固态相变原理及应用
固相法是什么原理的应用
固相法是什么原理的应用1. 引言固相法是一种广泛应用于化学合成、材料制备和工业生产中的方法。
它基于一定的原理和技术将固体物质转变为目标产物。
本文将介绍固相法的原理以及其在不同领域中的应用。
2. 固相法的原理固相法基于物质的固态反应原理，通过在固体相中进行反应，控制温度、压力和反应时间等条件，使反应物在固相中发生反应，最终得到目标产物。
固相法的原理可以概括为以下几个方面：2.1 固体物质的反应性固相法的原理基于固体物质的反应性。
与液相反应相比，固体反应的反应速率较慢，但具有较高的反应选择性和产品纯度。
固体反应的反应温度通常较高，有助于提高反应速率。
2.2 固相扩散固相扩散是固相法中重要的原理之一。
它指的是反应物在固相中通过扩散相互接触，并发生化学反应。
固相扩散的速率受到温度、固相结构和化学反应速率的影响。
2.3 相变反应固相法中常常涉及到相变反应。
相变反应是指物质在固态和液态之间发生的转变。
通过控制温度和压力等条件，使固体物质在固态和液态之间进行相互转化，实现目标产物的制备。
3. 固相法的应用3.1 化学合成固相法在化学合成领域中有着广泛的应用。
通过将反应物在固相中进行反应，可以有效地控制反应的过程和产物的选择性。
例如，合成有机化合物时，固相法可以控制反应物的稳定性和选择性，提高合成产物的质量。
3.2 材料制备固相法在材料制备领域中也有重要的应用。
通过调控固相反应条件，可以制备具有特定结构和性能的材料。
例如，固相法可以制备出具有高纯度和均匀微观结构的金属合金和陶瓷材料。
3.3 工业生产固相法在工业生产中被广泛应用。
固相法具有反应过程稳定、操作简单等优点，适合大规模生产和工业化生产。
例如，固相法在冶金、能源和化学工业中的合成反应、催化反应和萃取过程中得到了广泛应用。
3.4 环境保护固相法在环境保护领域也有着重要的应用。
通过固相法可以有效地控制有毒物质的释放和传播，实现废物的资源化利用和减少对环境的污染。
相变原理的例子
相变原理的例子相变原理是物质在特定条件下由一种状态转变为另一种状态的物理现象。
在相变过程中，物质的性质和结构发生改变，常常伴随着热量的吸收或释放。
下面以不同的实例来解释相变原理。
1. 水的沸腾：当水加热到100摄氏度时，水开始发生相变，液态的水转变为气态的水蒸气。
这个过程中，水分子吸收热能，使水分子的平均动能增加，从而脱离液态形成气态。
2. 冰的融化：当将固态的冰加热到0摄氏度时，冰开始发生相变，固态的冰转变为液态的水。
在这个过程中，冰吸收热量，使冰分子的平均动能增加，从而使冰分子间的结构松散，形成液态的水。
3. 冰的升华：当将固态的冰暴露在低于0摄氏度的环境中，冰开始发生相变，固态的冰直接转变为气态的水蒸气，而不经过液态。
在这个过程中，冰分子从固态直接转变为气态，不经过液态的中间过程。
4. 液体金属的固化：一些金属在特定的温度下可以发生相变，从液态转变为固态。
例如，液态的铝在冷却到660摄氏度时，会发生相变，形成固态的铝。
5. 磁体的顺磁-铁磁相变：在一些材料中，当温度改变时，其磁性也会发生变化。
例如，铁在高温下是顺磁性的，但在低温下会发生相变，变为铁磁性。
6. 合金的熔点降低：合金是由两种或多种金属混合而成的材料。
当不同种类的金属混合时，会导致熔点的降低。
这是因为不同种类的金属在原子层面上的结构差异，使得合金的晶格结构更加复杂，从而降低了熔点。
7. 纳米材料的相变：纳米材料是具有纳米尺度特征的材料。
由于其尺寸较小，表面积较大，纳米材料在相变过程中会呈现出独特的性质。
例如，纳米金颗粒在相变过程中的熔化点会降低，同时纳米材料也会呈现出更高的熔化潜热。
