Твърд разтвор

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Твърдият разтвор е сплав в твърдо състояние между метал-метал или метал-неметал, при която кристалната решетка на основния метал се запазва, а в нея се поместват атоми (или йони) от втория елемент.

Всички твърди тела с кристална решетка могат да образуват твърди разтвори. В повечето случаи разтворимостта е ограничена (например желязото Fe разтваря максимум 6,67% въглерод C), но има примери за неограничена разтворимост на елементите един в друг (например системата мед Cuзлато Au).

За твърдите разтвори се строят по експериментален път т.н. диаграми на състоянето, които показват какви фази и каква пределна разтворимост имат веществата при различни температури. Наличието на легиращ елемент може силно да измести някои критични точки, като например температурата на топене или на преминаване от едно фазово състояние в друго.

Когато твърдият разтвор е от два елемента, те образуват двойна система (вж. например Желязо-въглеродна диаграма). Твърди разтвори с три или повече елемента образуват съответно тройни, четворни и т.н. системи, като тези сплави могат да имат доста различни физико-химични свойства.

Видове твърди разтвори[редактиране | edit source]

Твърдите разтвори могат да бъдат изградени чрез атомите на участващите в сплавта елементи чрез заместване или чрез внедряване.

  • Твърди разтвори чрез заместване

В металните системи се образуват, като един или повече атоми от кристалната решетка на основния елемент се замества с чужд атом. Съгласно правилото на Хюм-Ротъри атомите трябва да имат приблизително еднакви атомни радуиси (разлика не повече от 15%) и да не са твърде отдалечени по електрохимическия ред на активност. Друго важно условие е и двата елемента да имат еднакъв тип кристална решетка при съответната температура. С желязото твърди разтвори на заместване образуват елементите титан, ванадий, хром, манган, кобалт, никел вж. Периодична система.

  • Твърди разтвори чрез внедряване (или вместване) – това е типичният случай на образуване на твърд разтвор в метал с неметал (въглерод, бор, азот, водород, и др.) Неметалният атом има много по-малък радуис, вследствие на което се вмества вътре в междувъзлията на кристалната решетка на метала.

И в двата случая се наблюдава изкривяване на кристалната решетка, водещи до вътрешни напрежения в материала.