王琦

摘要：近年來我國科學(xué)技術(shù)的進步帶動了新材料和新技術(shù)的發(fā)展，這也使固溶物在非金屬材料中應(yīng)用十分廣泛，而且具有非常好的發(fā)展前景。在工程陶瓷等非技術(shù)材料制備過程中，固溶物作為催化劑，可以有效的提高非金屬材料的性能和產(chǎn)量。在進行非金屬制備過程中，通過摻入相應(yīng)的固溶物后，可以改變無機材料的性質(zhì)，使生產(chǎn)出來的新型材料具有更好的性能。因此在當(dāng)前無機非金屬材料制備中固溶體的應(yīng)用變得越發(fā)重要。文中從固溶體概述入手，并進一步對無機非金屬材料中固溶體的應(yīng)用進行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：固溶體；無機非金屬材料；性能；應(yīng)用

當(dāng)前一些新技術(shù)和新材料在各個領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用，這為新材料工業(yè)的發(fā)展帶來了良好的發(fā)展機遇。在新材料應(yīng)用過程中，固溶體的應(yīng)用和研究力度不斷加大，特別是近年來固溶體在無機非金屬材料中的應(yīng)用，以此來改變非金屬材料的性能，使新產(chǎn)品具有全新的特性和優(yōu)異的綜合性能，增強其實用性。

1 固溶體概述

固溶體通常情況下都是以一種化學(xué)物質(zhì)作為基體，將其他物質(zhì)的原子或是分子溶入溶劑晶格中所組成的晶體，并保持溶劑類型的合金相，多見于合金或是硅酸鹽系統(tǒng)中，也存在于多原子物質(zhì)中。在實際操作過程中，一些混合物能夠在多種濃度情況下形成固溶體，但部分混合物根本無法形成固溶體。在對固溶體進行分類過程中，可以以溶質(zhì)原子在晶體中的位置來劃分為置換固溶體、間隙固溶體。當(dāng)溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶體結(jié)點位置時形成的固溶體為置換固溶體，置換固溶體溶劑和溶質(zhì)原子直接相差較小。當(dāng)溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格間隙位置時，即為間隙固溶體，其溶劑為直徑較大的過渡金屬，溶質(zhì)為直徑較小的氫、碳等非金屬，溶劑與溶質(zhì)原子直徑比例小于0.59，從而形成間隙固溶體。另外，固溶體由于固溶度的不同還可以分為無限固溶體和有限固溶體；溶劑原子和溶質(zhì)原子分布不同還可以將固溶體分為有序固溶體和無序固溶體。固溶體具有固溶強化、電性能和固溶熱處理等性能。當(dāng)溶質(zhì)元素含量較低時，固溶體性能和溶劑金屬性能十分相似，當(dāng)溶質(zhì)元素不斷增加時，會提高金屬硬度和強度，但韌性和塑性會呈現(xiàn)出下降趨勢。因此要合理對溶質(zhì)含量進行控制，以此來增強固溶體的強度和硬度，使其保持良好的韌性和塑性。當(dāng)溶質(zhì)含量不斷變化時，固溶體電性能也會隨之發(fā)生變化，但是在相界中一般會有突變發(fā)生，使固溶體達不到優(yōu)良的電性能。固溶熱處理的方法有人工時效處理和自然時效處理，在具體操作時要針以合金性質(zhì)和用途來選擇適宜的處理方法，即要通過加熱合金，保持高溫單相區(qū)的恒溫，充分速溶剩余相并使其冷卻，從而獲得過飽和的固溶化。

2 固溶體在無機非金屬材料中的有效運用

2.1 載體運用

在汽車尾氣中，固溶體不僅是一種催化劑，也是一種載體。在CeO2添加一些Zr4+，可以生成CexZr1-xO2，不僅可以對CeO2的本相特征予以調(diào)整，在實際運用中，也可以充當(dāng)汽車尾氣的催化劑載體，還可以充當(dāng)汽車尾氣的催化劑助劑；同時，其還具有良好的熱穩(wěn)定性機貯氧性能，在催化劑領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，成為了人們的研究熱點。原料不僅廉價，還屬于水溶性無機鹽，在使用載體組分與助劑組分的時候，可以產(chǎn)生固溶體，這樣不僅可以保證載體組分的分布均勻，還可以實現(xiàn)助劑組分的分布均勻。

2.2固溶體作為催化劑

通過將二氧化鈰和二氧化鋯進行固溶，可以得到一種新的鈰鋯氧化物固溶體。這其中二氧化鈰作為性能較好的催化劑，在生物陶瓷材料制備及生產(chǎn)燃料電池的電極過程中用作催化劑具有較好的效果。將兩者結(jié)合于一體的固溶體，其具備了鈰的氧化還原性質(zhì)，二氧化鈰會對鈰鋯氧化物固溶體的催化活性帶來直接的影響。因此在生物陶瓷制備中加入鈰鋯氧化物的固溶體后，可以將四價鋯引入到立方的晶格中，并在燒結(jié)過程中起到催化作用，從而使生產(chǎn)出來的生物陶瓷具有較好的質(zhì)量和性能。

