无机非金属材料中固溶体的实施

2019-02-16宋鲁侠

四川水泥 2019年9期

宋鲁侠

（湖北第二师范学院，湖北武汉 430205）

固溶体在无机非金属材料的制备过程中得到了广泛应用，得到了业界人士的广泛认可。随着我国科学技术的不断发展，固溶体的运用也更加广泛，给无机非金属材料制备行业发展提供了保证，并在工程陶瓷以及电子材料的催化剂制备中发挥了巨大作用，为我国行业发展提供了巨大助力。在无机非金属材料的制备过程中，通过对材料的温度、压力以及杂质等各环节的把控，就能够使制备材料的内部出现缺陷，形成固溶体。

1 固溶体的概念

固溶体是经过溶质原子融入到溶剂晶格后而能够继续保持溶剂类型的一种合金相的称呼，将这种合金相称之为固溶体，而这种组元则称之为溶剂。在固溶体的分类中，根据其不同分类形式，固溶体的名称也各不相同。根据溶质原子在晶格中的位置排列不同，固溶体可以划分为置换固溶体以及间隙固溶体；而根据固溶度来进行划分时，固溶体也可以划分为有限固溶体以及无线固溶体；根据溶质原子和溶剂原子的相对分布形式来进行划分，也可以划分为有序固溶体和无序固溶体。在无机非金属的制备过程中，通过对无机非金属材料的制备温度控制、制备压力控制以及材料材质控制等方式，能够是材料内部出现材料缺陷，进而形成固溶体，其原理就是无机非金属材料制备中溶质原子和溶剂原子发生变化，而最终形成固溶体[1]。

2 固溶体的性能分析

固溶体的性能是呈现在多方面的，其主要性能主要体现在以下四个方面：

第一，固溶体的固溶强化性能。固溶体的固溶强化就是指固溶体的溶质元素含量上升，金属的强度和硬度上升，而其塑性以及韧性则呈现出下降的状态，也就被称之为固溶强化。固溶体的固溶强化性能工业生产中占有重要地位，是工业生产中常用的强化方式。

第二，固溶体的固溶度性能。固溶度是金属在固体形态下的溶解度体现，在合金元素在固态钢中进行溶解时，奥氏体晶格的间隙越大，合金元素的溶解度也就更高。

第三，固溶体的固溶热处理性能。在对合金进行加热处理时，在加热的高温单相区内部保持加热恒温状态，使加热过程中的剩余相能够快速溶解并冷却，然后能够得到超过饱和情况的固溶体，就是固溶体所谓的固溶热处理。在进行固溶热处理应用时，其应用方式主要分为两种：其一是人工时效处理；其二是自然时效处理[2]。在方式运用过程中，要综合考虑合金本身的性质以及其固溶热处理的用途，选择科学性的方法。

第四，固溶体的电性能。在固溶体制备过程中，随着溶质原子含量的不断改变，固溶体本身的电性能也会持续发生改变，而在相界中，固溶体的电性能则是呈现为突变状态。以反铁电体PbZrO3以及铁电体PbTiO3为例，两者的电性能并不突出，而在两者不断变化的过程中，就能够产生连续性的固溶体，二者之间的晶体结构发生改变，电性能也随之而改变。

3 无机非金属材料中固溶体的运用

第一，固溶体的载体运用。固溶体载体运用是无机非金属材料中固溶体运用的重要形式之一。以汽车尾气为例，随着汽车尾气CeO2中Zr4+的不断融入，形成了全新的CexZr1-O2，不仅使CeO2的本相特征发生了巨大改变，而且在其运用的过程中，不仅成为了汽车尾气进行催化的催化剂载体，也成为了汽车尾气催化过程中的催化剂助剂。

第二，固溶体的催化剂作用。固溶体的催化剂作用主要体现在固溶体融合的过程中，以固溶体SnO2-TiO2为例，其是新固溶体的展现形式，是由TiO2与SnO2进行融合而形成的固溶体，是属于红金石结构的一种，其结构酸性呈现并不明显，在其结构表面不仅会含有吸附氧，还会形成一定的晶格氧，而将两者有效结合后，比较纯相的SnO2会快速被SnO2而分解，因此提高了SnO2-TiO2表面的粒子表面面积，因此也实现了对催化剂活性的提升。

第三，固溶体的三元固溶液运用。三元固溶液即Cu-Mn-Ce-O，是在铜与Mn-Ce-O 复合物融入的实验中而形成的，其形成原理是由CeO2的溶质晶格中融入Cu2+啊，也可以通过在CeO2的溶质晶格中融入Mn3+的方式进行处理，使Cu2+或者Mn3+生成为CeO2的复合物，进而形成三元固溶液，也就是Cu-Mn-Ce-O。在三元固溶液的固溶体生成过程中，不仅提升了Cu-Mn-Ce-O 的氧吸附能力，也提升了Cu-Mn-Ce-O 的活化能力，实现了对Cu-Mn-Ce 之间协调作用的增加，不仅可以提升催化剂中铜的分解能力，更能够提升催化剂之中的锰元素的分散程度，实现了对复合氧化物氧还原的促进与提升。

第四，固溶体对晶格的影响作用。这一点主要体现在固溶体钛酸铝之中，钛酸铝具有三方面的优点：其一是钛酸铝具有较强的抗热震性；其二是钛酸铝的耐火性较高；其三是钛酸铝的隔热性能也较为优良。在钛酸铝中引入三氧化二铁以及氧化镁，就会使钛酸铝形成连续固溶体，对晶格产生影响作用。