固态相变原理ch2-3概论

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1、思考题（1）如何理解近邻关系的变化？绘图示意之。（2）一级配位结构相变和二级配位结构相变有何联系与区别？为什么？（3）材料学和理论物理关于“连续”与“不连续”的概念有何区别？（4）原子扩散与原子迁移有何关系？举例说明。（5）再结晶属于什么相变？（6）相变的热力学、动力学和结构变化分类之间有什么关系？举例说明。（7）人工控制或调制材料结构，如量子点、量子线或超材料属于什么相变？为什么？1.相变驱动力TT0，Gv<0，T=T0，若相变潜热为Lv，且T不大LVSVT0LTVGLTLVVVTT00相变驱动力与形核驱动力2

2、.均匀形核→(1)系统总自由能变化假定各相同性，新相核心为球形432GrGE4rVV3(2)临界核心*2临界核心r△Gv-Ev尺寸3*16形核功G23(GvEv)(能量势垒)相变势垒3.形核率NIVt根据玻尔兹曼统计，母相中临界核心的平衡浓度为**GCCexp()OkTCo——母相可供成核位置密度设单个原子进入具有临界尺寸的核胚的频率为，则I=C*与原子定向跳动频率和扩散速率有关，如扩散激活能为Q，QCexp()0KT*QGCexp()0KT形核率随温

3、度的变化加热相变时形核率随温度的变化趋势？4.非均匀形核系统自由能变化为缺陷(消失而)提供的能量GVGEAGVVd(1)异质界面形核设晶核为球冠形表面张力平衡，即sscos；cosSS根据几何关系，可求出2Ar2sin2V133A2r(1cos)；S；r(23coscos)3AAAss；GdAssΔGA()AV(GvEv)Gf()s(r)LLLs(r)G为半径为

4、r的球形核心在相中出现导致的系统自由能变化(r)12f()(2cos)(1cos)4(1)异质界面形核ΔGA()AV(GvEv)Gf()s(r)LLLs(r)12f()(2cos)(1cos)4**界面临界核心的半径r及成核势垒Gs分别为s**rrs**GGf()sf()1，所以相依托杂质表面成核总可以降低成核势垒，除非Ss(2)晶界形核界面：两个相邻晶粒的边界界棱：三个晶粒共同交界的一条线界隅：四个晶粒交于一点处(a)界面形核(b

5、)界棱形核(c)界隅形核只有晶界两侧界面都不共格时，晶核才类似球形。新相非共格界面通常新相在大角度晶界形核时，一侧可能与母相具晶粒1晶界有一定的取向关系形成平晶粒2直的共格或半共格界面，共格或半共格界面以降低界面能、减少形核功；另一侧必为非共格界晶界形核示意图面，为减少相界面面积，故呈球冠状。晶界不同位置形核功比较(3)位错形核位错可通过多种形式促进形核：①位错线消失释放能量有利形核②位错不消失，位错依附于新相界面上补偿错配降低应变能③溶质原子在位错线上偏聚有利形核的成分起伏有利形核④位错线作为扩散的短路通道降低扩散激活能

6、加速形核⑤位错分解扩展位错层错部分作为新相的核胚a/2[110]→a/6[211]+a/6[121]全位错肖克来不全位错(4)空位的作用①加速扩散过程②释放自身能量提供形核驱动力而促进形核③空位聚集崩塌形成位错圈促进形核相界面的迁移新相长大(1)界面类型及迁移方式(半)共格界面滑动型界面位错非热激活界面迁移按界面界面滑移界面移动率大结构非共格界面迁移率大非滑动型原子扩散界面迁移共格界面迁移率低滑动型界面例子：Shochley不全位错的滑移新相非共格界面晶界晶格切变滑动型晶粒1共格界面原子偏聚形成非滑动晶粒2或有序或界面形核共格或半共

7、格界面界面类型及迁移方式对相变产物形貌的影响铝合金中含铁析出相单晶高温合金中析出相非匀相位移型滑动界面迁移(切变)，原协同型转变子协调运动，近邻关系按界面（队列型、军队式）不变，成分不变(无扩散)迁移机制原子越过非滑动型界面非协同型转变非协调迁移，近邻关系（非队列型、平民式）改变(有扩散)非匀相重构型(2)界面容纳因子非协同转变界面迁移时，新相接受母相迁移原子的几率,A=0~1非共格界面A1(半)共格界面A0ZrO2陶瓷非共格界面共格界面按非协同型机制移动时出现的原子不相容情况(3)长大控制因素①扩散控制：成分差别大，近平衡相变

8、条件，原子扩散慢于热流和界面移动速率，界面上新、旧相平衡②界面控制：成分不变或差别小或非平衡相变条件，界面迁移速度受界面过程控制，界面处新旧、相浓度不平衡③混合控制：介于两者之间Cv界面控制原始成分Co