相变动力学过程课件

第九章相变过程动力学第九章相变过程动力学1概述相变定义相变是随自由能变化而发生的相的结构的寶化。相变过程是物质从一个相转变为另一个相的过程。一般相变前后相的化学组成不变。狭义上讲:相变仅限于同组成的两相之间的结构变化A(结构X—A(结构Y);广义上讲:相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。相变包括许多种类,例如凝聚、蒸发、升华结晶、熔融、晶型转变、有序无序转变,分相等。概述2概述相变意义相寶在硅酸盐工业中十分重要。倒如陶瓷、耐火材料的娆成和重结晶,或引入矿化剂来控制其晶型转化;玻璃中防止失透或控制结晶来制造种种黴晶玻璃;单晶、多晶和晶须中采用的液相或气相外延生长;瓷釉、塘瓷和各种复合材料的熔融和析晶;以及新型新铁电材料中由自发极化产生的压电、热释电、电光效应等都可归之为相变过程。相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理的工艺过程是极为重要的。概述3第一节相变的热力学分类按热力学分类一级相变、二级相变和高级相变1、一级相变体亲由一相变为另一相时,如两相的化学事相等,但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的相变称为一级相变,即1→J(=)(μ1D)p≠(42/D)p,(p1/P)≠(42/8P)r图11一级相变时两相的自、体积及熵的第一节相变的热力学分类4第一节相变的热力学分类由于(aμ/a)pS;(/aP)rV。故,一级相变的特点因此在一级相变时,糸统的化学势有连续变化,而熵(S)和体积(V)却有不连续变化。即相变肘有相变嵴热,并伴随有体积改变。如图1-1所示。晶体熔化、升华;液本的凝阂、气化;气体的凝聚以及晶体中大多数晶一转变都属于一级相变2、二级相变三级相变时两相化学势相等,其一级偏傲商也相等,但二级偏微商不等,即μ1/T=(2/T()r=(p2/P)(2a/P2)=(2a2/P)第一节相变的热力学分类5第一节相变的热力学分类(a2u,aTop)=(a2u,/aToP)由于(2/aT)p℃p/T(a2/aP2)rVB(au/)Va故,三级相变的特点可具体为V1=V2;Cu;≠Cp2;β,≠B≠a式中β和α分别为等温压縮糸数和等压膨胀糸数,乞表明三级相变肘两相化学势、熵和体积相等,但热容、热膨胀糸数、压縮糸数却不相等,即无相变潜热,没有体积的不连续变化。而只有热容量、热膨胀糸数和压縮糸数的不连续变化。如图111所示。第一节相变的热力学分类6第一节相变的热力学分类由于这类相`中热容随温度的变化在相变溫度T时趋于无穷大,因此可根据CpT曲线具有λ形状而称三级相变为λ相变,其相变点可称为λ点或居里点。般合金的有序-无序转变、铁磁性顺磁性转变、超导态转变等均属于二级相变。“2在许多一级相变中都重叠有二级相变的特征,因此有些相变实际上是混合型的图11-2二?可的自由焓病、体长和登的变化第一节相变的热力学分类7第一节相变的热力学分类3、高级相变在临界温度,临界压力肘,一阶,三阶偏导数相等,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η-1阶偏导连续,冂阶偏导不连续肘称为高级相变。二级以上的相变称为高级相变,般高级相变很少,大多数相变为低级相变。第一节相变的热力学分类8第一节相变的热力学分类按相变方式分粪1、成核-长大型相变:由程度大、但范围小的浓度起伏开始发生相变,并形成新相核心称为成核-长大型相变;2、连续型相变:由程度小、范广的浓度起伏连续地长大形成新相,称为连续型相寶。三、按质点迁移特征分类1、扩散型:相变是依靠原子(或离子)的扩散来进行的。如晶型转变,熔体中析晶、气-固;液-圆相相变和有序-无序转变。2、无扩散型:低温下进行的纯金属(锆、钛、钻等)同素异构转变以及一些合金中的马氏体转变。第一节相变的热力学分类9第一节相变的热力学分类四、马氏体(Martensite)相变马氏体相寶的特征是相变肘新相和母相之间具有严格的取向关糸,靠切变维持共格晶界,并存在一个习性平面在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转的状态。马氏体相变无扩散性而且速度很高,有肘可达声速。相变肘没有特定的温度而是在一个温度范围内进行。马氏体相变开始温度为M,相变完成的温度为M,马氏体相变不仅发生在金属中,在无机非金属材料中也有出现,例如ZrO2中都存在这种相变。日前广泛应用zr○2由四方晶糸转变为单斜晶糸的马氏体相变过程进行无机高温结构材料的相变增韧。第一节相变的热力学分类10相变动力学过程课件11相变动力学过程课件12相变动力学过程课件13相变动力学过程课件14相变动力学过程课件15相变动力学过程课件16相变动力学过程课件17相变动力学过程课件18相变动力学过程课件19相变动力学过程课件20相变动力学过程课件21相变动力学过程课件22相变动力学过程课件23相变动力学过程课件24相变动力学过程课件25相变动力学过程课件26相变动力学过程课件27相变动力学过程课件28相变动力学过程课件29相变动力学过程课件30相变动力学过程课件31相变动力学过程课件32相变动力学过程课件33相变动力学过程课件34相变动力学过程课件35相变动力学过程课件36相变动力学过程课件37相变动力学过程课件38相变动力学过程课件39相变动力学过程课件40相变动力学过程课件41相变动力学过程课件42相变动力学过程课件43相变动力学过程课件44相变动力学过程课件45相变动力学过程课件46相变动力学过程课件47相变动力学过程课件48相变动力学过程课件49相变动力学过程课件50相变动力学过程课件51第九章相变过程动力学第九章相变过程动力学52概述相变定义相变是随自由能变化而发生的相的结构的寶化。