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相变

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相变的名词解释

相变的名词解释

相变的名词解释相变是物质在一定条件下由一种物态转变为另一种物态的过程，是物质内部结构和性质发生显著变化的现象。

相变是物质的基本特性之一，广泛存在于自然界和人类生活中。

本文将从科学、日常应用和未来发展等角度对相变进行解释和探讨。

一、科学解释科学界对相变的解释主要基于热力学原理。

在热力学中，物质的相变可以通过研究压力、温度和物质的性质等参数来理解和描述。

相变可以分为凝固、融化、汽化、凝聚等不同的类型。

首先，凝固是指物质由液体态变为固体态的相变过程。

当物质受到足够低的温度影响时，它的分子迅速减慢运动，在不同的环境下出现晶体结构的形成。

其次，融化是指物质由固体态变为液体态的相变过程。

当物质受到足够高的温度影响时，分子的振动增加，逐渐摆脱原子间的相互作用力，凝聚态结构瓦解。

另外，汽化是指物质由液体态变为气体态的相变过程。

当物质受到足够高的温度影响时，分子的动能增加，克服表面张力，逸出到气态。

最后，凝聚是指物质由气体态变为液体态的相变过程。

与汽化相反，当物质受到足够低的温度影响时，分子逐渐失去动能，凝结成液体。

二、日常应用相变的现象在日常生活中有着广泛的应用。

其中，最常见的就是冰的融化和汽化现象。

当夏天气温升高时，冰块会逐渐融化成水。

这是因为太阳光的热量使冰分子动能增加，逐渐克服冰的结构力，从而融化成液体。

另外，煮水时水的汽化现象也是相变的一个例子。

当水受热温度升高时，分子的动能增加，逐渐克服水的结构力，从而转变为水蒸气。

相变的应用还有许多其他领域，如制冷技术。

在制冷设备中，物质的相变过程被用于吸收热量，从而实现空调和冰箱等设备的制冷功能。

此外，相变储能技术也是一项应用前景广阔的技术。

通过利用物质在相变过程中吸收或释放大量热量的特性，可以实现储能功能，为能源行业提供可靠的储能解决方案。

三、未来发展相变的研究领域在科学界中仍然是一个充满挑战和机遇的领域。

随着科技的进步，相变材料的研究逐渐受到重视。

相变材料是指具有特殊相变能力的物质，可以在外界刺激下发生相变，从而实现一些特定的功能。

8-1相变

8-1相变
金属中,在无机非 金属材料中也有马氏体相变.如在钙钛矿型 结构的BaTIO3. KTa0.65Nb0.35O3(KTN). PbTiO3,由高温顺电性立方相到低温铁电四 方相的转变都存在这种相变.ZrO2由高温立 方相到低温四方相的转变也属于马氏体相变
有序—无序转变 四, 有序 无序转变
19
图8—4
20
4) 相变前后无成分变化; 原子的配位不变. ) 相变前后无成分变化; 原子的配位不变. 5)马氏体相变速度极快,高达声速 )马氏体相变速度极快, 无相变热,相变激活能小,转变速度快, 无相变热,相变激活能小,转变速度快,以近似于 声波传播的速度进行,比裂纹扩展速度大2～ 倍 声波传播的速度进行,比裂纹扩展速度大 ～3倍. 相 变伴随有体积变化------高温相向低温相转化引起体积 变伴随有体积变化 高温相向低温相转化引起体积 膨胀. 膨胀. 7)马氏体相变没有一个特定的温度,而是在一个温度 )马氏体相变没有一个特定的温度, 范围内进行的. 范围内进行的. 相变具有可逆性,并受外界因素(温度,应力等) 相变具有可逆性,并受外界因素(温度,应力等) 的影响,相变发生于一个温度区间内,而不是一个特 的影响,相变发生于一个温度区间内, 定的温度点. 定的温度点.
即: 1= 2
2 = Vβ P T
2
U = Vα TP
2
S1=S 2
V1=V2
α 1 ≠ α 2 (等压膨胀系数 )
β 1 ≠ β 2(等温压缩系数 )
C p1 ≠ C p2 (热容量 )
所以二级相变时, 系统的化学位, 体积, 熵无突变, 所以二级相变时 , 系统的化学位 , 体积 , 熵无突变 , 但
-黄铜的无序-有序固溶体
体心立方结构
Zn

