体

二氧化铈是一种良好的催化剂，并且还是一种催化剂促进剂，目前已广泛应用于汽车尾气催化剂、水汽变化反应等。依据相关研究结果可知，在甲烷催化燃烧过程中，CeO2-ZrO2固溶体具有催化活性、稳定性作用与功能。在铈锆氧化物固溶体中，由于Ce有优良的氧化还原性，在Ce4+还原为Ce3+时，多余的氧便会氧化为甲烷，在此过程中，Ce4+与Ce3+交替生成，可有效规避氧急剧变化现象的出现，CeO2含量直接影响着催化活性。将Zr4+加入氧化铈立方晶格，可提升CeO2稳定性，避免烧结时晶粒生长过大情况的发生。此类固溶体具备优良的贮氧性能、氧化还原性、热稳定性。

2.2.2SnO2-TiO2固溶体

将适当的SnO2加入TiO2之后，能够形成固溶体，其结构为具有弱酸性特征的金红石，表面上存在一定的晶格氧与吸附氧。通过充分混合SnO2、TiO2，纯相TiO2会被SnO2分解，所以可在一定程度上增加SnO2-TiO2固溶体的比表面积，进而实现增强催化活性的目的。依据相关研究结果可知，Ga-N-ZnO固溶体是一种具备光解水与光响应新能的新型催化剂，能够为氢材料制备提供一个全新的方面。

2.3对晶格的影响

钛酸铝具有较强的抗震性能、优良的隔热性能以及较高的耐火性能。但当温度处于750～1300℃范围内时，钛酸铝不仅能够分解为刚玉，还能够分解为金红石，给钛酸铝的实际应用带来了较大的限制与阻碍，针对此，在不稳定钛酸铝应用过程中，可添加适当的氧化镁与三氧化二铁，使其与钛酸铝形成连续的固溶体，以稳定晶格，并对钛酸铝分解活动形成抑制作用，从而实现钛酸铝有效运用的目的。

3　无机非金属材料新产品的研发

新型无机非金属材料是指具备高强、轻质、耐磨、抗腐、耐高温、抗氧化以及特殊的电、光、声、磁等一系列优异综合性能的新型材料，是其他材料无法替代的功能材料及结构材料。例如耐辐照石英玻璃在各种卫星与宇宙飞船的姿控系统中获得了良好的运用；航空玻璃为中国各类军用飞机的制造提供了关键部件；光学纤维面板、微通道板在全天候兵器中获得了广泛的应用。此外，二氧化硅气凝胶是一种重量最轻的固体材料，并且也是导热系数最低的材料，目前在管道与设备保温项目中得到了广泛的应用。

4　结语

总之，随着新技术、新材料与新设备的开发，固溶体理论获得了十分广泛的应用，例如烧结制备低膨胀材料、利用不同膨胀系数化合物生成固溶体等。同时，将少数其他氧化物加入氧化铝，还可制备各种颜色的宝石制品。此外，通过合理运用外界环境，并采用不同的添加方式，合理改变材料结构，提升固溶体性能，可满足有关实际需求，扩大固溶体的应用范围。由此可知，在现代化社会日后发展过程中，固溶体的应用具有十分重要的意义，必须对其进行深入的研究。

［1］陈上达.辉光放电质谱法在无机非金属材料分析中的应用［J］.黑龙江科技信息，2014（18）：53.

［2］胡永刚，聂长明，吴红枚，等.21世纪无机非金属材料专业面临的挑战与机遇［J］.广东化工，2014（41）：245.

［3］陈上达.仿真模拟在无机非金属材料专业教学中的应用［J］.城市地理，2014（06）：94.

［4］武海斌.无机非金属材料在建筑工程中运用［J］.建筑·建材·装饰，2015（13）：89～91.

［5］陈 平，韦怀珺，赵艳荣，等.SSR模式在无机非金属材料专业本科生教学中的应用［J］.大学教育，2014（12）：139～140.

［6］胡国光.无机非金属材料的研制及性能表征［J］.建筑工程技术与设计，2015（11）：102～103.

廖 天（1979-），男，汉族，中级工程师，本科，毕业于广西大学，毕业证书号：105931200305001082，主要从事建筑材料生产、特种建材研发设计、技术质量管理工作。

TB321

A

2095-2066（2016）19-0162-02

2016-6-10