文档介绍：翻转课堂报告
姓名:石鸣宇班级:材料一班学号:140910102
固态相变
固态相变总论
一、概要
广义的固态转变是指形变及再结晶在内的一切可引起组织结构变化的过程。狭义的固态转变也称固态相变,是指材料由一种点阵转变为另一种点阵,包括一种化合物的溶入或析出、无序结构变为有序结构、一个均匀固溶体变为不均匀固溶体等。
相变:当外界条件(如温度、压力)等连续变化时,物质自身发生突变的现象,或物相的某个(阶)热力学势跃变,伴随物相的某个(些)要素跃变。
二、固态相变分类
固态相变类型繁多,特征各异,不易按统一的标准分类。因此有许多不同的分类方法。
按热力学分类
从热力学角度出发,根据相变点的吉布斯自由焓函数的导函数的连续情况可将固态相变分为一级相变和二级相变。
一级相变:相变过程中新旧两相自由焓相等,但自由焓的一阶偏导数不等,这种相变称为一级相变。
例如,在1个大气压0℃的情况下,1千克质量的冰转变成同温度的水,,与此同时体积亦收缩。所以,冰与水之间的转换属一级相变
。
二级相变:相变过程中新旧两相自由焓相等,自由焓的一阶偏导数也相等,但自由焓的二阶偏导数不等,这种相变称为二级相变。二级相变时,无潜热和体积的变化,但热容、压缩系数和膨胀系数要发生突变。磁性转变、超导态转变及一部分有序—无序转变为二级相变。
正常液态氦(氦Ⅰ)与超流氦(氦Ⅱ)之间的转变,正常导体与超导体之间的转变,顺磁体与铁磁体之间的转变,合金的有序态与无序态之间的转变等都是典型的二级相变的例子。
一级相变符合相区接触法则,相邻相区的相数差一。对于二元相图通常两个单相区之间含有这两个相组成的两相区。对于二级相变,两个单相区仅以一条线分割。
根据一级相变与二级相变的定义,可以推出三级或更高级的相变,实际上三级及三级以上的相变极为少见。
n级相变:相变过程中新旧两相自由焓的第(n-1)偏导数相等,而其n阶偏导数不相等。
按结构变化分类
按发生相变时新相与母相在晶体结构上的差异,可以将相变分为重构型相变和位移型相变。
重构型相变:伴随化学键的破坏,新键的形成,原子重新排列,新相和母相在晶体学上没有明确的位向关系。所需要克服较高的能垒,相变潜热很大,相变进行缓慢。如:高温型石英—高温磷石英,高温磷石英
—高温方石英,在金属材料中,过饱和固溶体的脱溶分解、共析转变等也属于这种相变。
位移型相变:不需要破坏化学键或改变其基本结构,相变时所发生的原子位移很小,新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系。所需要克服的能垒很低,相变潜热也很小,转变速度非常迅速。如:低温型石英—高温型石英,SrTiO4发生的立方—四方转变,金属材料中的马氏体相变。
按相变方式分类
相变过程要经历涨落,根据涨落发生的范围与程度的不同,Gibbs将其分为两类。一类是形核—长大型相变,另一类是连续型相变。
形核——长大型相变:在很小的范围内,发生原子相当激烈的重排,生成了新相的核心,新相与母相之间产生了相界,靠不断的生核和晶核的长大实现相转变叫形核—长大型相变。如:脱溶沉淀、共析转变等。
连续性相变:若在很大范围内原子发生轻微的重排,相变的起始状态和最终状态之间存在一系列连续状态,不需形核,靠连线涨落形成新相,这种相变为连续型相变。如:调幅分解。
另外还有很多的分类方法,例如,按相变时能否获得符合状态图的平衡组织可将固态相变分为平衡转变和非平衡转变;按相变过程中有无原子的扩散可将固态相变分为扩散相变、半扩散相变和非扩散相变;按形核方式可将固态相变分为扩散形核相变和无扩散形核相变。
……
固态相变的特征
固态相变时,有些规律与液相结晶相同。例如,大多数固态相变与液态结晶相同也包括形核与长大两个基本过程,相变的驱动力均为新旧两相自由能之差。然而,固态相变毕竟是以固相为母相,因此与液相结晶有明显不同,与其主要差别表现在以下几个方面:
相变阻力大
共格界面:两相界面上,原子成一一对应的完全匹配,即界面上的原子同时处于两相晶格的节点上,为相邻两晶体所共有,这种相界称为共格界面。
若两相晶体结构相同、点阵常数相等,或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异,但存在一组特定的晶体学平面可使两相原子之间产生完全匹配。此时,界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置,界面上原子为两相所共有,这种界面称为共格界面。
半共格界面:若两相邻晶粒面间距相差较大,界面上原子不可能
完全一一对应,某些晶面则没有相对应的关系,则形成半共格界面。
非共格界面:在跨越界面处,于跨越界面的方向上,阵点列和阵点面都没有连续性,界面上原子完全不对应,则形成非共格界面。
固态相变时的应变能和界面能均为相变的阻力。共格和半共