《材料物理》课程教学资源(PPT课件讲稿)第八章 相变 phase transformation

第八章相变 Chapter 8 phase transformations
Chapter 8 phase transformation 第 八 章 相 变

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 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 2)地砖:玻璃态 “微裂纹扩展 狭义相变玻鑫鼎稽奔化学组成不变品榃籴憂星化羁度应 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
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 2)地砖:玻璃态 “微裂纹扩展 ” 玻璃态+晶体态 晶体含量,强度 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

g台>L(凝聚、蒸发) g台→S(凝聚、升华) L◇S(结晶、熔融、溶解) S1台>S2(晶型转变、有序-无序转变) L1台→L2(液体) A+B→>C 亚稳分相( Spinodal分相)
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)

§7-1相变的分类 按热力学分类μ(P,T)一级相变和二级相变 级相变: 2 p1 aP/T( aP a)7皮 au1 ≠ OT 2 OT P 般类型:晶体的熔化、升华; 液体的凝固、气化; b)压力 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
§7-1 相变的分类 一、按热力学分类 (P,T) 一级相变和二级相变 一级相变: P P T T T T P P 1 2 1 2 1 2 = (-S ) ( ) 1 2 1 2 S V V − 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

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:(A1=2 S=S 2 G1≠a2(等压膨胀系数) C B1≠B2(等温压缩系数) Cn≠Cn,(热容量) 0 结论:无相变潜热,无体积的不连续性,只有Ca、β的不连续 有居里点或点(二级相变的特征点) 普遍类型:一般合金有序一无序转变、铁磁性一顺磁性转变、超 导态转变等
即: ( ) S V 1 2 1 2 1 2 1 2 等压膨胀系数 = = = S V ( ) ( ) 1 2 1 2 热容量 等温压缩系数 Cp Cp 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。 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。 T0 T C

二级相变实例 65十 特例 混合型相变: dA4 特点:同时具有一级相变 和二级相变的特征 212 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 温度 图8-2镍的比热在临界温下的 二级变化
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。 二级相变实例

二、按相变方式分类 成核一长大型相变: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。 、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 1200℃ 270℃ -Zr02 ZTO 1000℃ (monoclinic. (tetragonal) (cubic)
*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

Surface scratch 马氏体转变特点: 1)相变前后存在习 性平面和晶面定向 关系 2)快速。可达声速 3)无扩散 Martensite plale Habit piane la 4)无特定温度: 四、按成核特点分类 温度段。 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
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 马氏体转变特点: 1)相变前后存在习 性平面和晶面定向 关系。 2)快速。可达声速 3)无扩散 4)无特定温度: 温度段

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
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

§7-2析晶 、析晶相变过程的热力学 1、相变过程的不平衡状态及亚稳区 BX 结论 C a、亚稳区具有不平衡状态 Lb、在亚稳区要产生新相必须 过冷。 c、当加入杂质,可在亚稳区 形成新相,此时亚稳区 缩小。 说明:阴影区为亚稳 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>平面态燕汽压和溶解度,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
§7-2 析晶 一、析晶相变过程的热力学 1、相变过程的不平衡状态及亚稳区 A T P P / Z V O X B C D E g s L 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。 结论 a、亚稳区具有不平衡状态。 b、在亚稳区要产生新相必须 过冷。 c、当加入杂质,可在亚稳区 形成新相,此时亚稳区 缩小
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