间隙固溶体

间隙固溶体

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2023年3月6日发(作者：人物御龙图)

固溶体和金属间化合物的区别

无标题

合金是2种或2种以上的金属或金属与非金属元素经过熔炼或者

粉末冶金的方法得到的具有金属特性的物质。通常我们所使用的金属

材料以合金居多，纯金属相对要少。各种合金的标准都是可查到的

（合金往往都是往一种金属中有意识的加入另外一种或几种金属以达

到某些制定的要求）合金存在的状态有无限固溶、有限固溶、共晶、

包晶、金属间化合物、非晶等多种状态。而固溶就是其中的一种。可

以参考一下分类：

固溶体之一

由几种不同化学组分所组成的均匀晶体，通常以一种物质为溶剂，

在固态下溶有其他溶质的原子或分子而形成的晶体。在合金及硅酸盐

系统中较多见，主要可分为以下两种类型：

①间隙固溶体由溶质原子渗入溶剂晶格中的原子之间的空隙中构

成，如碳溶解于铁中而形成的固溶体。

②置换固溶体由溶质原子代替溶剂晶格中的原子构成，如铜溶于

镍中而成的固溶体。

在一定条件下，有的两种元素可以依任意比例互相置换而形成无

限固溶体；有的则有浓度限制，即一种物质在另一种物质中有一定的

溶解度，超过此浓度将有另一种固溶体产生，称该类固溶体为有限互

溶固溶体，如Cu-Al固溶体。固溶体为单相。

固溶体之二

以一种元素（或化合物）为溶剂，另一种或几种元素做溶质的固

态下的溶体。固溶体保有溶剂的晶格，固溶体的成分可以在或大或小

的范围内变化。若两组元固态下呈无限互溶时称无限固溶体，亦称连

续固溶体；固态下两组元若部分互溶时，则为有限固溶体，亦称端际

固溶体；若溶质原子在溶剂的分布完全是混乱无序的，称无序固溶体；

总溶质原子产生溶质偏聚或溶质原子周围尽量和溶剂原子结合，称有

序固溶体；依溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置的不同，又分为置

换固溶体、间隙固溶体和缺位固溶体。

①置换固溶体在晶格中溶质原子替代了溶剂的位置。其固溶度

（固态下溶质在溶剂中的溶解度极限）有如下特点：受尺寸因素的影

响是，溶质与溶剂元素的原子半径越小固溶度越大。若其他因素相同，

铜基与银基固溶体中，若原子半径差大于15%时固溶度很小，小于15%

或更小时甚至可形成无限互溶固溶体。受化学亲和力因素的影响是，

亲和力越大越易形成稳定的金属间化合物，而形成固体的溶解度比较

小、经验上用电负性衡量，若溶质与溶剂电负性差小于0.4～0.5时有

利于固溶体形成，若大于0.5时则有利于形成化合物。受元素化合价因

素的影响是，溶质的比合价越高溶解度越小。受晶体结构因素的影响

是，若溶质与溶剂结构相同，易形成无限固溶的连续固溶体或具有较

大溶解度的有限固溶体，否则反之。

②间隙固溶体溶质原子只占据溶剂晶格的间隙位置而不占据晶格

的结点位置。形成间隙固溶体的溶剂元素大都是过渡金属元素，溶质

原子半径一般小于10-10m。间隙固溶体都是有限固溶体，其固溶度

除与溶质原子半径大小有关外，还与溶剂晶格类型有关，因为后者决

定间隙的大小。由于溶质原子的溶入，间隙固溶体的晶格发生畸变，

晶格常数也随溶质的增多而增大。

③缺位固溶体多以化合物为溶剂，而以一组元素为溶质所组成的

固溶体。这种固溶体在成分上偏离理想化合物的成分，因此，实际上

这种固溶体是金属间化合物。

所谓金属间化合物，是指金属和金属之间，类金属和金属原子之

间以共价键形式结合生成的化合物，其原子的排列遵循某种高度有序

化的规律。当它以微小颗粒形式存在于金属合金的组织中时，将会使

金属合金的整体强度得到提高，特别是在一定温度范围内，合金的强

度随温度升高而增强，这就使金属间化合物材料在高温结构应用方面

具有极大的潜在优势。

然而事物的优劣总是一把双刃剑。伴随着金属间化合物的高温强

度而来的，是它本质上难以克服的室温脆性。当30年代金属间化合物

刚被发现时，它们的室温延性大多数为零，也就是说，一拉就会断。

因此，许多人预言，金属间化合物作为一种大块材料是没有任何实用

价值的。

80年代中期，美国科学家们在金属间化合物室温脆性研究上取得

了突破性进展。他们往金属间化合物中加人少量硼，可以使它的室温

延伸率提高到50%，与纯铝的延性相当。这一重要发现及其所蕴含的

巨大发展前景，吸引了各国材料科学家展开了对金属间化合物的深入

研究，使之开始以一种崭新的面貌在新材料天地登台亮相。

目前已有约300种金属间化合物可用，除了作为高温结构材料以

外，金属间化合物的其他功能也被相继开发，稀土化合物永磁材料、

储氢材料、超磁致伸缩材料、功能敏感材料等相继汹涌而来。金属间

化合物材料的应用，极大地促进了当代高新技术的进步与发展，促进

了结构与元器件的微小型化、轻量化、集成化与智能化，促进了新一

代元器件的出现。

金属间化合物这一“高温英雄”最大的用武之地是将会在航空航

天领域，如密度小、熔点高、高温性能好的钛铝化合物等具有极诱人

的应用前景。

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