相变的概念

相变的概念

相变的概念相变是物质在一定条件下从一种物态转变为另一种物态的过程。

在相变过程中，物质的性质和结构发生改变，通常伴随着吸热或放热现象。

相变可以分为固液相变、液气相变和固气相变三种类型。

固液相变是指物质从固态转变为液态的过程，也就是熔化。

固液相变的温度被称为熔点，熔点是物质固液相平衡态的温度。

当物质的温度升高到熔点时，固体的结构发生变化，晶格内的分子或原子振动幅度增大，逐渐失去规则排列。

在熔化的过程中，固体所吸收的热量用于克服分子之间的相互作用力，使得固体分子能够自由移动，最终形成液体。

液气相变是指物质从液态转变为气态的过程，也就是蒸发。

液气相变的温度被称为沸点，沸点是物质液气相平衡态的温度。

当物质的温度升高到沸点时，液体分子的平均动能增大，一部分液体分子具有了足够的能量克服液体表面的引力，从而逃逸到气体相。

在蒸发的过程中，液体所吸收的热量用于提高分子的平均动能，使得液体中分子的运动速度逐渐增大，最终形成气体。

固气相变是指物质从固态转变为气态的过程，常见的固气相变是升华。

在常温下，一部分物质直接从固体相转变为气体相，而不经过液体相。

升华的逆过程被称为凝华，即气体直接转变为固体。

典型的例子是冰的升华，即在低于冰的熔点时，固体水直接升华为水蒸气。

相变过程中，物质的性质发生明显的变化。

以水为例，当温度低于0时，水以固态存在，具有固定的形状和体积。

当温度升高到0时，水开始熔化成液态，形成流动的液体，具有固定的体积但没有固定的形状。

当温度继续升高到100时，水开始沸腾，转变为气态，具有自由流动的分子，体积也没有固定的限制。

相变过程中，物质的密度、形状和体积都发生了变化，这是相变现象的显著特点。

相变是由于分子或原子之间的相互作用力的变化导致的。

在固体中，分子或原子紧密排列，存在着强烈的相互作用力，使得固体具有一定的形状和体积。

当温度升高时，分子或原子的振动幅度增大，使得相互作用力逐渐减弱，最终失去规则排列，即发生熔化。

相变的概念与分类

相变的概念与分类

为恒压热膨胀系数）
7
二级相变的特点：
相变时无热效应，无体积效应，熵（S） 和体积（V）连续变化，不发生突变。
但两相的恒压热容，恒温压缩系数， 恒压热膨胀系数不相等（在相变点发 生突变）。
G 1相 S
2相
T
C
T
V
T0
T
图8-3 在二级相变中热容的变化
T
T0
图8-2 二级相变时两相的自 由能、熵及体积的变化
TP TP
此时称为二 级相变。
6
分析：
(
2u T 2
)P
(
S T
)P
CP T
(CP)1 (CP)（ 2 比热容不等）
2u
V

V V
( ) ( ) ( ) V
P2 T
P T
P T V
1
2
（(V) P T
1为恒温压缩系数） V
2u
(
)
TP T
(V T
)p
(V T
)P
V V
V
1
2
（
(VT )P
1 V
16
亚稳区的特点：
（1）亚稳区具有不平衡状态的特征，物相理论上在该区
域内不能稳定存在，而实际上却能以介稳态存在的区域； （2）在亚稳区内，新相不能自发地产生，要形成新相必 须越过亚稳区，这就是过冷却的原因； （3）在亚稳区内，新相不能自发形成，但当有杂质存在 或外界条件的影响，也可能在亚稳区形成新相，此时亚 稳区被缩小。
17
二．相变过程推动力
过程自发进行
宏观推动力：⊿GT,P≤0
过程达到平衡
1．恒压下的温度条件 由热力学原理，在等温等压下有：ΔG=ΔH－TΔS 在平衡条件下：

第九章相变过程

第九章相变过程

第九章相变过程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，因而相变是个物理过程不涉及化学反应。

从狭义讲，相变仅限于同组成的两相之间的结构变化；但广义概念，相变应包括过程前后相组成发生变化的情况。

第一节相变的热力学分类一.一级相变热力学特点：1.相变时，两相的自由焓相等（即G1=G2，dG=0）。

∵G = U+pV-TSdG = dU+pdV+Vdp-TdS-SdT = 0假设是可逆过程且只做体积功，由热力学第一定律，内能增量为dU = TdS-pdV∴dG = T dS-pdV+pdV+Vdp-TdS-SdT∴dG = Vdp-SdT2.相变的时候，两相的自由焓一阶导数不连续。

