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第9章 相 變 |
| 第1節(jié) 相變的分類 1. 按熱力學(xué)分類 相變的熱力學(xué)分類是按照溫度和壓力對自由能的偏導(dǎo)函數(shù)在相變點的數(shù)學(xué)特征——連續(xù)或非連續(xù)，將相變分為一級相變、二級相變或更高級的相變。n級相變被定義為，在相變點系統(tǒng)的化學(xué)勢的第（n-1）階導(dǎo)數(shù)保持連續(xù)，而其n階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)。 一級相變的特點是，相變發(fā)生時，兩平衡相的化學(xué)勢相等，但化學(xué)勢的一階偏微分不相等，即    由于  ， ，所以一級相變發(fā)生時，熵和體積的變化是不連續(xù)的，即相變時有相變潛熱，并伴隨有體積改變。晶體的熔化、升華；液體的凝固、氣化；氣體的凝聚以及晶體中的大多數(shù)晶型轉(zhuǎn)變都屬于一級相變。二級相變的特點是，相變時兩平衡相的化學(xué)勢相等，化學(xué)勢的一階偏微分也相等，但二階偏微分不相等，即   ；  ； ； 由熱力學(xué)可知，  為等壓熱容； ，稱為壓縮系數(shù)； 稱為膨脹系數(shù)。因此二級相變時，兩相的化學(xué)勢、熵和體積相等，但熱容、膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)不相等，即無相變潛熱，無體積的突變，只有熱容、膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)的不連續(xù)變化。一般合金的有序-無序轉(zhuǎn)變，鐵磁-順磁轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變等屬于二級相變。 2. 按結(jié)構(gòu)變化分類 按發(fā)生相變時新相與母相在晶體結(jié)構(gòu)上的差異，可以將相變分為重構(gòu)型、位移型和有序-無序型。重構(gòu)型相變中，大量的化學(xué)鍵被破壞，新相和母相在晶體學(xué)上沒有明確的位向關(guān)系。位移型相變過程不涉及化學(xué)鍵的破壞，新相和母相之間存在明顯的晶體學(xué)位向關(guān)系。有序-無序相變在結(jié)構(gòu)上往往涉及到多組元固溶體中兩種或多種原子在晶格點陣上排列的有序化。 3．按動力學(xué)機制分類 從相變的動力學(xué)機制出發(fā)，可以將相變分為均勻轉(zhuǎn)變和非均勻轉(zhuǎn)變。發(fā)生均勻相變時，沒有明顯的相界面，相變是在整體中均勻進行的，相變過程中的漲落程度很小而空間范圍很大。非均勻相轉(zhuǎn)變是通過新相的成核生長來實現(xiàn)的，相變過程中母相與新相共存，漲落的程度很大而空間范圍很小。 4. 按質(zhì)點遷移特征分類 根據(jù)相變過程中質(zhì)點運動的情況，可以將相變分為擴散型相變和無擴散型相變。 擴散型相變的特點是在相變過程中，存在著原子（或離子）的擴散運動。擴散型相變是通過熱激活原子運動而產(chǎn)生的，要求溫度足夠高，原子活動能力足夠強。如晶型轉(zhuǎn)變、熔體中析晶、氣-固、液-固相變和有序-無序轉(zhuǎn)變都屬于擴散型相變。 無擴散型相變則在相變過程中不存在原子（或離子）的擴散運動。無擴散型相變的特點是相變中原子不發(fā)生擴散，原子作有規(guī)則的近程遷移，以使點陣改組；相變中參加轉(zhuǎn)變的原子運動是協(xié)調(diào)一致的，相鄰原子的相互位置不變，因此也被稱為“協(xié)同性”轉(zhuǎn)變。如在低溫下進行的純金屬同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變以及一些合金中的馬氏體轉(zhuǎn)變等。 （本節(jié)完） |
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