固态相变原理考试复习.pdf

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1、固态相变原理考试复习1.固态相变的特点主要有哪些（1）相变阻力大。在固态相变时，两相间形成新的界面，并且由于新母相的比容不同会消耗能量。即由共格应变能和比容差应变能所组成的应变能与界面能的总和构成了固态相变的阻力；（2）具有某些晶体学特征：新相与母相间往往存在一定的位相关系，如K-S关系等，而且新相往往是在母相一定的晶面族(惯习面)上形成(惯习现象)，惯习面的存在意味着在该晶面上新相和母相的原子排列很接近,能较好的匹配，有助于减少两相间的界面能；（3）形成过渡相：是固态相变减少相变阻力的重要途径之一，过渡相在成分和结构上更接近于母相，两相易于形成共格或半共格

2、界面，以减少界面能，降低形核功，使形核易于进行，但是过渡相的自由能高于平衡相的自由能，故在一定条件下仍有继续转变为平衡相的可能。例如Al-Cu合金中，α相→GP区→θ”→θ‘→θ；（4）新相长大过程中界面类型会发生变化，一般形核时形成共格或半共格界面，长大到一定尺寸后共格关系被破坏，形成非共格界面；（5）扩散激活能大，扩散系数较小；（6）晶体缺陷有显著影响，缺陷周围存在畸变能，易于提供额外相变驱动力，故缺陷处利于形核，此外晶体缺陷对晶核的生长和组元扩散过程也有促进作用；（7）受外界能量场的影响，如应力场、电磁场等，提供能量，促进或抑制形核。a)试对固态相变的

3、相变阻力进行分析固态相变阻力包括界面能和应变能，相变时形成新界面，比容不同都需要消耗能量。（1）界面能：是指形成单位面积的界面时，系统的赫姆霍茨自由能的变化值。与大小和化学dFdnidni键的数目、强度有关。=σ+∑μiσ为表面张力，μi为偏摩尔自由能，为由于界面dAdAdA面积改变而引起的晶粒内部自由能变化.共格界面的化学键数目、强度没有发生大的变化，σ最小；半共格界面产生错配位错，化学键发生变化，σ次之；非共格界面化学键破坏严重,两相无匹配关系，σ最大。（2）应变能:固态相变时新相与母相界面上的原子因强行匹配而在界面附近产生应变能.①错配度引起的应变能（

4、共格应变能）：和新母相界面类型相关,共格界面的应变能最大，半共格界面次之，非共格界面最小。22②比容差引起的应变能（体积应变能）：和新相的形状有关，E=MΔf(ca),球状由于比3容差引起的应变能最大，针状次之，片状最小。其中M为基体弹性模量，△为新相与基体中每个原子所占的体积分数之差，析出相为圆盘状时，厚度为b，半径为r，记r/b=A；当界面为非共格时，界面能=σ.S=2πAb2σ(A+1)=f(b2)，应变能≈0；323223)，界面能≈0，E̅为平均弹性模量，共格时：应变能=E̅δV==E̅δπ(Ab)b=f(b22δ错配度；2)=f(b3)时，b=b

5、4σ1当f(bc=3Eδ2（1+A）；bbc,形成非共格界面，阻力小；若过冷度很大，新相的临界晶核尺寸很小，使单位体积新相的表面积很大，界面能增大居主要地位，此时两相间倾向于形成共格/共格界面以降低界面能，但要使界面能的降低足以超过由于形成共格/半共格界面所引起的应变能的增加，则倾向于析出盘状新相以降低应变能；若过冷度很小，新相的临界晶核尺寸很大,使单位体积新相的表面积较小，相对应变能增大居主导，故两相间倾向于形成非共格界面以降低应变能，若两相比容差很小，新相倾向于形成球状以降低界面能，若比容差较大，则倾向于形成针状以兼顾降

6、低界面能和比容差应变能。b)分析晶体缺陷对固态相变中新相形核的作用固相中存在各种晶体缺陷，如空位、位错、层错、晶界及亚晶界等，如果在晶体缺陷处形核，随着核的形成，缺陷将消失，缺陷的能量将释放以供形核需要，使临界形核功下降，故缺陷促进形核。（1）空位：可通过加速扩散过程或释放自身能量提供形核驱动力而促进形核,过饱和空位聚集崩塌形成位错亦可促进形核。（2）位错：①在位错线上形成新相，位错线消失会释放能量，促进形核②位错线不消失，依附在界面上，变成半共格界面上的位错以补偿错配，减少应变能。③位错线附近溶质原子易偏聚，形成浓度起伏，利于形核。④位错是快速扩散的通道,

7、降低扩散激活能。⑤位错分解为两个不全位错和其间层错，使其层错部分作为新相的核胚而有利于形核。Aaromon总结：刃型位错比螺型位错更利于形核；较大柏氏矢量的位错更容易形核；位错可缠绕，割阶处形核；单独位错比亚晶界上位错易于形核；位错影响形核，易在某些惯习面上形成。（3）晶界：晶界上易形核，减小晶界面积，降低形核界面能2.固态相变的分类主要有哪些（1）按热力学分类，相变可分为一级相变和二级相变①一级相变：相变时两相的自由能相等，化学位相等，但化学位的一阶偏导数不相等，∂μ1∂μ2∂μ1∂μ2∂μ∂μ即G1=G2，μ1=μ2，（）≠（），（）≠（）又（)P=−S

8、,（)T=V即为∂TP∂TP∂PT∂PT∂T∂PS1