廖天

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有關(guān)固溶體在無機(jī)非金屬材料中的有效運(yùn)用價(jià)值分析

廖天

近年來，隨著現(xiàn)代化社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，以及科技水平的逐漸提升，固溶體在無機(jī)非金屬材料制備中獲得了十分廣泛的運(yùn)用，特別是在催化劑制備中，工程陶瓷與電子材料獲得了良好的運(yùn)用。此背景下，本文首先分析了固溶體，其次固溶體在無機(jī)非金屬材料中的有效運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

固溶體；無機(jī)非金屬材料；有效運(yùn)用；價(jià)值

當(dāng)前，隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，新技術(shù)與新材料獲得了較為廣泛的應(yīng)用，固溶體在材料制備過程中也獲得了日益廣泛的運(yùn)用，借助固溶體理論，還可為新材料的研發(fā)與應(yīng)用提供進(jìn)一步指導(dǎo)。在無機(jī)非金屬材料制備過程中，通過有效控制溫度、壓力與雜質(zhì)等，可在材料內(nèi)產(chǎn)生一些缺陷與不足，從而形成固溶體，改變材料性質(zhì)，開發(fā)新材料。目前，在無機(jī)非金屬材料中，固溶體的應(yīng)用日益突出，并且獲得了長遠(yuǎn)的發(fā)展。

1　溶體概述

1.1定義

所謂固溶體，主要是指溶質(zhì)原子融入溶劑晶格中但依舊保持溶劑類型的合金相，一般以一種化學(xué)物質(zhì)為基體溶具備企業(yè)物質(zhì)的原子或分子構(gòu)成的晶體，在合金與硅酸鹽中較為常見，在多原子物質(zhì)中也存在。將溶質(zhì)加入溶劑的晶體結(jié)構(gòu)之后，可穩(wěn)定存在，并且還可保持均相，此類型的混合物可看作溶液。在多種溶度情況下，部分混合物能夠形成固溶體，但少數(shù)混合物永遠(yuǎn)無法形成固溶體。

1.2分類

①依據(jù)晶格中溶質(zhì)原子位置的差異，可分為置換固溶體、間隙固溶體兩種。其中，所謂置換固溶體，即為占據(jù)溶劑晶格結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體。如果溶劑及溶質(zhì)原子直徑間的差距較小，并處于15%范圍內(nèi)，極有可能產(chǎn)生置換固溶體。間隙固溶體是指分布在溶劑晶格間隙的固溶體。但間隙固溶體的形成需要滿足以下條件：溶劑與溶劑原子直徑間的比值差不大于0.59。②依據(jù)固溶度差異，固溶體可以分為無限固溶體與有限固溶體。③依據(jù)溶劑原子與溶質(zhì)原子分布之間的差異，固溶體可被分為有序固溶體與無序固溶體。

1.3性能

1.3.1固溶強(qiáng)化

如果溶質(zhì)元素含量相對較低，則固溶體的性能與溶劑金屬的性能相類似，但隨著溶質(zhì)元素的逐漸增加，金屬硬度與強(qiáng)度均會(huì)不斷上升，韌性與塑性逐漸下降，上述情況極為固溶強(qiáng)化過程。通過相關(guān)研究結(jié)果可知，置換固溶體與間隙固溶體都會(huì)發(fā)生固溶強(qiáng)化的情況。通過對溶質(zhì)含量進(jìn)行合理的控制，可有效增強(qiáng)固溶體強(qiáng)度及硬度，并且還要確保其具備一定的塑性與韌性。由此可知，固溶體自身的力學(xué)性能較良好，目前已廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)。

1.3.2電性能

通常情況下，隨著溶質(zhì)含量的變化，固溶體自身的電性能會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的甚至是現(xiàn)行變化情況，但如果在相界中，往往會(huì)發(fā)生突變。例如PbZrO3、PbTiO3的電性能，并不是很良好。其中，PbZrO3是一種反鐵電體，PbTiO3是一種鐵電體，兩者的化合物結(jié)構(gòu)相類似，Zr4+與Ti4+尺寸相近，可形成連續(xù)的固溶體。隨著其成分的逐漸改變，其晶體結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生一定的變化。通過PbZrO3-PbTiO3體系的等價(jià)置換，可形成結(jié)構(gòu)相對完整的固溶體，電場平衡，電導(dǎo)正常，并且不會(huì)改變介電性。

1.3.3固溶熱處理

通過加熱合金，能夠在高溫單相區(qū)中保持恒溫，從而使得剩余的相充分速溶、冷卻，可獲得過飽和的固溶體，上述為固溶熱處理工藝，主要包含人工時(shí)效處理與自然時(shí)效處理兩種處理方式，在進(jìn)行具體處理工作時(shí)，需要對合金的性質(zhì)與用途進(jìn)行全面的考慮，并在此基礎(chǔ)上選用適宜的處理方式。

