固态相变主章节李坦平

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1、固态相变主讲：李坦平《材料物理化学》固态相变1、物相：物质系统中具有相同相同化学组成、聚集状态和相同物理与化学性质的物质部分的总称。2、相：在一定条件下，处于热力学平衡状态的物质将以一种由该条件所决定的聚集状态或结构形式存在。这种形式就是相。3、相变（相变过程）：指在一定外界条件（温度、压力、电场、磁场等）下，体系中发生的从一相到另一相的变化过程。概述一、相变与相变过程广义相变：包括过程前后相组成的变化。4、讨论：狭义相变：过程前后相的化学组成不变，即不发生化学反应。固态相变如：单元系统中的晶型转变A(结构X)==A（结构Y）硅酸盐水泥熟料中的α

2、-C2S转变成β-C2S类型很多：gL(凝聚、蒸发)gS(凝聚、升华)LS(结晶、熔融、溶解)S1S2(晶型转变、有序-无序转变)L1L2(液体)A＋BC或AB+C亚稳分相(Spinodal分相)固态相变相变在硅酸盐材料的科研与生产中十分重要：例如1、陶瓷、耐火材料的烧成和重结晶；2、玻璃中防止失透或控制结晶来制造各种微晶玻璃；3、瓷釉、搪瓷和各种复合材料的熔融和析晶；4、硅酸盐水泥熟料中主要矿物硅酸三钙与硅酸二钙的多晶转变等。概述二、硅酸盐材料的相变现象固态相变例1：锂铝硅微晶玻璃概述三、相变与硅酸盐材料的性能相变过程中涉及的基本

3、理论对获得特定性能的材料和制订合理的工艺过程是极为重要的，是材料研究、制造中的重要课题。玻璃中析出β-石英和锂霞石，且颗粒小于40Nm时粒径小于可见光波长1、玻璃是透明的2、密度大于普通玻璃，强度提高；3、膨胀系数可趋于零，热稳定性可提高到1150ºC，未微晶化的玻璃仅150ºC固态相变例1：锂铝硅微晶玻璃概述三、相变与硅酸盐材料的性能相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理的工艺过程是极为重要的，是材料研究、制造中的重要课题。当处量温度提高时，β-石英和锂霞石固熔体会转变为β–锂辉石或β–锂辉石与β–石英固熔体，且颗粒长大至微米级

4、粒径大于可见光波长1、玻璃失去透明性，成白色；2、膨胀系数增大，热稳定性降到450ºC左右。固态相变例2：尖晶石为主晶相的微晶玻璃概述三、相变与硅酸盐材料的性能相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理的工艺过程是极为重要的，是材料研究、制造中的重要课题。尖晶石作为主晶相均布在硅质基质中，这种材料的强度高、韧性好，可作为硬盘板材料，但硬度很高，抛光困难。析晶出：堇青石顽火灰石强度、韧性同样好，但抛光性能改善固态相变例3：硅酸盐水泥熟料中硅酸二钙的多晶转变纯C2S在1450ºC以下，存在多晶转变1）对于纯C2S，有水硬性的α、αH’、α

5、L’、β型在室温下都是不稳定的，有趋势转变为水硬性微弱的γ型，而γ的比重最小，这一转变将导致体积膨胀，以致发生粉化。2）但在熟料中，含有MgO、Al2O3、Fe2O3、SO3、ZnO、Cr2O3、R2O等，因此熟料中的C2S也为固熔体。3）根据固熔的氧化物的种类和数量，以及冷却开始的温度与速率，生产中可以保留不同的高温型。这也就是生产中必须对熟料进行急冷的原因之一。也是水泥生产中的一个关键。固态相变9.1相变的分类一、按热力学分类物质的相变种类和方式很多，特征各异，很难将其归类，常见的分类方法有按热力学分类、按相变方式分类、按相变时质点迁移等情况

6、进行分类。热力学分类把相变分为一级相变、二级相变或多级相变一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的相变称为一级相变按自由能函数G导数连续情况来定义相变的级别：一个系统在相变点有直到（n-1）阶连续的导数，但n阶导数不连续，则该相变定义为n级相变。二级相变：相变时两相化学势相等，其一级偏微熵也相等，而二级偏微熵不等。固态相变9.1相变的分类二、按相变方式分类Gibbs(吉布斯)将相变过程分为两种不同的方式：1、由程度大、但范围小的浓度起伏开始发生相变，并形成新相核心，即成核－长大型相变；2、由程度

7、小、范围广的浓度起伏连续地长大形成新相，固态相变9.1相变的分类三、按质点迁移特征分类1、扩散型相变：特点是相变依靠原子(或离子)的扩散来进行的；这类相变较多，如晶型转变、熔体中析晶、气－固相变、液－固相变和有序－无序转变等。2、无扩散型相变：主要是在低温下进行的纯金属(锆、钛、钴等)同素异构转变以及一些合金(Fe－C、Fe－Ni、Cu－Al等)中的马氏体转变。固态相变9.1相变的分类四、按动力学分类按动力学特征进行分类，固态相变中的扩散型相变可分为：(1)脱溶转变：由亚稳定的过饱和固溶体转变为一个稳定的或亚稳定的脱溶物和一个更稳定的固溶体。(2

8、)共析转变：一个亚稳相由其它两个更稳定相的混合物所代替，即由一个相转变成两个不同相。(3)有序－无序转变：由有序向无序转变。(4)块型转