无机非金属材料基础：第四章 相平衡与相图第三节相变.ppt

（2）阿弗拉米（M. Avrami） 方程 1939年修正 （3）克拉斯汀（I. W. Christion）方程 1965年进一步修正 ◆转变曲线以100%的水平线为渐进线 ◆开始阶段，诱导期，曲线平缓，形核 ◆中间阶段，自动催化期，曲线变陡，生长阶段 ◆后期阶段，曲线趋于平滑，相变接近结束 三种基本变化： ①晶体结构的变化。 纯金属的同素异构转变、固溶体的多形性转变、马氏体相变 ②化学成分的变化。 只有成分转变而无相结构的变化 ③有序程度的变化。 合金的有序化转变，以及与电子结构变化相关的转变 三、固态相变 1、固态相变的特点 （1）相界面 弹性应变能：大 中 小 界面能：小　　　　　　 中 大 (a)??? 共格界面 (b) 半共格界面 (c) 非共格界面 （2）界面能 界面能依共格界面、半共格界面和非共格界面的顺序递增。固-固两相界面能高，一部分是形成新相界面时，因同类键、异类键的结合强度和数量变化引起的化学能，另一部分是由界面原子的不匹配产生的点阵畸变能。 （3） 位向关系 固态相变时，为了降低新相与母相之间的界面能，新相的某些低指数晶向与母相的某些低指数晶向平行。 界面结构为共格或半共格时，新相与母相之间必须存在一定的晶体学取向关系，反之不成立。 （4） 惯习面 固态相变时，为了降低界面能和维持共格关系，新相往往在母相的一定晶面上开始形成。这个与所生成新相的主平面或主轴平行的母相晶面称为惯习面。原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。 （5） 晶体缺陷 晶态固体中的空位、位错、晶界等缺陷周围因点阵畸变而储存一定的畸变能。新相极易在这些位置非均匀形核。它们对晶核的长大过程也有一定的影响。缺陷处晶格畸变、自由能高，促进形核及相变 （6）应变能 弹性应变能 相界面原子排列的差异引起 新相形成时的体积变化 新相的几何形状对应变能相对值的影响 2、固态相变时的形核 （1） 均匀形核 形成半径为r的球形晶核时，系统自由焓的变化为 自由能差 界面能 应变能 令dΔG/dr=0 即 所以，临界晶核半径为 成核位垒（成核功） △G 0 4πr2γαβ r △G* r* 4πr3(△GV+△GE)/3 △G （2）非均匀形核 ①晶界形核 设α为母相，β为新相，两相邻α晶粒间界面能为γαα ，α-β界面为非共格界面，界面能为γαβ。球面半径为r，界面形核时自由焓的变化为： △G=V△GV+Aαβγαβ+V△GE -Aααγαα △G*非=△G*均 f( θ) f(θ) 是形状因子。 r* =-2γαβ/(△GV+△GE) 非均匀形核时，临界晶核半径r*与晶界的存在无关，但形核功△G*取决于θ，θ＝00时△G降为0，θ＝900时，△G*非＝△G*均。 γαα α α γαβ θ θ r β ②位错形核 位错线消失释放能量，降低成核功 成为半共格界面中的位错 溶质原子在位错上偏聚，满足新相形核的成分 短路扩散作用 ③空位对形核的促进作用 释放能量提供成核驱动力 凝聚成位错 第三节 相 变 重点内容： ① 相变的分类；② 液-固相变过程的热力学和动力学分析，晶体生长过程动力学；③ 固态相变的特点，固态相变的形核与晶核长大。 一、相变的分类 二、液-固相变 三、固态相变 相变：指当外界条件如温度、压力等发生变化时，物相在某一特定条件下发生的突变。 相变表现为： 1）从一种结构转变为另一种结构。 2）化学成分的不连续变化。 3）物质物理性能的突变。 一、相变的分类 1、按热力学分类 按照自由能对温度和压力的偏导函数在相变点的数学特征——连续或非连续，将相变分为一级相变、二级相变或更高级的相变。 n级相变：在相变点系统的化学势的第（n-1）阶导数保持连续，而其n阶导数不连续。 。 一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的化学势相等，但化学势的一阶偏微分不相等。 ◆一级相变时，熵和体积有不连续变化。即相变时有潜热，并伴随有体积变化。晶体的熔化、升华，液体凝固以及大多数晶型转变。 二级相变 等压热容 压缩系数 膨胀系数 S1 = S2 V1 = V2 Cp1 ≠ Cp2 β1 ≠ β2 α1 ≠ α2 二级相变时，两相化学势、熵和体积相等，而热容、热膨胀系数和压缩系数不相等。 即，无相变潜热没有体积不连续变化。 只有热容、热膨胀系数和压缩系数的不