江苏大学无机材料科学基础第9章相变ppt课件.ppt

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1、固态相变在一定条件下（温度、压强等），物质将以一种与外界条件相适应的聚集状态或结构形式存在着，这种形式就是相。在某种意义上，它和该物相的化学组成定义了其全部的物理和化学性质。故此，物相作为物质系统中具有相同化学组成，聚集状态及相同物理、化学性质的均匀物质部分。相变是指在外界条件发生变化的过程中，物相在某一特定的条件下（临界值）时发生突变的现象。表现为：（1）从一种结构变化为另一种结构，如气相、液相和固相间的相互转变，或固相中不同晶体结构或原子、离子聚集状态之间的转变。（2）更深层次序结构的变化并引起物理性质的突质，例如，顺磁体——铁磁体转变，顺电体——铁电体转变，正常导体——超导体转变

2、等。这些相变的发生往往伴随某种长程序结构的出现或消失。如金属——非金属转变，液态——玻璃态间的转变等，则对应于构成物相的某一种粒子（原子或电子）在两种明显不同状态（如扩展态和局域态）之间的转变。（3）化学成分的不连续变化，例如均匀溶液的脱溶沉淀或固溶体的脱溶分解等。实际材料中所发生的相变形式可以是上述中的一种，也可以是它们之间的复合。如脱溶沉淀往往是结构和成分变化同时发生，铁电相变总是和结构相变耦合在一起。相变现象在自然界普遍存在，且具有多样性。相变现象的研究，不仅使人们加深了对大量与相变有关的现象的理论认识，更重要的是，它促进了构筑现代科学技术，尤其是材料科学技术的迅速发展。相变过程

3、基本规律的研究、学习和掌握有助于人们合理、科学地优化材料制备工艺，并对材料性能进行能动地设计和剪裁，其重要性和意义是显然的。1.相变的基本结构特征1.重构型相变和位移型相变M.J.Buerger对涉及晶体结构变化的相变提出可分为重构型相变和位移型相变两种基本类型的观点。重构型相变表现为在相变过程中物相的结构单元间发生化学键的断裂和重组，并形成一种新的结构，其形式与母相在晶体学上没有明确的位向关系。位移型相变表现为在相变过程中不涉及到母相晶体结构中化学键的断裂和重建，只涉及到原子或离子位置的微小位移，或其键角的微小转动。[例1]重构型石墨—金刚石转变石墨：层状结构层内每个碳原子与周围三个

4、碳原子形成共价键，而层间则由脆弱的分子键相连在高温高压下，石墨可以转变成结构完全不同的金刚石相：结构中每个碳原子以共价键与四个碳原子相连石墨和金刚石的力学性能和电学性能不同。[例2]位移型石英的晶型转变2、马氏体型相变20世纪50年代人们将符合马氏体相变基本特征的相变产物定义为马氏体。它是钢从高温急冷（淬火）时，钢从高温通过相变转变为较硬的一种相，为纪念德国冶金学家AdolphMartens，将淬火后形成的相称为马氏体。除钢之外，许多铁合金、有色金属和合金都有马氏体。一般钢内马氏体的形状是多种多样的，但就其特征而言可分为两类：一类是低碳马氏体，呈条状，其亚结构为位错，称为条状或位错型马

5、氏体。另一类是高碳马氏体，呈片状（针状、透镜状），其亚结构为细的孪晶，称为片状或孪晶型马氏体，含碳量大约在0.4%—1.0%之间为条状马氏体及片状马氏体的混合组织。早期的马氏体，只指钢中淬火得到的坚硬的组织状态，为碳在铁中的过饱和固溶体，呈体心四方点阵。现代的马氏体，是上述概念的推广，指通过马氏体转变机理而生成的产物。马氏体转变可以强化金属，韧化陶瓷，还是新型形状记忆合金的基础，其理论和实践意义巨大。马氏体相变是指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的相变。马氏体相变的重要结晶学特征是相变后存在习性平面和晶面的定向关系。A2B2C2D2和A1

6、B1C1D1二个平面在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转的状态，这两个把母相奥氏体和转变相马氏体之间连接起来的平面称为习性平面。马氏体是沿母相的习性平面生长并与奥氏体母相保持一定的取向关系。马氏体相变的特征：其中A1B1C1D1-A2B2C2D2由母相奥氏体转变为A2B2C2D2-A1B1C1D1马氏体。伴随马氏体相变的宏观变形－浮凸效应在马氏体相变中，除体积变化之外，在转变区域中产生形状改变。在发生变形时，在宏观范围内，习性平面不畸变，不转动。表现为PQR’S’连续共格。同时，QR’不弯曲，马氏体片表面仍保持平面。但是，习性平面位向是具有一定分散度的。在微观范围内产物相变

7、形是不均匀的，表现为马氏体中有微细孪晶或很高的位错密度。检查马氏体相变的重要结晶学特征是相变后存在习性平面和晶面的定向关系。马氏体相变的另一特征是它的无扩散性。马氏体相变是点阵有规律的重组，其中原子并不调换位置，而只变更其相对位置，其相对位移不超过原子间距。马氏体相变往往以很高的速度进行，有时高达声速。例如NiTi记忆合金马氏体相变没有一个特定的温度，而是在一个温度范围内进行的。在母相冷却时，奥氏体开始转变为马氏体的温度称为马氏体开始形成温度，