陕西科技大学：《无机材料物理化学》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