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金属固态相变基础课件

目录?金属固态相变概述?金属固态相变的热力学基础?金属固态相变的晶体学基础?金属固态相变的动力学基础?金属固态相变的微观机制?金属固态相变的应用

PART01金属固态相变概述

定义与分类定义金属固态相变是指金属在固态下发生的相的转变，包括晶体结构的改变和化学成分的调整。分类金属固态相变可分为一级相变和二级相变，其中一级相变伴随着新旧相之间宏观物理性质的突变，如体积、磁性等；二级相变则不伴随宏观物理性质的突变，但微观结构会发生改变。

金属固态相变的驱动力热力学驱动力金属固态相变受热力学驱动力影响，即新相的自由能低于旧相时，相变才会自发发生。动力学驱动力动力学驱动力则决定了相变的速率，包括新旧相之间的界面能、晶体结构的稳定性等。

金属固态相变的特点晶体结构变化形核与长大金属固态相变伴随着晶体结构的改变，如晶格常数的变化、晶体对称性的变化等。金属固态相变过程中，新相往往在旧相中形核并逐渐长大，形核与长大机制对相变过程和结果有重要影响。扩散性金属固态相变通常需要原子或分子的扩散，扩散速率决定了相变的速率和过程。

PART02金属固态相变的热力学基础

热力学基本概念010203热力学第一定律热力学第二定律状态函数能量守恒定律，表示系统能量的变化等于系统与环境之间交换的热量与功的和。熵增加原理，表示自发过程总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着更加混乱无序的状态发展。描述系统状态的物理量，其值只取决于系统的状态，而与达到该状态所经历的过程无关。

热力学第一定律与第二定律在金属固态相变中的应用热力学第一定律在金属固态相变中的应用金属固态相变过程中，相变潜热和相变熵变等热力学量可以通过热力学第一定律进行计算和评估。热力学第二定律在金属固态相变中的应用金属固态相变过程中，相变过程总是向着熵增加的方向进行，可以通过热力学第二定律判断相变过程的自发性和方向性。

金属固态相变的热力学条件相变的驱动力金属固态相变过程中，新旧相之间的自由能差是相变的驱动力，驱动力的大小决定了相变的速度和方向。相变的热力学条件金属固态相变只有在一定的热力学条件下才能发生，如温度、压力等。了解这些条件有助于预测和控制金属固态相变过程。

PART03金属固态相变的晶体学基础

晶体结构与对称性晶体结构金属固态相变过程中，晶体结构会发生改变。常见的晶体结构有面心立方、体心立方、密排六方等。对称性晶体具有对称性，这种对称性在相变过程中可能会发生变化，影响相变过程和结果。

晶体缺陷与相变晶体缺陷在金属固态相变过程中，晶体缺陷（如位错、晶界等）会对相变产生重要影响，影响相变动力学和相变产物。相变过程中的晶体缺陷晶体缺陷可以作为相变过程中的形核位置，影响新相的形核和长大过程。

晶体学对称性与相变关系对称性破缺在金属固态相变过程中，晶体对称性可能会发生破缺，导致新相的形成。对称性破缺与物理性质变化对称性破缺会导致金属的物理性质发生变化，如磁性、电导率等。

PART04金属固态相变的动力学基础

相变的动力学模型扩散型相变扩散型相变过程中，新相的形成和长大是通过原子或分子的扩散实现的。其动力学模型主要包括Johnson-Mehl-Avrami模型和KJMA模型等。非扩散型相变非扩散型相变过程中，新相的形成和长大是通过应力或热能等外部能量输入实现的，不需要原子或分子的扩散。其动力学模型主要包括Landau-Lifshitz-KittelLaw等。

相变速率与温度的关系相变速率随温度升高而增大在一定温度范围内，随着温度的升高，原子或分子的活动能力增强，扩散速度加快，从而相变速率也会相应增大。相变速率随温度降低而减小当温度过低时，原子或分子的活动能力降低，扩散速度减慢，相变速率也会相应减小。

相变速率的影响因素温度应力和应变合金成分和杂质温度是影响相变速率的主要因素之一，通过影响原子或分子的活动能力和扩散速度来影响相变速率。外部施加的应力和应变也会对相变速率产生影响，尤其是在非扩散型相变过程中更为显著。合金成分和杂质可以影响原子或分子的扩散速度和相互作用，从而影响相变速率。

PART05金属固态相变的微观机制

扩散型相变扩散型相变通常需要较高的温度和较长时间才能完成，因为原子需要足够的能量才能克服势垒进行迁移。扩散型相变是指原子通过扩散来迁移到新相中的过程。在扩散型相变中，原子通过热激活或应力驱动，从一个位置移动到另一个位置，从而在固态中形成新的相。

无扩散型相变无扩散型相变是指原子不通过扩散迁移到新相中的过程。在无扩散型相变中，原子通过快速重新排列或重组来形成新的相，而不需要原子进行长距离的迁移。无扩散型相变通常在较低的温度下发生，并且可以在短时间内完成，因为原子不需要克服势垒进行迁移。

切变型相变切变型相变是指通过切变机制来形成新相的过程。在切