| 5.8 有序固溶体和无序固溶体(2)
有序<=>无序转变的存在，为我们深入认识固溶体扩大了视野。从统计的观点看，固溶体中溶质质点的分布是无序的。但是，如果从微观结构去识别（参见图5-48），只有在高温和溶质浓度很低时完全无序分布才能存在。在一般情况下，固溶体总体上虽不存在有序结构，但局部范围内质点的排列还是可以有规则的，常称为“短程有序”，即在一个局部区域内，溶质质点分布是有序的。另外就是溶质在局部的范围内聚集，其浓度可以大大超过平均浓度，这种状态称为溶质的偏聚（偏析、分凝）。固溶体中的偏聚和短程有序对固溶体的某些性能（如强度、脆性等）和相变时的成核都有一定的影响。图5-49表示了Au-Cu固溶体中的短程有序。因此，深入研究固溶体中的微观不均匀性，对于进一步认识固溶体及其性能和发展新材料是有一定意义的。
 
以上讨论了固溶体及有关问题。对于任何一种晶体材料，其性能总是决定于化学组成和结构两个方面，特别是结构敏感的性质，如力学性能、磁学性能、电学性能、光学性能及扩散等。固溶体正是在组成和结构两方面对材料的结构敏感性质起作用，因此，固溶体的性能往往和纯组分有非常显著的差别。
一般地讲，固溶体的强度随着溶质质点的浓度增加而提高。这一特点在金属材料中显得很重要，溶质元素使固溶体强度和硬度升高的现象叫做固溶强化，它是提高金属材料力学性能的重要手段之一。很多合金钢就是采用在钢中加入Mn、Si、W、Mo、Ni、V、Cr等元素形成固溶体来提高a-Fe的机械强度的。当然，强度提高的同时，往往使合金材料的脆性增大，塑性下降。对陶瓷材料而言，杂质往往偏析在晶界处，高温烧结时扩散进入晶粒，在距晶界一定距离范围内生成固溶体（具体固溶范围视不同体系而存在很大差异），起到强化晶界的作用。
固溶体对电学、磁学、光学性能等的影响是很复杂的，如导电性能，各种不同的晶体类型其导电机理不同，因而，少量杂质的影响也不同。金属晶体的导电主要是自由电子的运动，杂质使晶格扭曲及产生结构缺陷，从而阻挠了自由电子的运动，电阻率因而增加，导电能力下降。但是，在绝缘材料或半导体中，杂质及缺陷的存在，一般都能使导电能力大大增强。如金红石（TiO2）是一种介电材料。但是，在还原气氛中，部分Ti4+离子变成了Ti3+离子，同时产生氧离子空位，结果就从绝缘材料变成半导体材料。如果金红石作为绝缘材料使用，上述过程应避免出现。但如果金红石用作电阻材料使用，那么，这一过程就是必要的了。ZrO2中固溶Y2O3，生成氧空位，可用作快离子导体。
另外，杂质质点都会引起晶格的畸变，组分中的缺陷则有利于质点在晶体中的扩散。所以，利用固溶体将可加速固相反应，降低烧结温度，还可以影响晶型转变等，如前面提到的ZrO2中固溶CaO、Y2O3等均可起到稳定晶型的作用。
从以上一些简单的叙述可以看出：固溶体是改善材料性能、发展新材料的重要手段。今后在一些有关课程中将会遇到一些具体实例，从中可以更进一步体会固溶体的意义。当然，事物总是具有两面性的。有些情况下，生成固溶体是不希望的，因此，必须根据具体条件正确应用这些概念。
（本节完，本章完）
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