在Mn-Ce-O的復(fù)合氧化物中，摻入一些銅粉，形成新的復(fù)合氧化物的固溶體，同樣可以在催化作用中增強其催化的作用，這是由于在合氧化物Cu.Mn—Ce—O三元固溶體中，二價的Cu2+和Mn3+進入到CeO2的晶格中去，使其形成螢石型結(jié)構(gòu)的三元固溶體，這樣的催化劑在催化無機非金屬材料過程中，提高了氧的活性和吸附能力，提高了固溶體中銅和錳的分散和結(jié)合的速度，在無機非金屬中會加快化合物表面物質(zhì)的還原，將催化活性能降到最低，使得生產(chǎn)過程中，無機非金屬材料耗能少，降低了成本。

還有一種固溶體是將TiO2中將SnO2摻雜進去形成SnO2-TiO2固溶體，主要的結(jié)構(gòu)為金紅石，形成的固溶物由于酸性弱，在固溶物的表面會出現(xiàn)含有吸附氧，在晶格中出現(xiàn)晶格氧。在非金屬材料的制備中，TiO2會在反應(yīng)中被SnO2反應(yīng)分解，將SnO2-TiO2固溶體的比表面積增大到一定程度，將SnO2-TiO2固溶體的催化活性提升，在寬帶隙半導(dǎo)體的制備中能連續(xù)反應(yīng)，催化活性很高。

2.3固溶體對晶格的影響

在一種發(fā)現(xiàn)的鈦酸鋁固溶體，經(jīng)過研究和實驗，發(fā)現(xiàn)鈦酸鋁具有耐火性、隔熱性以及抗震性等一系列優(yōu)良特點，但是在實際的應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)鈦酸鋁在高溫時，只要溫度超過800℃時，就會被分解，在1300℃以下會被分解成金紅石和剛玉，這就會讓鈦酸鋁的催化性能降低，不穩(wěn)定的鈦酸鋁，要想保證其穩(wěn)定性，通常會加入一些Fe2O3和MgO，使得鈦酸鋁形成穩(wěn)定一點的晶格，有效地抑制鈦酸鋁固溶體的分解。在無機非金屬材料的制備中，鈦酸鋁固溶物的使用會使得生產(chǎn)的非金屬材料壓電性穩(wěn)定、介電常數(shù)能夠大幅的提升。因此在實際的應(yīng)用中，鈦酸鋁固溶體廣泛的應(yīng)用到無機非金屬材料的制備中。

2.4固溶體在新型陶瓷中的應(yīng)用

目前一種新型的鈦硅碳系列陶瓷得以面世，其具有較高的強度、抗壓、抗震和抗氧化性能十分優(yōu)良。在這類新型陶瓷制備過程中，利用氧化鋯固溶體，其在高溫下結(jié)構(gòu)不變，因此在陶瓷制備過程中，氧化鋯固溶體處于立方相結(jié)構(gòu)時具有較為穩(wěn)定性，因此將其用來火陶瓷和隔熱陶瓷制備中應(yīng)用。在陶瓷具體制備過程中，需要嚴格控制燒制陶瓷的溫度，以此來保證氧化鋯固溶體立方相結(jié)構(gòu)，可以采用溶膠凝膠法來將氧化鋯固溶體摻入到陶瓷材料中來，同時還要加入一定比例的Pr，在具體操作過程中，不同制備技術(shù)和不同Pr摻入量、不同溫度等都會使生產(chǎn)出來的新型陶瓷存在一定的差異。

3結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新型材料也會不斷面世，在無機非金屬材料中制備中應(yīng)用新技術(shù)，使化合物擁有不同的膨化系數(shù)，以此來實現(xiàn)不同化合物的固溶，形成新的固溶物來制備出超低膨脹的無機材料，不僅有利于提高固溶體的性能，而且能夠進一步拓展固溶體的運用范圍，更好的發(fā)揮出固溶體的重要作用，推動其在無機材料生產(chǎn)中的有效應(yīng)用。

參考文獻：

[1]趙帥，趙萍.固溶體在無機非金屬材料中的應(yīng)用[J].山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，（4）.

[2]徐順建.無機非金屬新材料科技與產(chǎn)業(yè)概況及發(fā)展趨勢[J].新余高專學(xué)報，2010，（5）.

[3]史文元.關(guān)于固溶體在無機非金屬材料中應(yīng)用的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，（3）.