无机非金属材料中固溶体的运用研究

周兆雄

摘要：本文主要以无机非金属材料中固溶体的运用作为研究论点，先分析固溶体的性能，然后对无机非金属材料中固溶体的运用进行详细论述，主要包括载体运用、催化剂应用、对晶体的影响、新型陶瓷，旨在充分发挥出固溶体在无机非金属材料中的应用优势，将固溶体的性能充分发挥出来，并将固溶体的运用范围拓展开来。

关键词：无机非金属材料;固溶体;运用

对于无机非金属材料来说，在制备环节中，缺陷问题极容易出现在材料内部，从而导致固溶体的形成。分析固溶体形成的方式，温度控制、压力控制等比较常见，通过材料性质的改变，以此来赋予材料新的性能。同时在固溶体制备方法中，氧化物高能球磨方式、表面活性剂模板方式等得到了广泛应用。总而言之，在无机非金属材料中，固溶体材料发挥着不可比拟的作用和优势，值得进行广泛应用与推广。

一、固溶体的性能分析

对于固溶体来说，主要是指溶剂中的溶质溶解后所得的产物。在理化性质方面，微量的溶解的作用显著。固溶体在主晶中的位置，应密切联系外来的组元，并对置换固溶体、间隙固溶体进行分类，分析外来组元在主晶相中的固溶度程度，连续型固溶体、有限型固溶体为重要的划分内容。现分析其性能：

首先，固溶强化。如果溶质元素含量并不高，固溶体性能和溶剂金属性能的差异性比较小。但是如果溶质元素的增加明显，会不断强化金属硬度和强度，且不断降低韧性和塑性，即固溶强化。针对于置换固溶体等，其固溶强化现象突出。加强溶质含量的控制，可以促使固溶体硬度、强度的提升，并将其韧性和塑性充分发挥出来。由此可见，固溶体的力学性能不容忽视，广泛应用于工业生产领域。

其次，电性能。在溶质含量不断变化的影响下，会促使固溶体电性能变化越来越明显，但是在相界中，突变现象经常出现。针对于PbZrO3、PbTiO3，分别作为反铁电体、铁电体，其化合物结构比较相似【1】，Zr4+和Ti4+尺寸有着较近的相似度，所以有助于连续固溶体的产生。在其成分不断变化的推动下，其晶体结构的差异性会越来越大。PbZrO3、PbTiO3体系的等价置换，可以为固溶体结构的形成奠定良好的基础，不仅可以将电场的平衡性发挥出来，而且还可以防止电导出现异常，避免使介电性发生改变。

二、无机非金属材料中固溶体的具体应用

（一）载体运用

对于载体现象来说，在汽车尾气中经常发生，同时也是重要的催化剂之一。在CeO2中掺杂Zr4+形成Cexzr1-O2，可以使得CeO2到改善，而且在实际应用方面，不仅在汽车尾气催化剂载体中起到了重要的作用，同时其贮氧能力也比较强，其热稳定性能突出，所以在催化剂领域中具有较强的影响力。借助助剂组分和载体组分的应用，有助于促使固溶体的形成，在助剂的组分分布方面，其均匀性特点显著，而且载体组分也具有较高的均勻性。

（二）催化剂应用

首先，铈锆氧化物。针对于二氧化铈，不仅属于重要的催化剂之一，而且也具有促进剂的作用。在实际应用方面，汽车尾气催化剂、氧气传感器等比较常见。对于CeO2-ZrO2这一固溶体来说，在甲烷燃烧时，其催化性显著，且稳定性也比较强。铈锆氧化物固溶液，由于Ce，Ce4+的氧化还原性能优势，在向Ce3+转化时，产生的氧可以为CH4的氧化创造有利条件，而且在转化过程中，Ce3+和Ce4+具有交替的趋向，而且还可以将缓冲作用发挥在氧浓度的变化之中。

其次，三元固溶液。在铜掺杂Mn-Ce-O复合物实验中，可以将Cu2+和CeO2的晶格结合在一起，而且Mn3+和CeO2的晶格也具有较强的结合优势，促使CeO2复合物的生成，即三元固溶液（Cu-Mn-Ce-O）【2】。固溶体的生成，可以使氧的吸附能力得到提升，并给予活化的能力一定的保证，此外，还可以有效提高催化剂中锰的分散程度，发挥出复合氧化物氧还原的促进作用。

最后，SnO2-TiO2固溶体。SnO2在TiO2中的添加，有助于固溶体的形成，其中，红金石结构比较常见，但是其酸性并不明显，表面不仅具有吸附氧的作用，而且晶格氧也得到了充分体现。通过集中整合SnO2和TiO2，SnO2具有分散比较纯相的TiO2的作用，促使催化剂活性的提升。

（三）对晶格的影响

针对于钛酸铝，具有较强的抗热震动性能、耐火性能等，处于750℃～1300℃之间，可以促使刚玉、金红石的分解，但是会对钛酸铝的应用造成影响。在钛酸铝稳定性不足的影响下，应积极引入三氧化二铁和氧化镁，并与钛酸铝的结合，确保固溶体的连续性，旨在将晶格的稳定性发挥出来，同时有效限制钛酸铝的热分解。

（四）新型陶瓷

在陶瓷产品不断应用过程中，工业陶瓷的需求量越来越庞大化。对于陶瓷企业来说，出自于满足市场需求的角度，对钛硅碳系列的新型陶瓷进行积极研发。针对于该陶瓷，在抗氧化、高强度、抗压等方面发挥着重要的作用。在新型陶瓷制造方面，氧化铈固溶体可以不断提升陶瓷的性能水平。通常来说，氧化铈固溶体如果大于2400°，属于立方相结构，其稳定性较强，在烧制陶瓷过程中，对于温度控制的要求较高，实现氧化铈固溶体的晶相结构向立方相结构的顺利转化，为隔热陶瓷和耐火陶瓷制造创造有利条件。

三、结语

通过本文研究论述，在新型材料不断发展的推动下，固溶体的理论的应用价值越来越凸显。其中，在氧化铝中，其他的一些氧化物的掺杂，可以为不同颜色各类宝石制品的制作提供便捷，并实现外界环境的有效利用，借助掺杂杂质的方式，合理改变材料的结构，将固溶体的某些特殊性能充分展现出来，并与实际应用需求相符。

参考文献：

[1] 毕志宇， 苏杭. 改进的水热法在无机非金属材料制备中的应用[J]. 建材发展导向， 2019， 17（2）：1.

[2] 寇明璞、邓宇、张如梦、王丽、Po， Keung， Wong，苏凤云，叶立群. 利用固溶体和异质结的协同效应增强BiOBr_（0.5）I_（0.5）/BiOI分子氧活化能力光催化去除NO（英文）[J]. Chinese Journal of Catalysis， 2020， v.41（10）：75-82.