有序固溶體

有序<=>無序轉變的存在，為我們深入認識固溶體擴大了視野。從統計的觀點看，固溶體中溶質質點的分佈是無序的。但是，如果從微觀結構去識別（參見圖5-48），只有在高溫和溶質濃度很低時完全無序分佈才能存在。在一般情況下，固溶體總體上雖不存在有序結構，但局部範圍內質點的排列還是可以有規則的，常稱為“短程有序”，即在一個局部區域內，溶質質點分佈是有序的。另外就是溶質在局部的範圍內聚集，其濃度可以大大超過平均濃度，這種狀態稱為溶質的偏聚（偏析、分凝）。固溶體中的偏聚和短程有序對固溶體的某些性能（如強度、脆性等）和相變時的成核都有一定的影響。圖5-49表示了Au-Cu固溶體中的短程有序。因此，深入研究固溶體中的微觀不均勻性，對於進一步認識固溶體及其性能和發展新材料是有一定意義的。

一般地講，固溶體的強度隨著溶質質點的濃度增加而提高。這一特點在金屬材料中顯得很重要，溶質元素使固溶體強度和硬度升高的現象叫做固溶強化，它是提高金屬材料力學性能的重要手段之一。很多合金鋼就是採用在鋼中加入Mn、Si、W、Mo、Ni、V、Cr等元素形成固溶體來提高a-Fe的機械強度的。當然，強度提高的同時，往往使合金材料的脆性增大，塑性下降。對陶瓷材料而言，雜質往往偏析在晶界處，高溫燒結時擴散進入晶粒，在距晶界一定距離範圍內生成固溶體（具體固溶範圍視不同體系而存在很大差異），起到強化晶界的作用。

固溶體對電學、磁學、光學性能等的影響是很複雜的，如導電性能，各種不同的晶體類型其導電機理不同，因而，少量雜質的影響也不同。金屬晶體的導電主要是自由電子的運動，雜質使晶格扭曲及產生結構缺陷，從而阻撓了自由電子的運動，電阻率因而增加，導電能力下降。但是，在絕緣材料或半導體中，雜質及缺陷的存在，一般都能使導電能力大大增強。如金紅石（TiO2）是一種介電材料。但是，在還原氣氛中，部分Ti4+離子變成了Ti3+離子，同時產生氧離子空位，結果就從絕緣材料變成半導體材料。如果金紅石作為絕緣材料使用，上述過程應避免出現。但如果金紅石用作電阻材料使用，那麼，這一過程就是必要的了。ZrO2中固溶Y2O3，生成氧空位，可用作快離子導體。

另外，雜質質點都會引起晶格的畸變，組分中的缺陷則有利於質點在晶體中的擴散。所以，利用固溶體將可加速固相反應，降低燒結溫度，還可以影響晶型轉變等，如前面提到的ZrO2中固溶CaO、Y2O3等均可起到穩定晶型的作用。

從以上一些簡單的敘述可以看出：固溶體是改善材料性能、發展新材料的重要手段。今後在一些有關課程中將會遇到一些具體實例，從中可以更進一步體會固溶體的意義。當然，事物總是具有兩面性的。有些情況下，生成固溶體是不希望的，因此，必須根據具體條件正確應用這些概念。