相变热力学基础-第6章.ppt

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1、相变热力学第六章ThermodynamicsofPhaseTransformation1第6章相变热力学6.1相变分类6.2新相的形成和形核驱动力6.3第二相析出的相变驱动力6.4析出相的表面张力效应6.5晶间偏析6.6几种重要相变2PhaseTransformation相变：在均匀单相内,或在几个混合相中，出现了不同成分或不同结构（包括原子、离子或电子位置位向的改变）、不同组织形态或不同性质的相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。a）狭义的相变过程相变前后化学组成不发生变化的过程，相变过程是个物理过程而不涉及化学反应，如液体蒸发、α-石英与α-磷石英

2、间的转变。b)广义的相变过程包括过程前后相的组成发生变化的情况，相变过程可能有反应发生46.1相变分类相变种类繁多,可按不同方式分类：(1)按热力学分类•一级相变•多级相变（二、三、···）(2)按相变方式分类•不连续相变•连续相变(3)按原子迁移特征分类•扩散型相变•无扩散型相变5(1)按热力学分类相变的热力学分类是按温度和压力对自由焓的偏导函数在相变点（To，Po）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。当温度升降到临界点T0时，将发生α⇌β相变。如果外界条件使这一转变成为一个似静过程，则两相的自由焓及化学位均相等，即：μα=μβ，G

3、α=Gβ相变时的化学位的n阶偏导数不等，n-1阶偏导相等，则称为n级相变6一级相变（First-orderphasetransformations）将化学位的一阶偏微分在相变过程中发生突变的相变称为一级相变7？？表现：体积和熵(焓)的突变8金属中大多数相变为一级相变金属熔化αFe↔γFe······特点：体积变化有热效应一级相变时两相的自由能、熵及体积的变化T0TVTG1相2相TST0T091011二级相变（Secondorderphasetransitions）在相变过程中，化学势的一阶偏微分相同，二阶偏微分在相变过程中发生突变的相变称为二级相变此时称为二级相变。12

4、二级相变时两相的自由能、熵及体积的变化T0TVT1相2相GTST0T013二级相变中，定压热容Cp、膨胀系数α与压缩系数β发生突变14TT0在二级相变中热容的变化C15161718属于二级相变的有铁磁-顺磁转变(Ferromagnetic-paramagnetictransition)Fe、Ni、Co及其合金，各种铁氧体，Mn-Al合物，稀土-过渡族元素化合物等反铁磁(Anti-ferromagnetic)-顺磁转变Fe、Mn、Cr及部分稀土元素等19属于二级相变的有超导-常导转变(Superconduct-generallyconducttransition)In、S

5、n、Ta、V、Pb、Nb等纯金属和Nb-Ti、Nb-Zr、V3Ga、Nb3Sn、Nb3AlGe、Nb3Ge等金属间化合物以及Y-Ba-Cu-O等氧化物超导体等合金中有序-无序的转变Au-Cu、Ti-AI、AI-Mn、Cr-AI、Cu-Zn、Cu-Pd、Cu-Pt、Fe-Co、Fe-AI、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Pt、Ni-V等合金系20(2)按相变方式分类不连续相变（形核长大型）：形核、长大型两阶段进行，新相和母相有明显相界面。（小范围原子发生强烈重排的涨落）连续型相变（无核型）：原子较小的起伏，经连续扩展而进行，新相和母相无明显相界面。（大范围原子发生轻微重排的

6、涨落）发生在转变前后晶体结构都相同的系统中特点：发生区域大；扩散型转变；无形核位垒；上坡扩散例：调幅分解；有序/无序转变21(3)按原子迁移特征分类扩散型相变：依靠原子扩散进行•原有的原子邻居关系被破坏；•溶体成分发生变化。无扩散型相变：无原子扩散，或虽存在扩散，但不是相变所必需的或不是主要过程。•相邻原子的移动距离不超过原子间距，不破坏邻居关系；•不改变溶体成分。马氏体相变22相变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-多晶相变连续相变成核

7、-长大型相变连续有序化Spinodal分解析晶反应包析反应贝氏体相变236.2新相的形成和形核驱动力热力学指明某一新相的形成是否可能材料发生相变时，在形成新相前往往出现浓度起伏，形成核胚，再成为核心、长大在相变过程中，所出现的核胚，不论是稳定相或亚稳相，只要符合热力学条件，都可能成核长大，因此相变中可能会出现一系列亚稳定的新相这些亚稳定的过渡相在一定的条件下再向稳定相转化24Forexample:材料凝固时往往出现亚稳相，甚至得到非晶态自由能最低的相最稳定(稳定相)相对稳定相(亚稳相)具有较高的自由能，但只要亚稳相的形成会使体系的自由能降