置換型固溶体とギャップフィリング型固溶体の主な違いは、置換型固溶体はその形成時に溶媒原子が溶質原子に置換されることである。一方、ギャップ固溶体形成時には、溶質原子が変位するのではなく、溶質分子が溶媒原子間の空洞に入り込む。

固溶体とは、1つ以上の溶質が同じ溶媒に溶けた固体のことである。そこでは、2つ以上の元素が固体の状態として現れる。溶質を加えても溶媒の結晶構造は変わらないので、これを化合物ではなく溶液と呼んでいます。固溶体強化法では、純金属に別の元素を合金化することで強度を高めることができる。固形物を形成することで実現できるのです。合金元素によって、置換型固溶体と格子間固溶体の2つの固溶体形態がある。

カタログ

1.概要と主な違い 2.置換型固溶体とは 3.ギャップ型固溶体とは 4.並置型比較-置換型固溶体とギャップ充填型固溶体の表形式 5.まとめ

置換型固溶体は何ですか？

置換型固溶体は、溶媒原子を溶質原子に置換することで形成される固溶体である。このような固溶体を形成するためには、溶質原子が格子中の溶媒原子を置換するのに十分な大きさであることが必要である。溶質原子は、格子の決まった位置にある原子を変位させることで、格子の中に置換される**。ここで、合金元素には、溶媒原子を少量しか置換できない溶質原子を持つものと、固溶体全体にわたって溶媒原子を置換できるものがある。

このような固溶体は、溶質と溶媒の原子の大きさがほぼ同じである場合に形成される。また、高温になると、これらの選択肢は増えます。さらに、秩序ある溶液と固溶体の2つの形態がある。溶媒格子の中で溶質原子が溶媒原子に置き換わったとき、秩序ある固溶体が形成される。例：銅・金系。溶質原子が格子中の溶媒原子にランダムに置き換わると、無秩序な固溶体が形成される。

間質性固体溶液は何ですか？

格子間固溶体は、格子中の溶媒原子の間の空洞に溶質原子が入り込んで形成される固溶体である。そこで、溶質原子はこの穴に入るほど小さくなっている。この穴を「インタースティシャルサイト」と呼んでいます。

図01：間質性固溶体

この過程で、溶媒原子間の結合が弱くなる。その結果、格子が変形してしまうのです。そのためには、溶質原子の大きさが溶媒原子の大きさの40％以下であることが必要である。溶質原子が格子の中に隙間なく入っていく。この固溶体を形成できる元素は、水素、リチウム、ナトリウム、ホウ素だけである。

代用品と間質性固体溶液の違い

置換型固溶体は、溶媒原子を溶質原子に置換することで形成される固溶体である。このような固溶体は、溶質原子が格子中の溶媒原子に置き換わるほどの大きさである場合にのみ形成される。また、溶質の原子サイズは、溶媒の原子サイズとほぼ同じである。ギャップ固溶体は、格子の溶媒原子の間の空洞に溶質原子が入り込んで形成される固溶体である。このような固溶体は、溶質原子が格子の空洞に入り込むほど小さい場合にのみ形成される。また、このような格子を形成するためには、溶質原子の原子サイズが溶媒原子の原子サイズの約40％であることが必要である。これが置換型固溶体と格子間固溶体の大きな違いである。

概要 - 代用品 vs. 間質性固体溶液

固溶体とは、2種類以上の元素を同一の固体混合物として含む固溶体のことである。固溶体は、その形成の仕方によって、置換型固溶体とギャップフィリング型固溶体の2つの形態に分けることができる。置換型固溶体とギャップフィリング型固溶体の違いは、置換型固溶体は溶質原子が溶媒原子を置き換えるのに対し、ギャップフィリング型固溶体は溶質原子は置き換わらず、溶媒原子の間の空洞に溶質分子が入り込むという点である。

引用

1 「固溶体強化」、ウィキペディア、ウィキメディア財団、2018年6月19日。2はこちら。DoD（小火器）工場のフォローアップ。"Reliable Solutions," LinkedIn SlideShare, 18 November 2013.2はこちらSmall Arms Factory (Department of Defense) Follow up."Reliable Solutions," LinkedIn SlideShare, November 18, 2013.