单组元材料热力学4-2

1、第四章 单组元材料热力学材料热力学材料热力学例如: 工业纯铁是重要的软磁材料；有高的感磁性的低的抗磁性 纯铝(无低温脆性)和纯钛都是重要的结构材料：纯铜是重要的导电材料；纯SiO2是重要的低膨胀材料；纯硅是电脑的核心CPU的芯片材料：纯MgO和AI2O3是重要的耐火材料和耐热材料等。高分子材料的组元概念虽然特殊，但即使是最简单的碳链聚合物，如聚乙烯，也是很重要的工农业用薄膜材料。很多单组元材料是重要的工程材料。很多单组元材料是重要的工程材料。海姆和康斯坦丁海姆和康斯坦丁沃肖洛夫沃肖洛夫英国曼彻斯特大学 很多单组元材料是重要的工程材料。可以讨论那些成分影响相对较小，或需要回避成分影晌复杂性的问题

2、，如热容、磁性转变、点缺陷等问题。单组元材料中没有成分的概念，问题相对简单为了激励科学家发明出制造太空电梯缆线的坚韧材料，美国NASA此前还发出了400万美元的悬赏。 纯金属固态相变的体积效应纯金属固态相变的体积效应除非有可以理解的特殊理由，所有纯金属的加热固态相变 都是由密排结构向疏排结构的转变。即，加热相变要引起体积的膨胀。例外：Fe的/相变，热力学解释？BCC是典型的高温相。BCC结构相在高温将变得比其他典型金属结构（如FCC和HCP 结构）更稳定。相变体积收缩？固态相变的疏密问题是一个体积效应与相稳定性之间关系的问题？即在什么样的温度下，具有什么样的体积特点的相其G自由能更小的问题在一

3、定温度下，具有什么体积特点的相其Gibbs 自由能更小。热力学解释：VdPTdSdHTvpTVSTVHvT)()()(+=VTPTVS)()(=Maxwell方程0)(VTp在温度一定时，熵随体积而增大。即：对于同一金 属，在温度相同时，疏排结构的熵大于疏排结构的熵大于密排结构。密排结构。体积不变，温度增加导致压力增加0)(TVSTvpTVSTVHvT)()()(+=在一定温度下，具有什么体积特点的相其Gibbs 自由能更小。热力学解释：0)(=Tvp对于凝聚态体系：0)()(=TVSTVHT在温度一定时，焓随体积而增大。 对于同一金属，在温度 相同时，疏排结构的焓大于密排结构。疏排结构的焓大

4、于密排结构。G = H TS在温度一定时，熵随体积而增大 对于同一金属，在温 度相同时，疏排结构的熵大于密排结构在温度一定时，焓随体积而增大。对于同一金属，在温度 相同时，疏排结构的焓大于密排结构0)(TVS0)(TVH 低温时，TS项对G的贡献很小，G主要决定于H项。H疏排 H密排 G疏排 G密排 低温下，密排相是稳定相高温下，TS项的贡献很大，G主要决定于TS项。S疏排 S密排 G疏排 G密排 高温下，疏排相是稳定相相变原则：低温下密排相稳定高温下疏排相稳定相变原则：低温下密排相稳定高温下疏排相稳定单组元材料G随温度的变化相变原则： 低温下密排相稳定 高温下疏排相稳定G固 G液G液G气H固 H液 H气S固 S液 S气单组元材料H、S、G随温度的变化相变原则：低温下密排相稳定高温下疏排相稳定问题：以G为纵轴，T为横轴时，恒压下，G曲线随温度下降，曲线向为什么上凸？.VdPSdTdGSPTG)(定压恒压下，自由能与温度的关系曲线恒温下