无机材料科学基础 第8章 相变.ppt

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1、第八章相变Chapter8PhaseTransition1§8—1相变的分类§8—1ClassificationofPhaseTransition2一、按热力学分类------一级相变体系由一相变为另一相时,如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变,即:3一、按热力学分类----一级相变µ1=µ2(µ1/T)P≠(µ2/T)P(µ1/P)T≠(µ2/P)T由于(µ/T)P=-S;(µ/P)T=V,即Sl≠S2;Vl≠V2。因此在一级相变时熵(S)和体积(V)有不连续变化,

2、如图8—l示。特点:相变时有相变潜热,并伴随有体积改变。4图8—l5一、按热力学分类----二级相变相变时两相化学势相等,其一级偏微商也相等,但二级偏微商不等,即:µ1=µ2(µ1/T)P=(µ2/T)P(µ1/P)T=(µ2/P)T6一、按热力学分类----二级相变(2µ1/T2)P≠(2µ2/T2)P(2µ1/P2)T≠(µ2/P)T(2µ1/TP)≠(2µ2/TP)即µ1=µ2Sl≠S2;Vl≠V2Cp1≠Cp2β1≠β2α1≠α2式中β和α分别为等温压缩系数和等压膨胀系数。

3、见图8-27图8-28一、按热力学分类----二级相变特点:无相变潜热,没有体积的不连续变化,只有热容量、热膨胀系数和压缩系数的不连续变化。9一、按热力学分类----二级相变由于这类相变中热容随温度的变化在相变温度T0时趋于无穷大,因此可根据CP—T曲线具有形状而称二级相变为相变,其相变点可称点或居里点。见8-3图10二、按相变方式分类成核—长大型相变(nucleation-growth):是由程度大、但范围小的浓度起伏开始发生相变,并形成新相核心的相变;Spinodal分解(decomposition):由程度小、范

4、围广的浓度起伏连续地长大形成新相的相变。11三、按质点迁移特征分类扩散型相变无扩散型相变:如马氏体转变。12四、马氏体(Martensite)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称为马氏体转变。13四、马氏体(Martensite)1.结晶学特征结晶学特征是相变后存在习性平面和晶面的定向关系。图8-4所示(A)为一四方形的母相—一奥氏体块。(B)是从母相中形成马氏体示意图。其中A1B1C1D1和A2B2C2D2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。14图

5、8—415图8—516图8—617四、马氏体(Martensite)2.马氏体相变的另一特征是无扩散性的位移式相变,其相对位移不超过原子间距。4.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。3.马氏体相变速度极快,高达声速。18五、有序—无序转变随温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆转变过程称为有序—无序转变。19五、有序—无序转变有序参数=(R-)/(R+)完全有序时为1,完全无序时为0。如:磁铁矿原子占据应该占据的位置数原子占据不应占据的位置数完全有序时为1,完全无序时为0。如:磁铁矿20图

6、8-721§8—2液—固相变过程热力学§8—2ThermodynamicsofLiquid-solidTransition22一、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(如所示的阴影区)。需过冷、过饱和才能相变。见图8-823图8—824二、相变过程推动力总的推动力:相变过程前后自由能的差值25二、相变过程推动力---相变过程的温度条件在等温等压下,ΔG=ΔH-TΔS在平衡条件下,ΔG=0,则ΔS=ΔH/T0相变的平衡温度相变热在任意一温度的不平衡条件下,则有ΔG=ΔH-TΔS≠0若

7、ΔH与ΔS不随温度而变化,ΔG=ΔH-TΔH/T0=ΔH(T0-T)/T0=ΔHΔT/T026二、相变过程推动力---相变过程的温度条件ΔHO,TO,要使ΔG<0,须有ΔTT0,过热。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。27二、相变过程推动力--相变过程的压力和浓度条件1、气相,恒温下ΔG=RTlnP0/P欲使ΔG<0,须P>P0即汽相过饱和。2、溶液,ΔG=RTlnC0/C欲使ΔG<0,须C>C0即液相过饱和。综上所述,相变过程

8、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。28三、晶核(nucleus)形成条件当一个熔体(熔液)冷却发生相转变时,则系统由一相变成两相,这就使体系在能量上出现两个变化,一是系统中一部分原子(离子)从高自由能状态(例如液态)

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