固溶體是指溶質(zhì)原子溶解到溶劑晶格中，仍保持溶劑類型的合金相。通常，以一種化學(xué)物質(zhì)為基質(zhì)，其他物質(zhì)溶解而成的原子或分子組成的晶體常見于合金和硅酸鹽體系中，也存在于多原子物質(zhì)中。

當(dāng)溶劑的晶體結(jié)構(gòu)在加入溶質(zhì)后能穩(wěn)定存在并保持均勻時(shí)，混合物可視為溶液。

一些混合物可以在許多濃度下形成固溶體，而另一些則可以根本不能形成固溶體。兩種物質(zhì)混合形成固溶體的趨勢(shì)是一個(gè)復(fù)雜的問題，涉及到化學(xué)、結(jié)晶學(xué)和量子物理學(xué)。

所謂固溶體(Solid   solution)指溶質(zhì)原子溶解到溶劑晶格中，仍保持溶劑類型的合金相。

這個(gè)相叫固溶體，這個(gè)成分叫溶劑，其他成分都是溶質(zhì)。工業(yè)上使用的金屬材料大部分是基于固溶體的，有些甚至完全由固溶體組成。如應(yīng)用廣泛的碳鋼和合金鋼，都是以固溶體為基體相，其含量占顯微組織的絕大部分。因此，固溶體的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

當(dāng)一種成分A加到另一種成分B上形成的固體，其結(jié)構(gòu)保持成分B的結(jié)構(gòu)時(shí)，這種固體稱為固溶體.組分b稱為溶劑，組分a稱為溶質(zhì)。組元A、b可以是元素，也可以是化合物。固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。置換固溶體的溶質(zhì)原子處于溶劑原子的位置，即溶劑原子被置換，如α黃銅中的銅原子被鋅置換；間歇性固溶體是指溶質(zhì)原子處于溶劑原子的間隙中，如α鐵，碳原子處于鐵原子排列的間隙中。

左上為:純金屬，右上為:置換固溶體，左下為 間隙固溶體，右下為:混合固溶體。

根據(jù)溶質(zhì)原子在晶格中的位置不同，可分為置換固溶體和間隙固溶體。

1、置換固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑晶格中占據(jù)節(jié)點(diǎn)位置形成的固溶體稱為置換固溶體。當(dāng)溶劑和溶質(zhì)的原子直徑相差不大時(shí)，一般為15%小于0時(shí)，容易形成置換固溶體。CuNi二元合金形成置換固溶體，鎳原子可以置換銅晶格中任意位置的銅原子。

金屬元素一般能相互形成置換固溶體，但溶解度因元素不同而異。影響固溶體溶解度的因素很多，主要取決于：晶體結(jié)構(gòu)、原子尺寸、化學(xué)親和力（電負(fù)性）原子價(jià)因素。

2、間隙固溶體：分布在溶劑晶格間隙中的溶質(zhì)原子形成的固溶體稱為間隙固溶體。間隙固溶體的溶劑是大直徑的過渡金屬，溶質(zhì)是小直徑的碳、氫等非金屬元素。其形成條件是溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比必須小于0.59。如鐵碳合金，鐵和碳形成的固溶體―鐵素體和奧氏體是間隙固溶體。

按固溶度來分類：可分為有限固溶體和無限固溶體。無限固溶體只能是位移固溶體。

根據(jù)溶質(zhì)原子和溶劑原子的相對(duì)分布；可分為無序固溶體和有序固溶體。

在討論固溶體的概念時(shí)，認(rèn)為溶質(zhì)粒子（原子、離子）溶劑晶體結(jié)構(gòu)中的分布是任意的、不規(guī)則，這是無序固溶體的概念。比如小區(qū)參數(shù)的確定，其實(shí)就是一個(gè)平均值；密度的確定也是一個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。溶質(zhì)粒子在固溶體中不規(guī)則分布的概念與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。

溶質(zhì)粒子在某些固溶體中的分布是有序的，即溶質(zhì)粒子在結(jié)構(gòu)中按照一定的規(guī)則排列，形成所謂的“有序固溶體”例如，Au-Cu固溶體，Au和Cu都是面心立方晶格，它們之間可以形成連續(xù)的置換固溶體。一般來說，Au和Cu原子不規(guī)則地分布在面心立方晶格的節(jié)點(diǎn)上，一般認(rèn)為是固溶體（圖5-47(a)然而，如果該固溶體的組成是AuCu和AuCu，并且在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間退火，則固溶體的結(jié)構(gòu)可以轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝行蚪Y(jié)構(gòu)”這說明在AuCu的組成中，所有的Au原子都占據(jù)了面心立方晶格的頂點(diǎn)位置，而Cu原子占據(jù)了面心立方晶格的面心位置。所以從晶胞上看，成分應(yīng)該是AuCu。同樣，如果Au原子和Cu原子分層交替分布，也形成“有序結(jié)構(gòu)”，它對(duì)應(yīng)的成分應(yīng)該是AuCu。這種有序的結(jié)構(gòu)稱為上層建筑。不僅與成分有關(guān)，還與晶體形成時(shí)的溫度有關(guān)、壓力條件有關(guān)。