恒压条件下，自由焓对温度求导，（∂G1/∂T）P≠(∂G2/∂T)P而恒压下，（∂G/∂T）=-S∴S1≠S2∴两相的熵发生不连续的变化（即没有相变潜热）。

温度T一定时，（∂G1/∂p）T≠(∂G2/∂p)T而温度T一定时，（∂G/∂p）=V∴V1≠V2∴有体积效应所以，相变时，有相变潜热，有体积效应。

二. 二级相变热力学特点：1.两相的自由焓相等。

2.两相自由焓的一阶导数是连续的（即相变时，没有相变潜热，没有体积效应）。

3.自由焓的二阶导数不连续。

P一定时，（∂2G/∂T2）P=-(∂S/∂T)P=-(C p/T),即二级相变时，C p1≠C p2，也就是两相的热容不等。

T一定时，（∂2G/∂p2）T=(∂V/∂p)T=(1/V)*(∂V/∂p)T*V,而K=(1/V)*(∂V/∂p)TK为等温压缩系数，所以K1≠K2；即二级相变时，两相的等温压缩系数是变化的。

（∂2G/∂p*∂T）=(∂V/∂T)p=(1/V)*(∂V/∂T)p*V,而α=(1/V)*(∂V/∂T)p为等压热膨胀系数，所以α1≠α2；即二级相变时，两相的等压热膨胀系数是变化的。

