工業上使用的金屬材料，絕大部分是以固溶體為基體．有的甚至完全由固溶體組成。如碳鋼和合金鋼．均以固溶體為基體相，其含量占組織中的絕大部分。
間隙固溶體是指溶質原子不是占據溶劑晶格的正常結點位置，而是填入溶劑原子間的一些間隙中。
基本介紹
- 中文名：間隙固溶體
- 外文名：interstitial solid solution
- 別稱：插入固溶體、嵌入固溶體
- 形態：固溶體
- 位置：溶質原子占據晶格中的間隙
- 形成條件：添加的原子愈小，易形成固溶體
簡介,固溶體的微觀參數,影響形成間隙固溶體的因素,形成固溶體後對晶體性質的影響,
簡介
若溶質原子比較小，它們能進入溶劑晶格的問隙位置內，這樣形成的固溶體稱為間隙固溶體，其結構如下圖所示，小黑球代表溶質原子，白球代表溶劑原子。
間隙固溶體的結構間隙固溶體的溶解度不僅與溶質原子的大小有關，而且與溶劑晶體結構中所形成間隙的形狀和大小也有關係。常見的間隙固溶體有下列幾種。
①原子填隙
金屬晶體中，原子半徑較小H、C、B元素容易進入晶格間隙中形成間隙固溶體，如碳在鐵中形成的間隙固溶體。
②陽離子填隙
當CaO加入ZrO2中，當CaO加人量小於0.15時，在180℃發生下列反應：
③陰離子填隙
將YF3加入到CaF2中，形成固溶體，其反應為：
固溶體的微觀參數
從巨觀的角度看，處於熱力學平衡的固溶體可以看成溶質原子分布是完全無序、均勻的，但是當把尺度縮小到原子尺度範圍看時，固溶體中的溶質原子不會完全無序分布。事實上，在微觀角度溶質原子是不均勻分布的，溶質原子往往傾向於短程有序排列或形成同類原子的團簇。下圖a所示為原子的團簇，下圖b所示為異類原子的短程有序。不論是團簇或是短程有序，這些分布的小集團是隨著時間和空間的起伏而變化的，即是時聚時散的。異類原子可以部分有序或完全有序分布。完全有序的固溶體或稱為超結構。因為完全有序時各類原子處在各自的亞點陣位置，與化合物相似，所以也有人把這類固溶體看做是化合物。
固溶體中溶質的微觀不均勻分布為了描述固溶體的微觀不均勻性，引入短程式參數α。若A、B形成固溶體，xA是A組元的摩爾分數，PA是在B原子周圍存在A原子的幾率，定義α為：
形成固溶體後，它的性能與組成它的組元的性能有很大的不同，這歸因於溶質引起溶劑結構的變化。前面已經討論到溶質原子溶入後引起基體的彈性畸變，從而也改變固溶體的點陣常數。最簡單的看法是：固溶體的點陣常數隨成分變化遵循費伽（Vegard）定律，即固溶體的點陣常數隨組成固溶體組元點陣常數呈直線變化。雖然這一規律僅在很多離子鹽晶體是合適的，但它在金屬體系卻並不完全符合。由於溶質原子和溶劑原子尺寸不同，當一個溶質原子取代了溶劑原子在晶體結構中的位置後，必然會使晶格發生畸變，即在溶質原子周圍產生晶格的彈性應變。溶質原子所引起的點陣畸變並不限於其鄰近局部地區，而會波及相當遠的區域。溶質原子加入後，使固溶體的點陣常數（原子間距）變化。下圖給出了固溶體偏離費伽定律的示意圖。事實上，由於溶劑與溶質組元的互動作用，點陣常數對費伽定律的偏離有可能出現正偏差也可能出現負偏差。
固溶體點陣最近距離d隨成分變化(虛線表示費伽定律)影響形成間隙固溶體的因素
間隙固溶體的固溶度仍然取決於離子尺寸、離子價、電負性、結構等因素。
①雜質質點大小 添加的原子愈小，愈易形成間隙固溶體，反之亦然。
②晶體（基質）結構 離子尺寸是與晶體結構的關係密切相關的，在一定程度上來說，結構中間隙的大小起了決定性的作用。基質晶體中空隙愈大，結構愈疏鬆，愈易形成間隙固溶體。
③電價因素外來雜質原子進人問隙時，必然引起晶體結構中電價的不平衡，和置換型固溶體一樣，也必須保持電價的平衡。這可以通過生成空位、產生部分取代或離子的價態變化來達到。
形成固溶體後對晶體性質的影響
①穩定晶格，阻止某些晶型轉變的發生 ZrO2是一種高溫耐火材料，熔點2680℃，但從單斜轉變到四方時，伴隨很大的體積收縮，這對高溫結構材料是致命的。若加入CaO，則它和ZrO2形成固溶體，無晶型轉變，使體積效應減少，使ZrO2成為一種很好的高溫結構材料。
②活化晶格 形成固溶體後，晶格結構有一定畸變，處於高能量的活化狀態，有利於進行化學反應。如，AI2O3熔點高（2050℃），不利於燒結，若加入TiO2，可使燒結溫度下降到1600℃，這是因為AI2O3與TiO2形成固溶體，Ti4+置換Al3+後，
帶正電，為平衡電價，產生正離子空位，加快擴散，有利於燒結進行。
③固溶強化 固溶體的強度與硬度往往高於各組元，而塑性則較低，這種現象稱為固溶強化。強化的程度（或效果）不僅取決於它的成分，還取決於固溶體的類型、結構特點、固溶度、組元原子半徑差等一系列因素。
固溶強化在實驗中經常見到，如鉑、銠單獨做熱電偶材料使用，熔點為1450℃，而將鉑銠合金做其中的一根熱電偶，鉑做另一根熱電偶，熔點為1700℃，若兩根熱電偶都用鉑銠合金而只是鉑銠比例不同，熔點達2000℃以上。
④形成固溶體後對材料物理性質的影響 固溶體的電學、熱學、磁學等物理性質也隨成分而連續變化，但一般都不是線性關係。固溶體的強度與硬度往往高於各組元，而塑性則較低。
