Твёрдые растворы

Определение "Твёрдые растворы" в Большой Советской Энциклопедии

Твёрдые растворы, твёрдые фазы переменного состава, в которых атомы раз личных элементов смешаны в известных пределах или неограниченно в общей кристаллической решётке. Растворимость в твёрдом состоянии свойственна всем кристаллическим твёрдым телам. Б большинстве случаев эта растворимость ограничена узкими пределами, но известны системы с непрерывным рядом Твёрдые растворы (например, Cu - Au, Ti - Zr, Ge - Si, GaAs - GaP). По существу все кристаллические вещества, известные как «чистые» или «особо чистые», являются Твёрдые растворы с очень малым содержанием примесей, поскольку абсолютная чистота практически недостижима. В природе широко распространены Твёрдые растворы минералов (см. Изоморфизм). Наличие широкой области Твёрдые растворы на основе соединений или главным образом металлов имеет громадное значение в технике, так как образующиеся при этом сплавы отличаются более высокими механическими, физическими и др. свойствами, чем исходные компоненты. При распаде Твёрдые растворы сплавы при обретают новые, часто особые свойства (см. Термическая обработка, Закалка, Отпуск).

Примесные атомы или атомы легирующих элементов могут образовывать с матрицей основного кристалла либо Твёрдые растворы замещения, либо Твёрдые растворы внедрения; это зависит в основном от двух факторов: размерного и электрохимического. Известны два полуэмпирических правила Юм-Розери, согласно которым Твёрдые растворы замещения образуются лишь теми атомами, которые, во-первых, имеют близкие по размерам радиусы (отличающиеся не более чем на 15%, а в случае Твёрдые растворы на основе Fe - не более чем на 8%) и, во-вторых, электрохимически подобны (находятся не слишком далеко друг от друга в ряду напряжении). Твёрдые растворы внедрения образуются в тех случаях, когда размеры атомов компонентов существенно отличаются друг от друга и возможно внедрение атомов одного сорта в пустоты (междоузлия) кристаллической решётки, образованной атомами другого сорта. Образование подобных Твёрдые растворы типично для растворения в металлах таких неметаллов, как бор, кислород, азот и углерод (см., например, Аустенит, Мартенсит). Твёрдые растворы как замещения, так и внедрения могут быть либо неупорядоченными - со статистическим распределением атомов в решётке, либо частично или полностью упорядоченными - с определённым расположением атомов разного сорта относительно друг друга. Полностью упорядоченные Твёрдые растворы принято называть сверхструктурными. В некоторых случаях в Твёрдые растворы атомы одного сорта могут стремиться к объединению, образуя скопления, которые, в свою очередь, могут определённым образом ориентироваться или упорядоченно распределяться. Экспериментальные данные об упорядочении Твёрдые растворы получают в основном при изучении диффузного рассеяния рентгеновских лучей (см. Рентгеновский структурный анализ). Твёрдые растворы, находящиеся в термодинамическом равновесии, в макроскопическом масштабе можно считать истинно гомогенными; однако при этом они не обязательно гомогенны при рассмотрении в атомном масштабе. Наряду с двумя основными типами Твёрдые растворы - замещения и внедрения -  может быть выделен и третий тип - Твёрдые растворы вычитания, образованные вакантными узлами кристаллической решётки (см. Вакансия и Дефекты в кристаллах). Существуют и неметаллические системы, которые относят к Твёрдые растворы, обладающие весьма ценными свойствами и широко используемые в современной технике, например полупроводники и ферриты.
Лит. см. при ст. Сплавы.
  Г. В. Инденбаум.