第二节液——固相变（熔体结晶）一.核化均匀熔体实际上必须冷却到比熔点更低的一个温度才开始析晶。

相变知识点总结

相变知识点总结

相变知识点总结一、相变的基本概念相变是指物质在一定条件下由一种物态转变为另一种物态的过程。

在常见的物质中，我们可以观察到凝固、熔化、汽化和凝结等相变现象。

从微观的角度来看，相变是由于物质微观结构发生改变所引起的。

在相变过程中，物质的分子和原子之间发生重新排列，从而导致了物质性质的改变。

1. 凝固：当物质从液态转变为固态时，称为凝固。

在凝固的过程中，物质的分子或原子重新排列成规则的晶体结构，形成了固体的状态。

例如，水在温度低于0℃时会凝固成冰。

2. 熔化：当物质从固态转变为液态时，称为熔化。

在熔化的过程中，物质的分子或原子逐渐失去有序排列，形成了液体的状态。

例如，冰在温度高于0℃时会熔化成水。

3. 蒸发：当物质从液态转变为气态时，称为蒸发。

在蒸发的过程中，液体表面的分子会获得足够的能量，从而克服表面吸附力，逸出液体表面成为气体。

例如，水在加热的过程中会发生蒸发。

4. 凝结：当物质从气态转变为液态时，称为凝结。

在凝结的过程中，气体中的分子会失去足够的能量，从而聚集在一起形成液滴。

例如，水蒸气在冷却的过程中会凝结成水滴。

二、相变的特点相变具有以下几个特点：1. 温度不变：在相变的过程中，物质的温度不发生变化。

这是因为相变过程中，吸收的热量用于克服分子间的相互作用力，而不是用于提高温度。

因此，相变过程中的温度保持不变。

2. 热量变化：相变过程中，物质吸收或释放的热量称为相变潜热。

相变潜热是使单位质量物质发生相变所需要的热量。

凝固和凝结过程中，物质释放热量；熔化和蒸发过程中，物质吸收热量。

3. 对外界压力的依赖性：相变的过程受外界压力的影响。

一般来说，增加外界压力会使物质的凝固点和熔化点升高，蒸发点和凝结点降低。

这是因为在高压下，分子活动受到限制，所以相变需要更高的温度或更低的温度才能发生。

三、相变的图像表示相变的过程可以用相变图来表示，相变图是表示物质在不同温度和压力条件下的各种物态之间的转变关系的图表。

群论应用-第4章 相变,畴与群论


4, 相变: 反相畴的产生改变了平移对称元素, 晶胞的大小改变了,
而晶胞的点对称元素不变, 即G 和 G0 有相同的点群。 *
5, 例1, 钙长石
10
1) 钙长石的高温相属I1空间群，其群元为 (1| 0 0 0); (1| 0 0 0); (1 |1/2, 1/2, 1/2);
(1 |1/2, 1/2, 1/2)
3, 空间群 P2’ca 是空间群 Pbac 的子群 (二) 相变引起的晶畴
一, 畴结构 (1) 晶畴: 经过由对称破缺引起的结构相变, 在低 温相的晶体中普遍存在着畴结构。这是因为，具有低对称 性的低温相通常是简并的，存在着能量相同而状态不同(如 取向不同 ) 的晶态，这就形成了晶畴。
[ 这里与前面低对称性微扰引起能级分裂的情况不同, 那里只 在一个晶态中, 状态 (如取向) 是确定的. ] (2) 畴界：晶畴与晶畴之间出现畴界 ( 晶界 )。 *
素( 1| τ)，则畴结构为反相畴结构。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2, 畴界: 因为作为畴界操作元素的陪集元素为平移操作，
故此畴界称为平移畴界 ( translation boundaries );
3, 畴界操作: 作为畴界操作的平移操作τ的平移量为晶体某平移
轴移距的n/m, n和m为正整数, 且n < m, n/m 常见值为1/2;
变成超导体;
c, 低温相属Pmmm空间群，为群P4/mmm的子群， 群元为左边的八个对称元素
2) 陪集分解: {P4/mmm } = {Pmmm } + (m[110] | 0, 0, 0) {Pmmm } 3) 晶态（畴态）数： n = 16 / 8 = 2
但结构发生了变化。也称为连续相变或结构相变。

