固溶量指有限固溶体中某组分的最大溶解度,表征溶质在溶剂晶格中的溶解极限。其测量主要通过
X射线衍射仪检测晶胞参数变化及第二相出现确定,该方法可应用于
陶瓷颜料、碳化钨粉末等无机材料的固溶度测定。固溶量受原子尺寸差异、晶体结构类型、电负性差异及温度等因素影响,例如原子半径差异超过30%时难以形成固溶体。在CaO-MgO体系下,Mg2+离子半径小于Ca2+导致晶胞体积随溶解量增加而缩小,当MgO含量达约17%时晶格停止收缩,此时固溶量达到极限。ZrNi1+xSn合金中Ni的固溶限在700℃约为x,900℃时增至x,过量则析出全赫斯勒相。
扩散系数与晶格常数平方、原子跳动频率正相关,温度通过影响扩散激活能间接调控溶解度极限。掺杂量超过固溶极限时,系统将形成富掺杂相或第二相以维持平衡。
例如,
CaO和
MgO都是
NaCl型立方晶体,在高温下可以相互固溶成两种
有限固溶体,当MgO溶入CaO
晶格中因Mg2+
离子半径较小,因此随MgO溶入量增加CaO固溶体
晶胞不断变小,到极限溶解量后,晶格就不再变化,从而测得MgO在CaO中的固溶量约为17%。进一步添加MgO,将出现CaO固溶体和MgO的
X射线衍射的特征线条。