| 9.3 固態(tài)相變(1)
固體材料的組織、結(jié)構(gòu)在溫度、壓力、成分改變時(shí)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變稱為固態(tài)相變。材料科學(xué)研究中的固態(tài)相變主要是指溫度發(fā)生改變而產(chǎn)生的相變。固態(tài)相變主要包括下列三種基本變化：①晶體結(jié)構(gòu)的變化。如純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、固溶體的多形性轉(zhuǎn)變、馬氏體相變；②化學(xué)成分的變化，如單相固溶體的調(diào)幅分解，其特點(diǎn)是只有成分轉(zhuǎn)變而無相結(jié)構(gòu)的變化；③有序程度的變化，如合金的有序化轉(zhuǎn)變，即點(diǎn)陣中原子的配位數(shù)發(fā)生變化，以及與電子結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的轉(zhuǎn)變（磁性轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變）。
固態(tài)相變與液體凝固過程一樣，也符合最小自由能差原理。相變的驅(qū)動力也是新相與母相間的體積自由能差，大多數(shù)固態(tài)相變也包括形核和生長（成長、長大）兩個階段，而且驅(qū)動力也是靠過冷度來獲得，過冷溫度對形核、生長的機(jī)制和速率都會發(fā)生重要影響，但是，與液-固相變、氣-液相變、氣-固相變相比，固態(tài)母相相變時(shí)的母相是晶體，其原子呈一定規(guī)則排列，而且原子的鍵合比液態(tài)時(shí)牢固，同時(shí)母相中還存在著空位、位錯和晶界等一系列晶體缺陷，新相-母相之間存在界面。
9.3.1 固態(tài)相變的特點(diǎn)
大多數(shù)固態(tài)相變與結(jié)晶過程一樣，是通過形核和長大完成的，固態(tài)相變的驅(qū)動力是新相和母相的自由能差。由于新相和母相都是晶體，所以表現(xiàn)出有別于液體結(jié)晶的一系列特點(diǎn)。
1. 相界面
固態(tài)相變中，新舊兩相之間總是要形成界面的。按界面原子的排列特點(diǎn)可分為以下幾種界面，即共格界面（coherent interface）、半共格界面、（部分共格界面）和非共格界面，如圖9-9所示。界面結(jié)構(gòu)對相變時(shí)的形核、長大過程以及相變后的組織形態(tài)都有很大影響。
（1）共格界面
如果界面上的原子同時(shí)屬于兩相，即兩相晶格在界面上彼此完全銜接，界面上的原子為兩相共有，便可形成如圖9-9 (a)所示的共格界面。由于兩相晶體結(jié)構(gòu)（至少在點(diǎn)陣常數(shù)上）總會有所差異，因此在共格界面兩側(cè)必然存在一定的彈性應(yīng)力場，其大小取決于相鄰兩相界面原子間距的相對差值δ=(αβ-αα)/αα。δ越大，彈性應(yīng)變能也越大。但是，共格界面的界面能很低。
（2）半共格界面
δ增大到一定程度時(shí)，相界面不可能繼續(xù)維持完全共格。為了使界面上的原子大部分仍為兩相共有，必須由一系列調(diào)配位錯調(diào)節(jié)，形成如圖9-9 (b)所示的半共格（或部分共格）界面。半共格界面的界面能和彈性應(yīng)變能介于共格界面和非共格界面之間。
（3）非共格界面
當(dāng)δ很大時(shí)，界面處兩相原子根本無法匹配，只能形成如圖9-9(c)所示的非共格界面。這種界面由不規(guī)則排列的原子構(gòu)成，厚度約為3～4個原子層，其性質(zhì)與大角度晶界相似，界面能較高而彈性應(yīng)變能很小。
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