材料科学基础课件第八章 相变

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第 八 章 相 变

Chapter 8 phase transformation

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基本概念相变：指在一定外界条件下，体系中发生的从一相到另一 相的变化过程。应用：相变可以控制材料的结构和性质。 相变开裂：石英质陶瓷 相变增韧：1)氧化锆陶瓷 狭义相变：过程前后相的化学组成不变，即不发生化学反应。

如：单元系统中。晶体I 晶体II广义相变：包括过程前后相组成的变化。

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g L (凝聚、蒸发) g S (凝聚、升华)

L S (结晶、熔融、溶解)S1 S2 (晶型转变、有序-无序转变)

L1 L2 (液体)A+B C

亚稳分相 (Spinodal分相)

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§7-1一、按热力学分类一级相变： 1= 2

相变的分类 (P,T) 一级相变和二级相变

1 2 (V V ) 1 2 P T P T 1 2 (-S S ) 1 2 T P T P一般类型：晶体的熔化、升华；液体的凝固、气化； 气体的凝聚以及晶体中的多数晶型转变等。

特

点：有相变潜热，并伴随有体积改变。

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二级相变：特点： 相变时两相化学势相等，其一级偏微熵也 相等，而二级偏微熵不等。 即： 1= 2

S1=S 2C

V1=V2

1 2 (等压膨胀系数) 1 2(等温压缩系数)C p1 C p2 (热容量)

T 结论：无相变潜热，无体积的不连续性，只有Cp、 、 的不连续。 有居里点或 点 (二级相变的特征点)普遍类型：一般合金有序-无序转变、铁磁性-顺磁性转变、超 导态转变等。

T0

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二级相变实例 特例 混合型相变： 特点： 同时具有一级相变 和二级相变的特征

例如：压电陶瓷BaTiO3有居里点，理论上是二级相 变，但是也有较小的相变潜 热。

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高级相变：

在临界温度，临界压力时，一阶，二阶偏导数 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n-1阶偏导连续，n阶偏导不连 续时称为高级相变。二级以上的相变称为高级相变， 一般高级相变很少，大多数相变为低级相变。

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*二、按相变方式分类

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。如结晶釉。连续型相变(不稳分相):由程度小，范围广的浓度起伏连续长 大形成新相。 如微晶玻璃。 三、按质点迁移特征分类

扩散型：有质点迁移。无扩散型：在低温下进行，如：同素异构转变、马氏体转变

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马氏体转变：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。

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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。1) 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，靠切变维持共格关系。 2) 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。

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3) 马 氏 体 转 变 速 度 很 快 ， 有 时 速 度 高 达 声 速 。 4)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。 四、按成核特点分类 均质转变：发生在单一均质中。

非均质转变：有相界面存在。五、按成分、结构的变化分 重构式转变

位移式转变

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玻璃相变

析晶

分相

体积析晶

表面析晶

不均匀成核

均匀成核

亚稳分相

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§7-2一、析晶相变过程的热力学

液-固相变

1、相变过程的不平衡状态及亚稳区 A 结论 X B a 亚稳区具有不平衡状态。 T g C L b在亚稳区要产生新相必须 O D 过冷。 E c当加入杂质，可在亚稳区 V Z 形成新相，此时亚稳区 s 缩小。 P/ P 说明：阴影区为亚稳区 原因：当发生相变时，是以微小液滴或晶粒出现，由于颗粒很小， 因此其饱和蒸汽压和溶解度>>平面态蒸汽压和溶解度，在相平衡温 度下，这些微粒还未达到饱和而重新蒸发和溶解。

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2、相变过程推动力 GT,P 0 (1) 温度条件 在等T,P下， G= H-T S G 0 G=0 G= H-T S 0 H-T S=0 H, S不随T变化 S= H/T0 G= H-T. T H. T0 T T H = H( 0 ) T0 T0

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