无机材料科学基础第九章相变详解演示文稿

微小位移或键角的微小转动；
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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；
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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：
在高温时，钙钛矿具有立方对称，降温至相变温度，B 离子可沿某 个四次轴方向发生微小的位移，使立方降至四方等对称结构。由于 这种离子位移相变的发生，使钙钛矿结构的离子晶体内部产生自发 极化，进而使其成为铁电体或反铁电体。
2u1 T 2
)
p
(
2u2 T 2
)
p
;
(
2u1 P 2
)T
(
2u2 P 2
)T
此时称为二 级相变。
( 2u1 ) ( 2u2 ) TP TP
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将上式进行分析：
2u (
T 2
)P
(
S T
)P
CP T
(CP )1 (CP )（ 2 比热容不等）
2u
V
V V
( ) ( ) ( ) V
P 2 T
P T
P T V
1
2
（
V ()
P T
1 V
为恒温压缩系数）
2u
(
)
TP T
(
V T
)
p
( V T
)P
V V
V
1
2
（
( V T
)P
1 V
为恒压热膨胀系数）
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二级相变的特点是：
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。如图。
G 1相 2相
但两相的恒压热容，
性平面。如图8-4B中A2B2C2D2和A’1B’1C’1D’1二个平面。
图示： 从一个母
R
晶体四方块（A）
形成一个马氏体
（B）的示意图
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奥氏体与马氏体发生相变后，宏观上晶格仍是连续的， 它们间的取向关系是靠切变维持共格晶界关系。如图所示。
检查马氏体相变的重要结晶学特征是相变后存在习性平 面和晶面的定向关系。
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（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 T
)
p
(
u T
)
p
;
(
u P
)T
(
u P
)T
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(
u T
)
P
S;
(
u P
)T
V
S S;V V
此时称为一 级相变。
又 T ,P , H TS VP TS T (S S) 0
C
T0
T
在二级相变中热容的变化
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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。
恒温压缩系数，恒压热
T
膨胀系数不相等（在相
S
变点发生突变）。
T
V
T
T0
二级相变时两相的自由能、 熵及体积的变化
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根据CP-T曲线的λ形状（图示），称二级相变为λ相变， 二级相变点常称为λ点或居里点。
一般合金的有序-无序转变、铁磁性-顺磁性转变、超导 态-常态、玻璃态-熔融态转变均属于二级相变。实际 上，有些相变是混合型的，不能明确划分一级相变与 二级相变。
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
无机材料科学基础第九章相变 详解演示文稿
（优选）无机材料科学基础第 九章相变
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。
图示： 不同类型的界面
（A）完全共格
（B）部分共格
（C）切变共格
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(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。
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2. 马氏体相变 马氏体（martensite）——钢淬火时得到的一种高硬度产
物的名称。 马氏体相变——晶体在外力的作用下，通过晶体的一个
分立体积的剪切作用以极快的速度进行的相变称为马 氏体相变。 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：
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(1)结晶学特征：
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。
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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
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(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 表示。
终
了温度
——完成马氏体 x
转
变的温
度，
以
Mf
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。
（2）二级相变：
相变时如果两相的化学位相等，化学位的一阶导数也相等，但二
阶导数不等的称为二级相变。
即在TC、PC下，α、β两相，uα=uβ
(
u1 T
)
P
( u2 T
)P
;
(
u1 P
)T
(
u2 P
)T
S1 S2 (熵连续）；V1 V2 (无体积效应）；
QP 0(无热效应）
但二阶导数不等：
(
QP 0(有热效应）
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一级相变的特点是：相变时有热效应，并且熵（S）和体
积（V）不连续变化，发生突变。
如图。
G 1相 2相
自然界的大多数相变为一级相变。
如晶体的熔化、升华；
T
液体的凝固、汽化；
S
气体的凝聚以及晶体中大多数晶型
转变都属于一级相变。
T
V
T
T0
一级相变时两相的自由能、 熵及体积的变化
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