北科大《固态相变》12道练习题.pdf

北科大 《固态相变》12 道练习题 ———————————————————————————————— 作者 : ———————————————————————————————— 日期: ? 《固态相变》课程 1 ２道复习题 北科大 ch ｅnleng 老师 1. 什么是一级 相变 ?什么是二级相变 ?并举例说明。 分类标志 :热力学势及其导数的连续性。自由能和内能都是热力学函数，它 们的第一阶导数是压力（或体积 )和熵（或温度）等，而第二阶导数是比热、膨 胀率、压缩率和磁化率等。 第一类相变（一级相变 ):凡是热力学势本身连续，而第一阶导数不连续的状 态突变 ,称为第一类相变。第一阶导数不连续 ,表示相变伴随着明显的体积变化和 热量的吸放 (潜热 )。普通的气液相变、液固相变、金属和合金的多数固态相变、 在外磁场中的超导转变，属于第一类相变。 第二类相变（二级相变） :热力学势和它的第一阶导数连续变化 ,而第二阶导 数不连续的情形 ,称为第二类相变。这时没有体积变化和潜热，但膨胀率、压缩 率和比热等物理量随温度的变化曲线上出现跃变或无穷的尖峰。 超流、没有外磁 场的超导转变、气液临界点、磁相变、合金中部分有序 -无序相变 ,属于第二类相 变。习惯上把第二类以上的高阶相变，通称为连续相变或临界现象。玻色 -爱因 斯坦凝结现象是三级相变。 按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变…… 材基 P５95 按原子迁移特征分类 :扩散型相变、无扩散型相变 2. 回答以下问题 : （1）经典形核理论的均匀形核和非均匀形核的临界核心的曲 率半径哪个更大？为什么？ ( ２）均匀形核和非均匀形核的临界核心形成功 哪个更大， 为什么 ?(3）均匀形核和非均匀形核的形核速率哪个更大 ,为什么 ? （4)经典形核理论对再结晶核心的形成是否适用 ,为什么？ （５）两相转变的 平衡温度与再结晶温度的本质有何区别 ,并给出解释。 非均匀形核： （1）应该特别注意到 ,在相同的过冷度下，非均匀形核的临界曲率半径和均 匀形核临界半径是相同的。 (2)非均匀形核时 ,因为和浸润角有关的 f （θ)总是小于 1,所以非均匀形核的 临界形核功总比均匀形核小。 ( ３)在凝固时液相中都含有大量的形核靠背，例如盛放液体的容器模壁、液 体中含的微小固态微粒等。所以 ,实际的凝固过程中非均匀形核率总比均匀形核 的形核率要高得多 ;在固态相变时 ,由于位错，层错，晶界的影响，非均匀形核的 形核率大于均匀形核。 （４)不适用。由于再结晶的驱动力 (储存能 )远比一般相变的驱动力小 ,而晶 界能却和相变的相界能差不多， 所以形核的临界核心尺寸非常大 (0．1mm),以至 实际上不能实现。或者，从另一个角度看 ,当形成一个合理尺寸的核心时 ,必须在 几个 nm 范围内有 20 ％数量级的局部弹性应变 ,这也是不可能的。这样，所谓再 结晶核心并不是热力学意义上的核心， 它只是在变形结构中再结晶前预先存在的 几