相变过程是物质从一个相转变为另一个相的过程。一般相变前后相的化学组成不变。狭义上讲:相变仅限于同组成的两相之间的结构变化A(结构X—A(结构Y);广义上讲:相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。相变包括许多种类,例如凝聚、蒸发、升华结晶、熔融、晶型转变、有序无序转变,分相等。概述53概述相变意义相寶在硅酸盐工业中十分重要。倒如陶瓷、耐火材料的娆成和重结晶,或引入矿化剂来控制其晶型转化;玻璃中防止失透或控制结晶来制造种种黴晶玻璃;单晶、多晶和晶须中采用的液相或气相外延生长;瓷釉、塘瓷和各种复合材料的熔融和析晶;以及新型新铁电材料中由自发极化产生的压电、热释电、电光效应等都可归之为相变过程。相变过程中涉及的基本理论对获得特定性能的材料和制订合理的工艺过程是极为重要的。概述54第一节相变的热力学分类按热力学分类一级相变、二级相变和高级相变1、一级相变体亲由一相变为另一相时,如两相的化学事相等,但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的相变称为一级相变,即1→J(=)(μ1D)p≠(42/D)p,(p1/P)≠(42/8P)r图11一级相变时两相的自、体积及熵的第一节相变的热力学分类55第一节相变的热力学分类由于(aμ/a)pS;(/aP)rV。故,一级相变的特点因此在一级相变时,糸统的化学势有连续变化,而熵(S)和体积(V)却有不连续变化。即相变肘有相变嵴热,并伴随有体积改变。如图1-1所示。晶体熔化、升华;液本的凝阂、气化;气体的凝聚以及晶体中大多数晶一转变都属于一级相变2、二级相变三级相变时两相化学势相等,其一级偏傲商也相等,但二级偏微商不等,即μ1/T=(2/T()r=(p2/P)(2a/P2)=(2a2/P)第一节相变的热力学分类56第一节相变的热力学分类(a2u,aTop)=(a2u,/aToP)由于(2/aT)p℃p/T(a2/aP2)rVB(au/)Va故,三级相变的特点可具体为V1=V2;Cu;≠Cp2;β,≠B≠a式中β和α分别为等温压縮糸数和等压膨胀糸数,乞表明三级相变肘两相化学势、熵和体积相等,但热容、热膨胀糸数、压縮糸数却不相等,即无相变潜热,没有体积的不连续变化。而只有热容量、热膨胀糸数和压縮糸数的不连续变化。如图111所示。第一节相变的热力学分类57第一节相变的热力学分类由于这类相`中热容随温度的变化在相变溫度T时趋于无穷大,因此可根据CpT曲线具有λ形状而称三级相变为λ相变,其相变点可称为λ点或居里点。般合金的有序-无序转变、铁磁性顺磁性转变、超导态转变等均属于二级相变。“2在许多一级相变中都重叠有二级相变的特征,因此有些相变实际上是混合型的图11-2二?可的自由焓病、体长和登的变化第一节相变的热力学分类58第一节相变的热力学分类3、高级相变在临界温度,临界压力肘,一阶,三阶偏导数相等,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η-1阶偏导连续,冂阶偏导不连续肘称为高级相变。二级以上的相变称为高级相变,般高级相变很少,大多数相变为低级相变。第一节相变的热力学分类59第一节相变的热力学分类按相变方式分粪1、成核-长大型相变:由程度大、但范围小的浓度起伏开始发生相变,并形成新相核心称为成核-长大型相变;2、连续型相变:由程度小、范广的浓度起伏连续地长大形成新相,称为连续型相寶。三、按质点迁移特征分类1、扩散型:相变是依靠原子(或离子)的扩散来进行的。如晶型转变,熔体中析晶、气-固;液-圆相相变和有序-无序转变。2、无扩散型:低温下进行的纯金属(锆、钛、钻等)同素异构转变以及一些合金中的马氏体转变。第一节相变的热力学分类60第一节相变的热力学分类四、马氏体(Martensite)相变马氏体相寶的特征是相变肘新相和母相之间具有严格的取向关糸,靠切变维持共格晶界,并存在一个习性平面在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转的状态。马氏体相变无扩散性而且速度很高,有肘可达声速。相变肘没有特定的温度而是在一个温度范围内进行。马氏体相变开始温度为M,相变完成的温度为M,马氏体相变不仅发生在金属中,在无机非金属材料中也有出现,例如ZrO2中都存在这种相变。日前广泛应用zr○2由四方晶糸转变为单斜晶糸的马氏体相变过程进行无机高温结构材料的相变增韧。第一节相变的热力学分类61相变动力学过程课件62相变动力学过程课件63相变动力学过程课件64相变动力学过程课件65相变动力学过程课件66相变动力学过程课件67相变动力学过程课件68相变动力学过程课件69相变动力学过程课件70相变动力学过程课件71相变动力学过程课件72相变动力学过程课件73相变动力学过程课件74相变动力学过程课件75相变动力学过程课件76相变动力学过程课件77相变动力学过程课件78相变动力学过程课件79相变动力学过程课件80相变动力学过程课件81相变动力学过程课件82相变动力学过程课件83