При кристаллизации расплавов не всегда выделяются кристаллы чистых компонентов. Кристаллизация многих систем приводит к образованию твердых растворов. Твердые растворы представляют собой системы переменного состава, состоящие из двух и более компонентов, растворитель которых представляет собой твердую фазу. Для твердых растворов, как и для жидких, должно иметь место условие гомогенности, т. е. это должны быть однородные системы, не имеющие границ раздела фаз.Твердые растворы широко применяются в строительной практике. Большинство минералов- это твердые растворы сложного переменного состава. Горные породы содержат редкие элементы в виде растворов. Многие искусственные строительные материалы и изделия по своей структуре представляют собой твердые растворы. При кристаллизации некоторых сплавов образуются интерметаллические соединения, другие сплавы представляют собой твердые растворы. Подбирая состав и технологию можно получить сплав с заранее заданными свойствами. Благодаря этому, металлические сплавы используются как конструкционый материал шире, чем металлы.
Больше распространены твердые растворы двух видов: внедрения и замещения.
Твердые растворы внедрения - представляют собой системы, в которых атомы, иоиы и другие частицы одного компонента не образуют собственных фаз, а внедряются в кристаллические решетки другого компонента, размещаются между узлами кристаллической решетки другого компонента. Примером могут служить растворы неметаллов (бора, углерода и др.) в металлах. Твердые растворы замещения - это системы, в которых атомы, ионы одного компонента в узлах кристаллических решеток замещаются атомами или ионами другого компонента, растворенного в первом. Для образования таких растворов необходимо сходство частиц обоих компонентов по ряду параметров. У них должны быть близкие радиусы частиц, одинаковые знаки зарядов для ионов, близкие по форме и размерам кристаллические решетки. Такие компоненты называют изоморфными, а явление замещения - изоморфизмом.
Общий вид диаграммы двух компонентов, образующих непрерывный ряд твердых растворов, дан на рис. 9.9.Линия ТАа0ТВ - линия ликвидуса, выше этой линии находится одна фаза - жидкая. Линия ТАсоТВ- линия солидуса. Линия солидуса - геометрическое место точек на диаграмме фазового состояния, отвечающих равновесию насыщенного твердого раствора, сосуществующего при различных температурах с насыщенным жидким раствором.Ниже этой линии область существования твердых растворов. Между линиями солидуса и ликвидуса- область равновесного сосуществования жидкой и твердой фазы.Возьмем фигуративную точку М. Эта точка характеризует систему, состоящую из одной жидкой фазы состава Уо. Чисто степеней свободы системы С = К- Ф +1= (2- 1 + 1) = 2.При снижении температуры до точки а0 при Та начинается кристаллизация раствора и образуется вторая фаза - твердая состава Уз.В интервале температур от Та до Тс система двухфазна, число степеней свободы С= 1.При снижении температуры до Тв (до точки в0) система будет состоять из жидкой фазы состава У1 (точка в1) и твердой фазы состава У2 (точка в2).
Согласно правилу рычага:
Полное отвердевание раствора произойдет при температуре Тс, состав образовавшейся твердой фазы У0 равен составу жидкой исходной фазы.
