21. Укажите условия образования твердых растворов замещения и внедрения.

Твёрдые растворы — фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решётке. По характеру распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы: замещения; внедрения; вычитания. В растворах замещения в кристаллической решетке растворителя часть его атомов замещена атомами растворенного элемента (рис1,а). Замещение осуществляется в случайных местах, поэтому такие растворы называют неупорядоченными твердыми растворами.

Кристаллическая решетка твердых растворов

а — замещения; б — внедрения

При образовании растворов замещения периоды решетки изменяются в зависимости от разности атомных диаметров растворенного элемента и растворителя. Если атом растворенного элемента больше атома растворителя, то элементарные ячейки увеличиваются, если меньше – сокращаются. В первом приближении это изменение пропорционально концентрации растворенного компонента. Изменение параметров решетки при образовании твердых растворов – важный момент, определяющий изменение свойств. Твердые растворы внедрения образуются внедрением атомов растворенного компонента в поры кристаллической решетки растворителя (рис1,б). Образование таких растворов, возможно, если атомы растворенного элемента имеют малые размеры. Такими являются элементы, находящиеся в начале периодической системы Менделеева, углерод, водород, азот, бор. Размеры атомов превышают размеры межатомных промежутков в кристаллической решетке металла, это вызывает искажение решетки и в ней возникают напряжения.

22. Укажите условия образования твердых растворов внедрения

Тверд.р-ры - это фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллич.решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (р-рителя), изменяя ее размеры (периоды). Таким образом, тв.р-р, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу. При образовании тверд.р-ров внедрения атомы р-ренного компонента B размещаются между атомами растворителя A в его кристаллич.решетке. При образовании тверд.р-ров замещения атомы р-ренного компонента B замещают часть атомов р-рителя (компонент A) в его кристаллической решетке. Р-ры типа внедрения чаще всего образуются при р-рении элементов с малыми атомными радиусами (H2, C, N2, B и др.) в металлах переходной группы (например, р-р углерода в железе). Положение атома внедрения м/у узлами устойчиво, если радиус внедренного атома достаточно мал, чтобы не слишком смещать окружающие его атомы металла, и достаточно велик, чтоб с ними соприкасаться. Р-ры этого типа сущ-ют и на базе хим.соед-й (например, р-р никеля в NiSb).

23. Твердые растворы вычитания (растворы с дефектной решеткой) образуются на основе химических соединений. Типичным примером является раствор кислорода в соединении FeO (рис.6). Все позиции, в которых должны находиться ионы кислорода, заняты, а часть позиций, которые должны быть заняты ионами железа, – вакантны. Дефектной может быть как металлическая подрешетка, так и неметаллическая, например в оксидах титана, содержащих от 38 до 56 атомных процентов кислорода. В кристаллах с максимальным содержанием титана (TiO0,6) все дефекты находятся в кислородной подрешетке, с уменьшением содержания титана уменьшается общее число дефектов, и они распределяются между обеими подрешетками. У оксида с максимальным содержанием кислорода все дефекты находятся в титановой подрешетке. Характерной особенностью растворов типа вычитания является наличие металлических ионов разной валентности. Независимо от типа твердого раствора, все они имеют атомарный характер, т.е. в узлах кристаллической решетки располагаются атомы или ионы, но не молекулы. Поскольку атомы растворителя и растворенного элемента имеют разные радиусы, то кристаллическая решетка твердого раствора замещения будет искажена. Еще большие искажения возникают при образовании растворов внедрения и вычитания.