2　固溶體在無機(jī)非金屬材料中的有效運(yùn)用

2.1載體運(yùn)用

固溶體在汽車尾氣中是一種催化劑，并且也是一種載體。將少數(shù)Zr4+加入CeO2，可形成CexZr1-xO2，不僅能夠調(diào)整CeO2的本相特征，在實(shí)際應(yīng)用過程中，還可作為汽車尾氣催化劑載體、催化劑助劑使用。同時(shí)，其還具備優(yōu)良的熱穩(wěn)定性機(jī)貯氧性能，目前已廣泛應(yīng)用于催化劑領(lǐng)域，并獲得了人們的高度關(guān)注與大力研究。原料廉價(jià)并且屬于水溶性無機(jī)鹽，在載體組分與助劑組分使用過程中，能夠形成固溶體，不僅能夠確保載體組分分布均勻，還可實(shí)現(xiàn)助劑組分分布均勻的目的。

2.2催化劑運(yùn)用

2.2.1鈰鋯氧化物固溶體

二氧化鈰是一種良好的催化劑，并且還是一種催化劑促進(jìn)劑，目前已廣泛應(yīng)用于汽車尾氣催化劑、水汽變化反應(yīng)等。依據(jù)相關(guān)研究結(jié)果可知，在甲烷催化燃燒過程中，CeO2-ZrO2固溶體具有催化活性、穩(wěn)定性作用與功能。在鈰鋯氧化物固溶體中，由于Ce有優(yōu)良的氧化還原性，在Ce4+還原為Ce3+時(shí)，多余的氧便會(huì)氧化為甲烷，在此過程中，Ce4+與Ce3+交替生成，可有效規(guī)避氧急劇變化現(xiàn)象的出現(xiàn)，CeO2含量直接影響著催化活性。將Zr4+加入氧化鈰立方晶格，可提升CeO2穩(wěn)定性，避免燒結(jié)時(shí)晶粒生長過大情況的發(fā)生。此類固溶體具備優(yōu)良的貯氧性能、氧化還原性、熱穩(wěn)定性。

2.2.2SnO2-TiO2固溶體

將適當(dāng)?shù)腟nO2加入TiO2之后，能夠形成固溶體，其結(jié)構(gòu)為具有弱酸性特征的金紅石，表面上存在一定的晶格氧與吸附氧。通過充分混合SnO2、TiO2，純相TiO2會(huì)被SnO2分解，所以可在一定程度上增加SnO2-TiO2固溶體的比表面積，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)催化活性的目的。依據(jù)相關(guān)研究結(jié)果可知，Ga-N-ZnO固溶體是一種具備光解水與光響應(yīng)新能的新型催化劑，能夠?yàn)闅洳牧现苽涮峁┮粋€(gè)全新的方面。

2.3對晶格的影響

鈦酸鋁具有較強(qiáng)的抗震性能、優(yōu)良的隔熱性能以及較高的耐火性能。但當(dāng)溫度處于750～1300℃范圍內(nèi)時(shí)，鈦酸鋁不僅能夠分解為剛玉，還能夠分解為金紅石，給鈦酸鋁的實(shí)際應(yīng)用帶來了較大的限制與阻礙，針對此，在不穩(wěn)定鈦酸鋁應(yīng)用過程中，可添加適當(dāng)?shù)难趸V與三氧化二鐵，使其與鈦酸鋁形成連續(xù)的固溶體，以穩(wěn)定晶格，并對鈦酸鋁分解活動(dòng)形成抑制作用，從而實(shí)現(xiàn)鈦酸鋁有效運(yùn)用的目的。

3　無機(jī)非金屬材料新產(chǎn)品的研發(fā)

新型無機(jī)非金屬材料是指具備高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐磨、抗腐、耐高溫、抗氧化以及特殊的電、光、聲、磁等一系列優(yōu)異綜合性能的新型材料，是其他材料無法替代的功能材料及結(jié)構(gòu)材料。例如耐輻照石英玻璃在各種衛(wèi)星與宇宙飛船的姿控系統(tǒng)中獲得了良好的運(yùn)用；航空玻璃為中國各類軍用飛機(jī)的制造提供了關(guān)鍵部件；光學(xué)纖維面板、微通道板在全天候兵器中獲得了廣泛的應(yīng)用。此外，二氧化硅氣凝膠是一種重量最輕的固體材料，并且也是導(dǎo)熱系數(shù)最低的材料，目前在管道與設(shè)備保溫項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用。

4　結(jié)語

總之，隨著新技術(shù)、新材料與新設(shè)備的開發(fā)，固溶體理論獲得了十分廣泛的應(yīng)用，例如燒結(jié)制備低膨脹材料、利用不同膨脹系數(shù)化合物生成固溶體等。同時(shí)，將少數(shù)其他氧化物加入氧化鋁，還可制備各種顏色的寶石制品。此外，通過合理運(yùn)用外界環(huán)境，并采用不同的添加方式，合理改變材料結(jié)構(gòu)，提升固溶體性能，可滿足有關(guān)實(shí)際需求，擴(kuò)大固溶體的應(yīng)用范圍。由此可知，在現(xiàn)代化社會(huì)日后發(fā)展過程中，固溶體的應(yīng)用具有十分重要的意義，必須對其進(jìn)行深入的研究。

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廖 天（1979-），男，漢族，中級工程師，本科，畢業(yè)于廣西大學(xué)，畢業(yè)證書號：105931200305001082，主要從事建筑材料生產(chǎn)、特種建材研發(fā)設(shè)計(jì)、技術(shù)質(zhì)量管理工作。

TB321

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2095-2066（2016）19-0162-02

2016-6-10