物质的三态相变及其机制

物质的三态相变及其机制物质的三态相变是指物质在不同温度和压力下发生的固态、液态和气态之间的相互转变过程。

相变是物质的分子或原子在热力学条件下重新排列和分布的过程，而相变的机制则是这一过程发生的原因和方式。

一、固态相变及其机制1. 熔化相变：熔化是固态物质在一定温度下由有序的排列状态转变为无序的液态状态的过程。

当固态物质受热且温度超过其熔点时，固态结构开始松弛，分子或原子之间的键开始断裂，使得物质的结构变得更加无序，从而形成液态物质。

2. 冷凝相变：冷凝是气态物质在一定温度下由无序的气态状态转变为有序的液态状态的过程。

当气态物质受冷且温度低于其沸点时，气体分子之间的平均动能降低，分子间的相互作用力增强，从而使得气态物质聚集形成液态物质。

3. 凝固相变：凝固是液态物质在一定温度下由无序的液态状态转变为有序的固态状态的过程。

当液态物质受冷且温度低于其凝点时，液体分子间的相互作用力增强，使得分子开始重新排列并形成固态结构。

二、液态相变及其机制1. 沸腾相变：沸腾是液态物质在一定温度下由有序的液态状态转变为无序的气态状态的过程。

当液体受热且温度超过其沸点时，液体内部分子间的相互作用力减弱，分子能够独立运动并逃逸至液体表面，形成气泡，从而形成气体。

2. 蒸发相变：蒸发是液态物质在一定温度下由有序的液态状态转变为无序的气态状态的过程，但区别于沸腾的是，蒸发发生在液体表面。

液体分子吸收热量后获得足够的能量使得部分分子克服表面引力逸出液体表面，形成气体。

三、气态相变及其机制1. 凝华相变：凝华是气态物质在一定温度下由无序的气态状态转变为有序的固态状态的过程。

当气体受冷且温度低于其凝点时，气体分子间的相互作用力增强，使得分子开始重新排列并形成固态结构。

2. 液化相变：液化是气态物质在一定温度下由无序的气态状态转变为有序的液态状态的过程。

当气体受冷且温度低于其临界点时，气体分子间的相互作用力增强，使得分子开始逐渐靠拢并形成液态结构。

相变的基本类型

添加合金元素可以改变金属的凝固行为，如提高凝固温度范围、细 化晶粒等，进而改善材料的性能。
热处理
通过热处理工艺，如淬火、回火等，可以调整金属凝固后的组织结构 和性能。
高分子材料加工过程中的结晶行为调控
温度控制
通过控制加工温度，可以影响高分子链的运动和 排列，从而调控结晶行为和晶体结构。
压力控制
施加适当的压力可以促进高分子链的紧密排列和 结晶，提高材料的密度和力学性能。
速率控制步骤
在相变过程中，速率最慢的步骤决定 了整个相变的速率。这个最慢步骤被 称为速率控制步骤，它对整个相变过 程的速率起决定性作用。
07 相变在材料科学和工程中 的应用
金属凝固过程中的组织控制
控制冷却速率
通过调整冷却速率，可以控制金属凝固过程中的晶粒大小和形态， 从而优化材料的力学性能。
引的力，使液体表面具有收缩的趋势。表面张力的大小与液体的 性质和温度有关。
润湿现象
液体与固体接触时，液体在固体表面铺展的现象。润湿程度取决于液体的性质、固体的 表面能和液体与固体之间的相互作用力。当液体不能润湿固体时，会形成接触角，接触
角的大小反映了液体对固体的润湿性能。
铁磁-顺磁相变的特点
铁磁-顺磁相变伴随着磁化率、磁导率等磁学性质的变化，对材料 的磁性应用具有重要意义。
06 相变热力学和动力学基础
热力学第二定律及熵增加原理
热力学第二定律
描述了热量传递的方向性，即热量不可能自发地从低 温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
熵增加原理
在封闭系统中，自发过程总是朝着熵增加的方向进行 。熵是描述系统无序度的物理量，熵增加意味着系统 无序度增加。
凝固
物质从液态转变为固态的过程，通常 会释放热量，如水凝固成冰。

热学 (7 第九章 相变)


四、气液两相图
汽化曲线, 是液态和气态的分界线
饱和蒸汽压与温度的关系 沸点与外界压强的关系
汽化曲线终点就是临界点K 汽化曲线始点O是三相点
§9.3 克拉珀龙方程
一、方程的推导
两相平衡时的温度T和压强p有函数关系，相平衡曲线
气液二相图 汽化曲线
固液二相图 熔化曲线
Q1 ml
A m(2 1) p
在凹（凸）液面情况下，分 子由气相进入液相的概率比 平页面情况的概率大（小）
3、过饱和蒸气、凝结核、云室
若没有足够的凝结核，或凝结核过小，即使蒸气压强超过 该温度下的饱和蒸气压，液滴仍不能形成并长大，因而出现 过饱和现象，这样的蒸气称为过饱和蒸气压，或过冷蒸气。
4、云及人工降雨
暖云：大小水滴共存 冷云：由冰晶组成 混合云：由冰晶和水滴组成
pk
Vmk
Tk



