相变热力学基础-第3课.ppt

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1、第三章单组元材料的热力学目前，应用的材料大多是多组元材料，但很多单组元材料也是重要的工程材料3.1纯金属固态相变的体积效应3.2晶体中的热空位3.3由热容计算自由能3.4单元材料的两相平衡3.5Gibbs-Helmholtz方程本章主要内容3.1纯金属固态相变的体积效应除非有可以理解的特殊理由，所有纯金属的加热固态相变都是由密排结构（CloseStructure）向疏排结构（Openstructure）的转变。OR，加热相变要引起体积的膨胀。BCC是典型的高温相。BCC结构相在高温将变得比其他典型金属结构（如FCC和HCP结构）更稳定热力学解释：在一定温度下，具

2、有什么体积特点的相其Gibbs自由能更小G=H−TS3.2晶体中的热空位空位(Vacancy)–晶体中某结点的原子空缺(missingatom)由于某种原因，原子脱离了正常格点，而在原来的位置上留下了原子空位。Or，空位就是未被占据的原子位置.理想晶体中不存在空位，但实际金属晶体中存在空位。随着温度升高，晶体中的空位浓度增加，大多数常用金属（Cu、Al、Pb、W、Ag…）在接近熔点时，其空位平衡浓度约为10-4，即晶格内每10000个结点中有一个空位。把高温时金属中存在的平衡空位通过淬火固定下来，形成过饱和空位，这种过饱和空位状态对金属中的许多物理过程（例如扩散

3、、时效、回复、位错攀移等）产生重要影响。计算金属晶体在某一温度下的平衡空位浓度有空位时的熵无空位时的熵3.3由热容计算自由能3.4单元材料的两相平衡一个纯元素，通常以几种状态存在，如固态、液态和气态比较固态与液态的Gibbs自由能差假定每一相都含有1mol原子，在1atm下：Richard规则（Richard’sRule）各种固体金属的熔化熵大致相等,可通过熔化热估算物质的熔点。Trouton规则（Trouton’sRule）Trouton根据大量的实验事实，总结出一个近似规则:各种固体金属的沸化熵大致相等,可通过沸化热估算物质的沸点。单元材料的两相平衡包括：固

4、—液相之间、固—气相之间、液—气相之间以及同素异构固相之间的平衡。如何解释几条两相平衡线？同一组元组成的体系存在两相(α和β)平衡时:对于等温等压下的可逆相变，相变温度为T时适用于任何单组元材料的两相平衡Clapeyron方程例：纯铁在压力提高时，其相变温度将发生变化，试推算纯Fe的γ转变温度A3点如何随压力而变化？已知在1atm下，γ转变温度为1183K，在分析室温下提高压力使石墨向金刚石的转变时，可分解成以下几个步骤：盖斯定律化学反应不管是一步完成还是多步完成，其热效应相同如果在压力为P时石墨可转变成金刚石，则应有：3.5Gibbs-Helmholt

5、z方程基尔霍夫公式