内势能熵对物质相变的作用 - 昆明理工大学学报.pdf

第４０卷 第５期 昆明理工大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ５ 　 ２０１５年１０月　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｏｃｔ．２０１５  ｄｏｉ：１０．１６１１２／ｊ．ｃｎｋｉ．５３－１２２３／ｎ．２０１５．０５．００３ 内势能熵对物质相变的作用 丁恒敏，张艳华，易健宏 （昆明理工大学 材料科学与工程学院，云南 昆明６５００９３） 摘要：自２０世纪９０年代初相场法被引入金属枝晶生长以来，一直是人们研究的热点．在分子化合 和晶体生长过程中，每一个分子、原子团，以及晶粒都包含着内势能．内势能又可以分为内压强－势 能与体积－势能两种．内压强－势能向体积－势能的转换和恢复影响着矿物质的结晶和金属材料 的枝晶生长，这是一个一直被人们忽略了的问题．本文论述了内势能及内势能熵在相变过程中的转 换和计算方法及内势能熵方程的特性，并讨论了内势能熵在相场方程中的地位和作用． 关键词：内势能；内势能熵；相场法；结晶 中图分类号：ＴＧ１１１４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－８５５Ｘ（２０１５）０５－００１７－０４ ＥｆｆｅｃｔｏｆＩｎｔｅｒｎａｌＰｏｔｅｎｔｉａｌＥｎｅｒｇｙＥｎｔｒｏｐｙｏｎＭａｔｅｒｉａｌＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＤＩＮＧＨｅｎｇｍｉｎ，ＺＨＡＮＧＹａｎｈｕａ，ＹＩＪｉａｎｈｏｎｇ （ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅｉｔｓｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｍｅｔａｌｄｅｎｄｒｉｔｅｇｒｏｗｔｈｉｎｔｈｅｅａｒｌｙ１９９０ｓ，ｔｈｅｐｈａｓｅｆｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎ ａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｐｏｔ．Ｉｎｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｎｄｔｈｅｇｒａｉｎｇｒｏｗｔｈｐｒｏｃｅｓｓ，ｅａｃｈｍｏｌｅｃｕｌｅ，ａｔｏｍ，ａｎｄｇｒａｉｎ ｃｏｎｔａｉｎｓｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｐｏｔｅｎ ｔｉａｌｅｎｅｒｇｙａｎｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｏｆｖｏｌｕｍｅ．Ｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｔｏｖｏｌｕｍｅｐｏ ｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙａｎｄｉｔｓｒｅｃｏｖｅｒｙｈａｖｅｉｍｐａｃｔｏｎｍｉｎｅｒａｌｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍｅｔａｌｄｅｎｄｒｉｔｅｇｒｏｗｔｈ．Ｔｈｉｓｉｓａ ｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｈａｓｂｅｅｎｎｅｇｌｅｃｔｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｅｎｔｒｏｐｙｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｅｎｔｒｏｐｙｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｒｏｌｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｅｎｔｒｏｐｙｉｎｔｈｅｐｈａｓｅｆｉｅｌｄ ｅｑｕａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙ；ｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｅｎｔｒｏｐｙ；ｐｈａｓｅｆｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄ；ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ０引 言 自２０世纪９０年代初，相场法被引入金属枝晶生长以来，一直是人们研究的热点．我们知道，自动元胞 机和其它传统方法，既要跟踪固液界面，还要计算界面曲率，计算程序复杂．和这些方法不同，相场法的优 点是：不用编程跟踪固液界面；不用编程计算界面曲率．计算速度快，程序结构简单．这些优点引人入胜，欲 罢不能．本文第一