材料科学基础---第八章--相变.ppt

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1、第八章相变概述一、几个概念1.相物理性质和化学性质完全相同且均匀的部分。相与相之间有分界面，可用机械的方法将它们分开。系统中存在的相可以是稳定的、亚稳的或不稳定的。系统在某一热力学条件下，只有当能量具有最小值的相才是最稳定的。系统的热力学条件改变时，自由能会发生变化，相的结构也相应发生变化。2.相变随自由能变化而发生的相的结构的变化称为相变。3.相变过程相变过程：物质从一个相转变到另一个相的过程。(1)狭义的相变过程相变仅限于同组成的两相之间的结构变化。如液体蒸发、α-石英与α-磷石英间的转变。(2)广义的

2、相变过程包括过程前后相的组成发生变化的情况。二、相变理论要解决的问题1.相变为何会发生？2.相变是如何进行的？三、学习相变理论的目的（或意义）相变在硅酸盐工业中十分重要本章内容：1.相变分类2.液-固相变过程热力学3.液-固相变过程动力学4.液-液相变过程重点：1.相变过程的推动力及晶核形成条件2.析晶过程难点：液-液相变过程第一节相变的分类分类方法有很多，目前有以几种：一、按热力学分类二、按相变方式分类三、按质点迁移方式分类一.按热力学分类：一级相变：特点：二级相变：特点：如图8-1如图8-2返回二

3、.按相变方式分类：成核—长大型相变：由组成波动程度大、空间范围小的浓度起伏开始发生的相变。初期起伏生成新相核心，然后是新相核心长大。有均匀成核和非均匀成核两类。连续型相变：由组成波动程度小、空间波动范围广的起伏引起的相变，即起伏连续地生长而形成新相。三.按质点迁移特征分类：扩散型相变:相变过程依靠原子（或离子）的扩散来进行的相变．无扩散型相变：相变过程不存在原子（或离子）的扩散，或虽存在扩散但不是相变所必需的或不是主要过程的相变．陶瓷材料相变综合分类：陶瓷材料二级相变一级相变超导相变磁性相变二级铁电相变二级有

4、序－无序相变玻璃态相变无扩散位移型相变扩散型相变点阵不畸变点阵畸变铁电相变有序-无序相变切变为主－马氏体相变正应力为主－一些多形型相变连续型相变成核长大型相变连续有序化Spinodal分解沉淀析晶反应包析反应有序－无序相变贝氏体相变马氏体相变意义：是固态相变的基本形式之一。在许多金属、固溶体和化合物中可观察到马氏体转变。钢淬火，形成马氏体，硬度高概念：一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进行相变。特点：1.结晶学特征相变后存在习性平面和晶面的定向关系。2.无扩散性：3.速

5、度极快：高达声速4.一定温度范围内进行：第二节液—固相变过程热力学一、相变过程的不平衡态及亚稳区二、相变过程的推动力▲三、晶核形成条件▲一.相变过程的不平衡状态及亚稳区亚稳区：理论上应发生相变而实际上不能发生相转变的区域返回图8-8单元系统相变过程图由此得出：(1)亚稳区具有不平衡状态的特征，是物相在理论上不能稳定存在，而实际上却能稳定存在的区域；(2)在亚稳区内，物系不能自发产生新相，要产生新相，必然要越过亚稳区，这就是过冷却的原因；(3)在亚稳区内虽然不能自发产生新相，但是当有外来杂质存在时，或在外界能量

6、影响下，也有可能在亚稳区内形成新相，此时使亚稳区缩小。二、相变过程推动力相变过程的推动力是相变过程前后自由能的差值1.相变过程的温度条件：由热力学可知，等温等压下：在平衡条件下，T0—相变的平衡温度；△H—相变热若在任意温度T的不平衡条件下，则有：若△H,△S不随T变化讨论：相变过程自发进行,则若相变过程放热(凝聚、结晶)，即若相变过程吸热(蒸发、熔融)，即结论：相变驱动力可以表示为过冷度(过热度)的函数，因此相平衡理论温度与系统实际温度之差即为该相变过程的推动力。2.相变过程的压力与浓度条件：压力条件：在恒

7、温可逆不作有用功时：当过饱和蒸汽压力为P的气相凝聚成液相或固相(平衡蒸汽压为P0)时结论：过饱和蒸汽压差P-P0为凝聚相变过程的推动力浓度条件：对溶液：若是电解质溶液，还要考虑电离度C-C0即为这一相变过程的推动力相变过程的推动力：应为过冷度，过饱和浓度，过饱和蒸汽压。即相变时系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差值。三.晶核形成条件当熔体冷却发生相变，由一相变为两相时，体系在能量上出现两个变化：—系统中一部分原子(或离子)从高自由状态转变为低自由能的另一态—新相生成产生新的界面时，体系自由能增加

8、则V—新相体积A—新相总表面积γ—新相界面能—单位体积中旧相和新相之间的自由能之差假设生成的新相晶胚呈球形，半径为r，个数为n由上式看出：△G为晶胚半径r和过冷度的函数—晶胚临界半径如图8-9返回讨论：1)rk是新相可以长大而不消失的最小晶胚半径，rk愈小表示新相愈易形成；△T愈大则rk愈小，相变愈易进行。2)在相变过程中，γ和T0均为正值，析晶相变系放热过程，则△H<0。若rk>0,则△T>0,即