pk

a

V2 2 mk

Vmk

b

R Tk


a 27b2

a
2 9b2



3b

b


R
8a 27bR
对比物态方程



3
2

3
1

8
对应态定理: 一切物质在相同的对比压强和对比温度下, 就有相
同的对比体积了.
8a Tk 27bR Vmk 3b
a pk 27b2
临界比容：液态的最大比容 临界压强：液态的最大饱和蒸汽压 临界温度：等温压缩使气体液化的最高温度
pk, k Tk之间的关系
临界系数
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V 1 1 2 ( （ ) T 为恒温压缩系数） P V
2u V V V ( )T ( )p ( ) P V TP T T V V 1 1 2 ( （ ) P 为恒压热膨胀系数） T V
7
二级相变的特点是：
2
1．按热力学分类 根据热力学观点，系统平衡时总是处于自由能最小的 状态。当外界条件（T、P、组成等）变化时，系统 必将向自由能减小的方向变化。
临界参数——相变开始发生时的参数称为临界参数。 如：临界温度TC、临界压力PC。 热力学分类把相变分为一级相变与二级相变。
3
（1）一级相变： 相变时如果两相的化学位相等但化学位的一阶导数不相 等的称为一级相变。即在TC、PC下，α、β两相，uα=uβ （化学位），而 ： u u u u ( )p ( ) p;( )T ( )T T T P P
在任一温度T的不平衡温度下，有：ΔG=ΔH-TΔS≠0
T0 T H T G H T H H T0 T0 T0
ΔT=T0-T， 称为过冷度。
24
讨论：相变过程要自发进行，必须ΔG<0，则:
H T ＜0 T0
（1）若相变过程放热（如凝聚过程、结晶过程等），则ΔH<0， 要使ΔG<0，则必须ΔT>0，即T<T0，表明系统必须过冷却，相 变过程才能自发进行； （2）若相变过程吸热（如蒸发、熔融等），则ΔH>0，要使 ΔG<0，则必须ΔT<0，即T>T0，表明系统必须过热。
u1 u 2 u1 u2 ( )P ( )P ; ( )T ( )T T T P P
S1 S 2 (熵连续）； V1 V2 (无体积效应）； QP 0(无热效应）
但二阶导数不等：
( 2u1 T
2
)p (
2u 2 T
2
) p;(
2u1 P
) ( 2 T
马氏体相变是固态相变的基本形式之一。在许多金属、 固溶体和化合物中都可观察到。其特征有：
14
(1)结晶学特征：
图所示，（A）为母相奥氏体块；（B）为从母相中形成马氏体示意图。
图 （ A ） 中 红 色 切 块 由 母 相 奥 氏 体 转 变 为 （ B ） 中 A2B2C2D2A’1B’1C’1D’1 马氏体；在母相内 PQRS为直线，相变时变为PQ、 QR’、R’S’三条直线。 习性平面——把母相奥氏体与转变相马氏体连接起来的平面称为习 性平面。如图8-4B中A2B2C2D2和A’1B’1C’1D’1二个平面。
10
三．相变的基本结构特征
1.重建型相变与位移型相变 重建型相变——相变过程发生化学键的断裂与重建，形成新的结构； 如图9-1。 位移型相变——相变过程不涉及化学键的断裂与重建，只有质点的 微小位移或键角的微小转动；
11
重建型相变如石墨-金刚石的转变和石英变体间的横向转变；
12
位移型相变：如石英变体间的纵向转变、ABO3型结 构的立方-四方转变：
C
T0
T
9
在二级相变中热容的变化
2．按相变方式分类 （1）成核-长大型相变——由程度较大，范围较小的浓 度起伏开始发生相变，并形成新相核心； （2）连续型相变——由程度较小，范围较大的浓度起伏 连续地长大，形成新相（如Spinodal分解）； 3．按质点迁移特征分类
扩散型相变：相变靠质点的扩散进行。如晶型转变、熔 体中析晶、气-固和液-固相变、有序-无序转变。 无扩散型相变：主要是低温下进行的纯金属（锆、钛、 钴等）的同素异构转变及一些合金（Fe-C, Fe-Ni, CuAl）中的马氏体转变。
P0——平衡蒸汽压力；
当过饱和蒸气压力为P的气相凝聚成液相或固相时，有：
P0 P P G RT ln RT ln 1 （ ） RT P P P
对于溶液：根据拉乌尔定律，有： ΔP= P-P0，称为
过饱和蒸气压。
c0——饱和溶液浓度； c——过饱和溶液浓度；
C0 G RT ln C
ห้องสมุดไป่ตู้
17
(4)马氏体相变没有一个特定温度，而是在一个温度范围 内进行。 马氏体开始形成温度——母相冷却时，奥氏体开始转变为 马氏体的温度，以MS表示； 马氏体转变终了温度——完成马氏体转变的温度，以Mf x 表示。
马氏体相变不仅发生在 金属中，也出现在无机非 金属材料中，如目前广泛 应用的ZrO2由四方晶系转 变为单斜晶系的马氏体相 变过程，以进行无机高温 结构材料的相变增韧。
气相 亚稳区
O
D
液相
固相
P’
图9-15 单元系统相变过程图
21
P
不平衡状态：
亚稳区——在理论上应发生相变而实际上不能发生相转 变的区域称为亚稳区。(图中阴影区)
T A B
在亚稳区内，旧相未消失， 以亚稳态存在；新相不稳定， 还未形成。
原因：新相开始形成时，颗 粒尺寸很小，在较高的蒸气 压或溶解度下重新蒸发和溶 解，而不能稳定存在。
16
(2)具有无扩散性的特征。马氏体相变是点阵有规 律的重组，原子不调换位置，只是变更相对位 置，并且相对位移不超过原子间距。所以其相 变是无扩散性的位移式。
(3)相变以很高的速度进行，有时高达声速。例如 Fe-C和Fe-Ni合金中，在-20~-195℃之间，每一 片马氏体形成时间约为0.05~5us。
20
§9-2 相变热力学
一．相变过程的不平衡状态及亚稳区（图9-15）
平衡状态：从热力学平衡观点看，将系统冷却到相变温度 ，则会发生相变而形成新相。 T
A
B
如图9-15，A状态的气相， 恒压降温至B点，出现液相， 直到气相全部转变为液相， 系统离开B点进入BD段液相 区；温度降至D点，开始出 现固相，直到全部转变为固 相，温度才下降离开D点进 入固相区。
C
亚稳区
D
液相
E
固相
P’
图9-15 单元系统相变过程图
23
P
二．相变的热力学推动力
过程自发进行
宏观推动力：⊿GT,P≤0
过程达到平衡
1．恒压下的温度条件 由热力学原理，在等温等压下有：ΔG=ΔH-TΔS 在平衡条件下，ΔG=0，则ΔH-TΔS=0
H S T0
T0——相变的平衡温度； ΔH——相变热。
第九章 固态相变
§9-1 相变的概念与特征 §9-2 相变热力学
一．相变过程的不平衡状态及亚稳区 二．相变过程推动力
§9-3 固态相变动力学
一．均匀成核过程 二．非均匀成核过程
三．坯核生长和晶粒粗化 四．相变动力学速率形式理论 五．析晶过程总结
§9-4 结晶与晶体生长
1
§9-1 相变的概念与特征
一．概念 相变——物质从一个相转变为另一个相的过程。 举例：陶瓷、耐火材料的烧成和重结晶；玻璃中的失透 现象；微晶玻璃的制造；搪瓷、瓷釉和各种复合材料 的熔融和析晶等。 二．相变的分类 从相的状态看，有：l-g，l-s，g-s，l-l，s-s； 从机理上看，有：成核-生长，Spinodale分解（旋节分 解），马氏体转变相变，有序-无序转变相变； 常见的方法有：按热力学分类、按相变方式分类、按相 变时质点迁移情况分类等。
19
为描述上述固溶体在不同温度下的有序化程度，引入有序 参数ξ表征材料中有序与无序的程度。
R R
完全有序时ξ=1 ，完全无序时 ξ=0。
式中：R——原子占据应该占据的位置数；ω——原子占 据不应占据的位置数； R+ω——该原子的总数。 固体在0K温度下可能完全有序，高于0K时，由于质点热 振动而产生位置与方向的无序性。
Mf
Ms
T
马氏体转变程度x与温度T的关系
18
3. 有序-无序相变
有序-无序转变——随温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆 转变过程称为有序-无序转变。 典型例子如AuCu3 合金，图 9-6所示。 高温无序状态下：Au 和Cu 原子无规则地排列在面心立方点阵上； 降温：Au、Cu 原子发生偏聚，最后达到一种完全有序的结构。Au 原子占据立方体的顶点，Cu 原子占据立方体的面心位置，9-6(b) 。
结论：在恒压条件下，相平衡理论温度与实际温度之差（过 冷度或过热度）即为相变过程的 推动力。
25
2．恒温下的压力和浓度条件 由热力学原理：dG=-SdT+VdP，恒温下dT=0，所以： dG=VdP（恒温可逆不作有用功）
对于理想气体：
G VdP