1）固溶強(qiáng)化：當(dāng)溶質(zhì)元素含量較小時(shí)，固溶體的性質(zhì)與溶劑金屬的性質(zhì)基本相同。但隨著溶質(zhì)元素含量的增加，金屬的強(qiáng)度和硬度會(huì)增加，而塑性和韌性會(huì)降低這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。置換固溶體和間隙固溶體都會(huì)產(chǎn)生固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。

適當(dāng)控制溶質(zhì)含量可以明顯提高強(qiáng)度和硬度，同時(shí)仍能保證足夠高的塑性和韌性，所以固溶體一般具有良好的綜合力學(xué)性能。因此要求結(jié)構(gòu)材料具有綜合的力學(xué)性能，而且?guī)缀醵际且怨倘荏w為基本相。這就是為什么固溶強(qiáng)化成為一種重要的強(qiáng)化方法，并在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

2）固溶度：是金屬在固態(tài)下的溶解度，合金元素要溶解在固態(tài)的鋼中，前提是鋼加熱到奧氏體后，奧氏體晶格間的空隙更大，可以溶解更多的合金元素。

3）固溶熱處理：將合金加熱到高溫單相區(qū)并保持恒溫的熱處理過程，使過剩相充分快速冷卻，獲得過飽和固溶體。老化處理可分為自然老化和人工老化。自然時(shí)效是將鑄件露天放置半年以上，使其緩慢變形，從而消除或降低殘余應(yīng)力人工時(shí)效是將鑄件加熱到550 ~ 650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，比自然時(shí)效節(jié)省時(shí)間，去除殘余應(yīng)力更徹底.

根據(jù)合金的性質(zhì)和用途確定采用哪種時(shí)效方法。人工時(shí)效適用于高溫工作的鋁合金，而室溫工作的鋁合金有的是自然時(shí)效，有的必須人工時(shí)效。從合金強(qiáng)化相分析，含S相和CuAl相的合金一般采用自然時(shí)效，但當(dāng)需要在高溫下使用或?yàn)榱颂岣吆辖鸬那?qiáng)度時(shí)，就需要人工時(shí)效來強(qiáng)化。比如LY11和LY12，40度以下自然時(shí)效可以獲得高強(qiáng)度和耐腐蝕性對(duì)于在150度以上工作的LY12和LY125，-用于在250度下工作的LY6鉚釘?shù)暮辖鹦枰斯r(shí)效。含主要強(qiáng)化相為MgSi和MgZn的T相的合金只有通過人工時(shí)效強(qiáng)化才能達(dá)到最高強(qiáng)度。

4）固溶體的電性能：固溶體的電學(xué)性質(zhì)隨雜質(zhì)而變化(溶質(zhì))濃度的變化通常表現(xiàn)為連續(xù)的甚至線性的；然而，在相界處經(jīng)常發(fā)生突變。例如，鈦酸鉛和鋯酸鉛都不是性能優(yōu)異的壓電陶瓷。PbTiO是一種鐵電體，其相變伴隨著晶胞參數(shù)的劇烈變化冷卻到室溫一般會(huì)開裂，所以沒有純的PbTiO陶瓷。PbZrO是反鐵電體。這兩種化合物結(jié)構(gòu)相同，Zr4和Ti4大小相近，可以生成連續(xù)的固溶體Pb(ZryTi1–y)o，其中y=0 ~ 1。隨著固溶體成分的不同，室溫下有不同的晶體結(jié)構(gòu)。在PbZrO–PBTIO體系發(fā)生等效位移，形成的固溶體結(jié)構(gòu)完整，電場(chǎng)基本平衡，電導(dǎo)無明顯變化，介電性質(zhì)總體變化不大。但在三方(rhombic)結(jié)構(gòu)和四方(tetragonal)結(jié)構(gòu)的晶型邊界(MPB)所得固溶體PZT的介電常數(shù)和壓電性能優(yōu)于純PbTiO和PbZrO，其燒結(jié)性能也很好。異價(jià)取代會(huì)產(chǎn)生離子缺陷，使材料的電導(dǎo)率發(fā)生很大變化，這種變化與雜質(zhì)缺陷的濃度成正比。

穩(wěn)定晶格

ZrO是一種熔點(diǎn)為2680℃的高溫耐火材料，但在相變時(shí)伴隨著較大的體積收縮，這對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料是致命的。如果加入CaO，會(huì)與ZrO形成固溶體，不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，體積效應(yīng)降低，使ZrO成為良好的高溫結(jié)構(gòu)材料。

活化晶格

固溶體形成后，晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的畸變，處于高能活化狀態(tài)，有利于化學(xué)反應(yīng)。例如，AlO具有高熔點(diǎn)（2050℃），不利于燒結(jié)如果添加TiO 2，燒結(jié)溫度可以降低到1600℃這是因?yàn)锳lO和TiO形成固溶體Ti取代Al后，帶正電為了平衡電價(jià)，產(chǎn)生正離子空位，加速擴(kuò)散，有利于燒結(jié)。