相变概念与分类.ppt

第八章 相变;§8-1 相变的概念与分类 相变——物质从一个相转变为另一个相的过程。 从相的状态分：l-g，l-s，g-s，l-l，s-s； 从机理分：成核-生长，Spinodale分解，马氏体相变，有序-无序相变； 常见的分类方法：按热力学分类、按相变方式分类、按相变时质点迁移情况分类等。 ; 根据热力学观点，系统平衡时总是处于自由能最小的状态。当外界条件（T、P、组成等）变化时，系统必将向自由能减小的方向变化。 临界参数——相变开始发生时的参数称为临界参数。如：临界温度TC、临界压力PC。 热力学分类把相变分为一级相变与二级相变。 ; （1）一级相变： 相变时两相的化学位相等但化学位的一阶导数不相等的称为一级相变。; 一级相变的特点：相变时有热效应，并且熵（S）和体积（V）不连续变化，发生突变。;（2）二级相变： 相变时如果两相的化学位相等，化学位的一阶导数也相等，但二阶导数不等的称为二级相变。 ;;二级相变的特点： 相变时无热效应，无体积效应，熵（S）和体积（V）连续变化，不发生突变。 ; （1）成核-长大型相变——由程度较大，范围较小的浓度起伏开始发生相变，并形成新相核心； （2）连续型相变——由程度较小，范围较大的浓度起伏连续地长大，形成新相（如Spinodal分解）； 扩散型相变：相变靠质点的扩散进行。 无扩散型相变：主要是低温下进行的金属的同素异构转变及一些合金的马氏体转变。 ;陶瓷材料相变综合分类概况：;三、简单介绍马氏体相变与有序-无序转变 1、马氏体相变 马氏体（martensite）——钢淬火时得到的一种高硬度产物的名称。 马氏体相变——晶体在外力的作用下，通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极快的速度进行的相变称为马氏体相变。 马氏体相变是固态相变的基本形式之一。在许多金属、固溶体和化合物中都可观察到。;(1)结晶学特征：;(2)具有无扩散性的特征。 (3)相变以很高的速度进行，有时高达声速。 (4)马氏体相变没有一个特定温度，而是在一个温度范围内进行。; （2）有序-无序转变 有序-无序转变——随温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆转变过程称为有序-无序转变。引入有序参数ξ表征材料中有序与无序的程度。 ;§8-2 液-固相变过程热力学 平衡状态：从热力学平衡观点看，将系统冷却到相变温度，则会发生相变而形成新相。 ;亚稳区——在理论上应发生相变而实际上不能发生相转变的区域称为亚稳区。(图中阴影区);（1）亚稳区具有不平衡状态的特征，物相理论上在该区域内不能稳定存在，而实际上却能以介稳态存在的区域；; 宏观推动力：⊿GT,P≤0 ? ; 讨论：相变过程要自发进行，必须ΔG0，则: ;2．恒温下的压力和浓度条件; 若为电解质溶液还要考虑电离度α：; 成核-生长机理相变包括二个阶段： 核化过程——形成晶核；晶化过程——晶核长大成晶体。 1．相变过程自由能变化（ ΔG）表达式 系统形成n个半径为r的球形核坯时，ΔG由二部分组成： 系统中一部分原子由液态转变为晶态，自由能降低ΔG1（体积自由能）； 由于产生新相形成界面，需要作功，使系统自由能增加ΔG2（界面自由能）；; G=ΔG1+ΔG2=VΔGV+A? ; 图中曲线体积自由能ΔG1为负值，界面自由能ΔG2为正值。;在一定的过冷度ΔT下，临界半径rk才能存在，而且温度越低，rk值越小。 ΔG随r的变化有极大值。形成一个核坯时的自由能变化为： ; （2）在相变过程中，T0和?都是正值，析晶相变时为放热过程ΔH0，则必须有ΔT0； （3）由rk值表达式，其影响因素有系统本身的性质如?和ΔH以及外界条件ΔT二类。 降低晶核的界面能?和增加相变热ΔH均可使rk值减小，有利于新相形成； ; （4）临界半径rk时，单位体积自由能变化ΔGk的计算： ; §8-3 液-固相变过程动力学 一．晶核形成过程动力学 核化过程分为均匀成核与非均匀成核二类。 均匀成核——晶核从均匀的单相熔体中由于热起伏而中产生，几率处处相同； 非均匀成核——借助于表面、界面、微粒裂纹、容器壁以及各种催化位置等形成晶核的过程。;1．均匀成核