P2 RT dP RT ln P P 1
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若是电解质溶液还要考虑电离度α，即1mol能离解出α个 离子：
c0 c c G RT ln RT ln(1 ) RT c c c
要使相变自发进行，则ΔG<0；
Δc= c-c0，称
为过饱和度。
对于气体，需P＞P0，过饱和蒸气压差ΔP是凝聚相变的推动力； 对于溶液，则需c＞c0，过饱和浓度Δc是液相发生相变的推动力。 总结：相变过程的推动力是过冷度（恒压）、过饱和浓度 （恒温）、过饱和蒸气压（恒温）。
C
气相
O D
亚稳区 液相
E
固相
P’
图9-15 单元系统相变过程图
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P
亚稳区的特点： （1）亚稳区具有不平衡状态的特征，物相理论上在该区域内不能
稳定存在，而实际上却能以介稳态存在的区域； T （2）在亚稳区内，新相不能自 发地产生，要形成新相必须越 过亚稳区，这就是过冷却的原 气相 因； O （3）在亚稳区内，新相不能 自发形成，但当有杂质存在 或外界条件的影响，也可能 在亚稳区形成新相，此时亚 稳区被缩小。 A B
2u 2 P
) 2 T
此时称为二 级相变。
2u1 2u 2 ( )( ) TP TP