材料化学 课件 4 相和相变-2 相变

相变分类：

成核-生长机理（nucleation-growthtransition）斯宾那多分解（spinodaldecomposition）马氏体相变（martensitephasetransformation）有序-无序转变（disorder-ordertransition）相变按物质状态划分从热力学角度划分按相变发生的机理来划分按相变发生的机理来划分相变分类：（1）nucleation-growthtransition

成核-生长机理是最重要最普遍的机理，许多相变是通过成核与生长过程进行的。这两个过程都需活化能。如：单晶硅的形成、溶液中析晶等（2）Spinodal分解

又称为不稳定分解，拐点分解，是由于组成起伏引起的热力学上的不稳定性而产生的

相变按物质状态划分从热力学角度划分按相变发生的机理来划分亚稳和不稳的主要差别相变亚稳不稳成分第二相组成不随时间变化第二相组成随时间而连续向两个极端组成变化，直至达到平衡组成形貌第二相分离成孤立的球形颗粒第二相分离成有高度连续性的非球形颗粒有序颗粒尺寸和位置在母液中是无序的第二相分布在尺寸上和间距上均有规则界面在分相开始界面有突变分相开始界面是弥散的逐渐明显能量分相需要位垒不存在位垒扩散正扩散负扩散时间分相所需时间长；动力学障碍大分相所需时间极短；动力学障碍小（2）Spinodal分解Spinodal分解是指固溶体在其Spinodal线以下，无穷小的成分涨落长大扩展，最后导致分解上坡扩散和下坡扩散Spinodal分解与形核长大型的分解不同，无形核位垒，它是靠在固溶体整体中大量的微小空间中微小涨落的不断上涨并扩展而进行，扩散是沿着成分梯度的正方向进行的，即上坡扩散，而沉淀相的形核长大则为下坡扩散相变Spinodal分解的原理：与形核长大型的分解不同，不需要越过形核位垒。许多合金系统出现溶解间断区，在此间断区内自由能成分曲线上有两个变曲点，不同温度下变曲点的连线称为化学变曲轨迹线，恰在此线上自由能对成分的二阶导数为零值，在变曲线以下二阶导数为负值，在变曲线以上为正值。当二阶导数为负时，微小的成分涨落就可以造成周围固溶体的失稳，微小涨落的成分振幅自发增高相变Spinodal分解的优势和应用：一般的沉淀过程在理论上比较难以处理，而Spinodal分解却可以通过解一个（改进的）一维扩散方程得到接近真实定量的处理实际上，Spinodal分解提供了一种产生极弥散分布的组织结构的途径，从而可用于改善材料的某些性能合金的力学性能往往受到第二相的影响，特别是当其以弥散的形态存在时相变相变分类：（3）马氏体相变马氏体相变最早在中、高碳钢冷淬火后被发现，将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火）即会使钢变硬、增强。这种淬火组织具有一定特征，称其为马氏体。最早把钢中的奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。后来发现纯金属和合金也具有马氏体相变。相变按物质状态划分从热力学角度划分按相变发生的机理来划分马氏体相变的特点马氏体相变在动力学和热力学上都有自己的特征，但最主要的特征是在结晶学上，这种转变发生时，新旧成分不变，原子只做有规则的重排而不进行扩散母相和马氏体之间不改变结晶学方位的关系，新相总是沿着一定的晶体学面形成，新相与母相之间有严格的取向关系相变时不发生扩散，是一种无扩散转变，马氏体相变为一级相变。马氏体转变速度很快，有时高达声速马氏体相变过程也包括成核和长大。由于相变时长大的速率一般很大，因此整个动力学决定于成核过程，成核功也就成为相变所必需的驱动力。也就是说，冷却时需过冷至一定温度使具有足够的成核驱动力时，才开始相变相变相变分类：（4）有序-无序相变

旧相和新相结构只是对称性的改变，相变过程以有序参量表征的相变

有序-无序的转变是固体相变中的另一种机理，属扩散性相变如尖晶石结构的磁性体Fe3O4，室温下Fe3+Fe2+无序排列，但在120K以下，Fe3+Fe2+占居各自的位置呈有序排列，有序-无序转变的温度称居里点相变按物质状态划分从热力学角度划分按相变发生的机理来划分有序度：通常用“有序度”来表征物质的有序化程度。它表示不同原子在晶胞中占据相应各自点阵位置的百分数。由于温度或其他因素的影响，合金在不同条件下的有序化程度不同。低于临界温度Tc，合金发生有序转变。Tc的高低与有序化能V0有关。当合金完全无序、原子统计随机分布在各个点阵位置点时，其有序度为0。当完全有序，即不同原子分别占据各自的点阵位置时，其有序度为1相变无序态和有序态在固溶体内，溶质的原子进入溶剂点阵是完全杂乱无章的。在原点阵上，溶质原子和溶剂原子无规则地排列着，这代表一种无序态；在某些情形，对于无序替代式固溶体合金，当缓慢地从高温冷却至室温或在室温长时间退火后，原子重复排列，不同的原子占据了点阵中的一定位置。这就称为原子经重新排列后产生了一种有序态；在组成合金的组元之间，若同类原子间的结合较弱而异类原子间结合较强时，则其固态晶体中的原子(或离子)将呈三维周期性的排列。合金中每个原子(或离子)的位置相对其它原子(或离子)而言，在点阵中是固定的，这样的晶体点阵排列状态，称完全有序态。相变超结构：一般而论，固溶体中的原子的分布是与温度有关的。在低温为有序态的固溶体到高温就变成无序了。这种有序、无序的变化从热力学的观点看，和有些铁磁性物体经居里点的变化相似。当原子处在完全有序态时，它们实际上组成了一种新点阵，叫作超点阵。超点阵往往相比于无序固溶体原有的点阵大一些。这是因为在完全有序的固溶体内，真正的点阵矢量必须是连接相似“原子”的矢量，而不仅是在原子座的骨架中连接相似