第八章材料中的相变ppt课件.ppt

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1、第八章材料中的相变第一节相变的概述第二节液相-固相的转变（成核-生长相变）第一节相变概述GeneralofPhaseTransition一、相变的概念相变是指在外界条件发生变化的过程中，物相于某一特定的条件下（或临界值时）发生突变的过程。（1）由一种结构变化为另一种结构；（2）化学成分的不连续变化；（3）某些物理性质突变。广义概念同组成的两固相之间的结构转变。狭义概念1、按物态变化分类分为可逆和不可逆相变2、按热力学分类二、相变分类狭义：同组成的两固相之间的结构变化，不涉及化学反应（物理过程）。广义

2、：除上述情况之外，还包括相变前后相组成变化的情况。A、按转变方向分B、按化学位偏导数的连续性分类按照化学位对温度和压力的偏导函数在相变点的数学特征——连续或非连续，将相变分为一级相变、二级相变或更高级的相变。n级相变：在相变点系统的化学位的第(n-1)阶导数保持连续，而其n阶导数不连续一级相变：在临界温度和临界压力时，体系由一相变为另一相时，两相化学位相等，但化学位的一阶偏导数不等的相变。TTTT01相2相OOOGSV图8.1一级相变时两相在转变点的G、S、V的变化宏观表现：相变时体系热焓H发生突变

3、，热效应较大，体积膨胀或收缩二级相变：在临界温度和临界压力时，体系由一相变为另一相时，两相化学位相等，化学位的一阶偏导数也相等，但二阶偏导数不等的相变。Cp高级相变：在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数相等，而三阶偏导数不相等的相变成为三级相变。实例：量子统计爱因斯坦玻色凝结现象为三级相变。依次类推，自由焓的n-1阶偏导连续，n阶偏导不连续时称为高级相变。二级以上的相变称为高级相变，一般高级相变很少，大多数相变为低级相变。3、按结构变化及转变速度快慢分类重构型:化学键被破坏，新相和母相在晶体学上

4、没有明确的位向关系——相变需要的能量高、速度慢位移型:不涉及化学键的破坏，新相和母相之间存在明显的晶体学位向关系——相变需要的能量低、速度快有序-无序型:涉及到多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化。4、按相应机理分类成核－生长相变、连续型相变、有序－无序转变和马氏体相变。成核－生长相变：由组成波动程度大、空间范围小的起伏开始发生的相变，初期起伏形成新相核心，然后是新相核心长大，有均匀成核与非均匀成核两类。5、按动力学机制分类均匀相变:没有明显的相界面，相变是在整体中均匀进行的，相变过

5、程中的涨落程度很小而空间范围很大。非均匀相变：是通过新相的成核生长来实现的，相变过程中母相与新相共存，涨落的程度很大而空间范围很小。第二节液相－固相的转变（成核－生长相变）TransitionbetweenLiquidPhaseandSolidPhase一、相变过程的热力学条件相变过程热力学：研究相变过程的推动力。热力学条件：相变过程的推动力是相变过程前后自由能的差过程达到平衡过程自发进行1、相变过程的温度条件等温等压条件下若平衡时：要使相变自发进行，必须有ΔG<0相变热相变的平衡温度若在任一温度下

6、不平衡时，则有：（1）放热过程（凝固、结晶等），H<0，为使G<0，则必须有T>0，即T0–T>0，T0>T这表明该过程系统必须“过冷却”，即系统实际温度比理论相变温度要低，才能使相变过程自发进行。讨论：（2）吸热过程（蒸发、熔融等），H>0，为使G<0，则必须有T<0，即T0–T<0，T0

7、即为凝聚相变过程的推动力。对于溶液中析出固体的相变而言，为使相变过程自发进行，必须c<0，即c>c0，即溶液要有过饱和浓度，它们之间的差值c–c0为这一相变过程的推动力。3、相变过程的浓度条件总结：相变要自发的进行，系统必须过冷（过热）或过饱和，系统温度、浓度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差值即为相变过程的推动力液相-固相在材料制备过程中是普遍存在的。如水泥、陶瓷、金属材料等。许多的液相-固相转变及绝大多数固-固相变是按照成核-生长机制进行相变，它主要包含成核与晶体长大两个过程。从动力学上描述

8、液-固相变时常以成核速率、晶体长大速率、总结晶速率等来描述。概述：成核速率：单位时间、单位体积母相中形成的新相核心的数目晶体长大速率：单位时间内新相线生长尺寸的增量总结晶速率：新相占母相的体积分数随温度、时间的变化来表征三、相变过程的动力学条件1、晶核形成条件过冷形成新相系统GV降低系统GS增加系统GE增加设形成半径r的球形新相，则整个系统自由能变化Gr应为上述三项之代数和。LS－液、固界面能（假定无方向性）；GV、GE－单位体积自由能和应变能的变化分析