第一章金属固态相变基础.pptVIP

界面能 应变能 新相的形貌 核心总是倾向于以使其总的表面能和应变能最小的方式形成 ?V/V（新旧相比容差）很小——界面能起主作用 ——新相常呈球状； ?V/V较大——应变能主导 ——新相可能针状或圆盘状 综合考虑： 问题：过冷度与界面形貌的关系？ ——形核时希望低的总表面能，以减小形核功，形核过程易于进行 ——两相间界面能随界面两侧原子排列匹配程度加大而减小,非共格界面能很高。调整核心和母相的取向关系，尽可能为共格或半共格界面。 ——存在惯习面与位向关系原因 若母相和稳定的新相的晶体结构差异很大，以至于不管新／母相如何调整取向关系也不可能形成共格的低能界面，则有可能形成与母相呈共格界面关系的另一种亚稳定相。——过渡相原因 why 存在惯习面、位向关系、过渡相等？ §2 固态相变的形核 2.1 均匀形核 驱动力 ——新母相间体积自由能差 阻力一——界面能 阻力二 ——单位体积应变能 设形成的新相晶核为球形，对于 r 求导： 球形晶核的自由能变化 形成一个具有临界半径新相的核心需要外界做功多少？ 可得临界晶核尺寸： 形成临界晶核的形核功(晶核长大到 r* 所需克服的能垒或所做的功) 问题 形核的过程是热力学自发的过程吗？ 当忽略弹性应变能的影响时（ ?GE=0 ） 这种外界所需要做的功从何而来？ 形成一具有临界半径新相的核心需要外界做功多少？ 形核功 ——形成临界晶核所做的功(或晶核长大到 r* 所需克服的能垒) 问题 临界核心半径与过冷度的关系如何？ 临界过冷度 临界核心半径 最大相起伏尺寸与过冷度关系 临界核心半径与过冷度关系 ——形核需要获得临界过冷度 从母相形成新相的核心时，两相的成分差异如何解决？ 新相核心形成的必要条件 必须具有形核的驱动力—过冷度 需要结构起伏提供具有临界核心半径的原子集团 需要能量起伏提供形成新相核心的超额能量 需要成分起伏提供形成新相核心所具有的成分 固态相变的形核率 ---- 单位体积母相中所形成的核心数 N ---- 单位体积母相中的原子数 ν---- 原子振动频率 ?G* ---- 形核功 Q ---- 原子扩散激活能 固态相变较难均匀形核 2.2 非均匀形核 非均匀形核——在发生相变的过程中，新相形核的位置在母相中并不是随机均匀地分布，而是在某些特定的位置上优先形核。 特定的位置——母相的晶界、其它各类晶体缺陷（如位错、堆垛层错等）。 晶体缺陷储存的能量可使形核功降低，促进形核： ——由于晶体缺陷消失所降低的能量 （1）晶界 大角晶界具有较高的界面能，在晶界上形核可利用晶界能量，使形核功降低。 有三种位置： 晶界形核时三种位置 a) 晶界面 b) 棱边 c)隅角 晶界面形核时晶核形状 三晶粒相交的棱边 四晶粒相交的隅角 晶界不同位置形核功比较 θ ---- 接触角 隅角形核的形核功比其他位置小 在晶界上的三种位置中，隅角位置在多晶体中所占的体积分数最少 在实际的形核过程中形核率的大小不仅取决于形核势垒的大小，同时也与母相中的可供形核的位置的数目有关。 （2）位错——晶内形核 位错从三方面促进形核： 松弛畸变能；富集溶质；快速扩散通道。 围绕位错形核后，位错消失，释放出畸变能。 溶质原子常在位错线上偏聚，容易满足新相成分上的要求。 §3 固态相变的长大 3.1 长大机制 半共格界面的迁移 （1）台阶长大机制 半共格界面上存在位错列 位错攀移使界面法向迁移， 位错滑移使台阶侧向移动， 台阶长大机制 实际相界面结构主要是半共格型和非共格型 * * 1 相和相平衡 相：相是系统中均匀的（成分和性质相同或者连续变化）、与其他部分有界面分开的部分。 §1 金属固态相变概论 第一章 金属固态相变基础 描述相的稳定性——Gibbs自由能 相平衡的条件： 相平衡关系的描述—相图 平衡相：相的自由能最低时——该相稳定 亚稳态相：相的自由能并不处于最低，但是与最低自由能态之间有能垒相分隔； 非稳定态：不存在这种能垒，则体系处于非稳定态，它一定会转变为平衡态或亚稳态。 x0 两相平衡时，?相和?相的平衡成分是两相自由能曲线公切线切点的成分。 x? x? P E P点和E点的含义是什么？ A元素在?相中的化学位 A元素在?相中的化学位 B元素在?相中的化学位 B元素在?相中的化学位 两相平衡时——各元素在两相中的化学位相等 2 相变的分类 一阶偏导数： 熵 体积 二阶偏导数： 等压比热 等压膨胀系数 等温压缩系数 2.1 按热力学分类 根据相