Образование твердого раствора

Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решётку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решётке первого компонента (растворителя), изменяя её размеры (периоды). Таким образом, твёрдый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решётки и представляет собой одну фазу. Различают твёрдые растворы внедрения и твёрдые растворы замещения.

а) Твёрдые растворы внедрения. При их образовании атомы растворённого компонента располагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллической решётки растворителя. Т.к. размеры пустот невелики, то твёрдые растворы внедрения образуются только при небольшом радиусе атома растворённого компонента (элементы І и ІІ периодов). Твёрдые растворы внедрения могут быть только ограниченной концентрации (до 1-2%).

б) Твёрдые растворы замещения. При их образовании атомы растворённого компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решётке. Большинство металлов в той или иной степени могут ограниченно растворяться друг в друге, сохраняя решётку растворителя. В тех случаях, когда компоненты могут замещать друг друга в кристаллических решётках в любых количественных соотношениях, образуется непрерывный ряд твёрдых растворов. Твёрдые растворы замещения с неограниченной растворимостью могут образоваться при соблюдении следующих условий: 1) компоненты должны иметь одинаковые по типу (изоморфные) кристаллические решётки; 2) различие в атомных радиусах ΔR компонентов должно быть незначительным и не превышать 8-15%. Но даже при соблюдении этих условий неограниченные твёрдые растворы образуются не всегда.

Т.к. и электронное строение, и размеры атомов растворителя и растворённого компонента различны, то при образовании твёрдого раствора кристаллическая решётка всегда искажается, и периоды её изменяются. При образовании твёрдого раствора замещения период решётки может увеличиться или уменьшиться в зависимости от соотношения атомных радиусов растворителя и растворённого компонента. В случае твёрдого раствора внедрения период решётки растворителя всегда возрастает.