8. 超导材料的相变：超导材料是一种在低温下具有零电阻特性的材料。
当超导材料被冷却到临界温度以下时，会发生相变，电阻突然消失。
9. 玻璃的相变：玻璃是一种非晶态的固体材料，其分子结构没有长程的周期性。
当玻璃被加热时，会发生玻璃相变，从非晶态转变为液态。
凝固原理各种公式的应用
凝固原理各种公式的应用1. 引言凝固是物质从液态变为固态的过程，是一种常见的相变现象。
在凝固过程中，存在着一些重要的物理学公式和原理，这些公式和原理对于我们了解凝固过程的规律以及应用于工程和科学研究中具有重要意义。
本文将介绍凝固原理中的一些常见公式的应用。
2. 凝固温度的计算凝固温度是指物质从液态变为固态时所处的温度。
凝固温度的计算可以根据物质的阿伦尼乌斯公式来进行。
阿伦尼乌斯公式如下：Tc = K / ΔH其中，Tc为凝固温度，K为B常数，ΔH为物质的凝固热。
3. 凝固速度的计算凝固速度是指物质从液态变为固态的速度。
凝固速度的计算可以采用斯特尔宾斯基方程。
斯特尔宾斯基方程如下：v = k(ΔC)^n其中，v为凝固速度，k为速度常数，ΔC为浓度变化，n为凝固速率对浓度变化的敏感度。
4. 凝固结构的研究凝固结构的研究是指对凝固过程中结构的变化规律进行分析。
凝固结构的研究可以采用斯特尔宾斯基方程和格拉芙定律。
格拉芙定律如下：h = k * x^(1/3)其中，h为晶体的表层深度，k为速度常数，x为晶体生长时间。
5. 凝固器的设计和优化凝固器是进行物质凝固的设备，对于不同的凝固物质，需要设计不同的凝固器。
凝固器的设计和优化可以采用亥姆霍兹方程。
亥姆霍兹方程如下：Z = α * T^β其中，Z为凝固器的效率因子，α为材料性质常数，T为温度，β为指数。
6. 凝固时间的计算凝固时间是物质从液态变为固态的时间。
凝固时间的计算可以采用纳维尔斯方程。
纳维尔斯方程如下：t = K * (ΔT)^2其中，t为凝固时间，K为常数，ΔT为温度差。
7. 结论凝固原理中的各种公式在实际应用中具有重要的意义。
通过对凝固温度、凝固速度、凝固结构、凝固器的设计和优化以及凝固时间的计算等方面的研究，可以更好地理解凝固过程的规律，并在工程和科学研究中应用这些公式，提高凝固过程的效率和质量。
以上介绍的凝固原理的各种公式只是其中的一部分，还有很多其他的公式和原理需要进一步研究和探索。
固态相变原理的应用实例
固态相变原理的应用实例1. 简介固态相变是指物质在固态下由于温度、压力或组分的改变而引起的晶体结构或性质的变化。
固态相变原理的应用已经广泛涉及到多个领域，例如材料科学、电子器件、能源储存等。
本文将介绍几个固态相变原理的应用实例，以展示其背后的基本原理和实际应用。
2. 智能材料2.1 形状记忆合金形状记忆合金是一种特殊的智能材料，其具有两种不同的晶体结构：一种是高温相，一种是低温相。
当形状记忆合金处于高温相时，其可以被加工成任何形状。
当温度降低到低温相的时候，形状记忆合金会发生固态相变，恢复成其记忆的形状。
应用实例： - 弹性支架：在建筑结构中使用形状记忆合金作为弹性支架，在地震等外力作用下，可以通过相变来吸收和释放能量，从而减小结构的损伤。
- 器械控制：在微型机器人和微电机等器械中使用形状记忆合金控制器件的伸缩和形状改变。
2.2 热敏电阻热敏电阻是一种基于固态相变原理的电子器件，根据材料在温度变化下电阻值的改变而工作。
热敏电阻通常使用金属氧化物材料制成，当温度升高时，材料中的电子活跃度增加，电阻值降低，从而实现电阻与温度之间的关联。
应用实例： - 温度测量：热敏电阻可用于温度传感器和温度控制器的制造。
将热敏电阻与电路连接，根据电阻值的变化来测量温度的变化。
- 温控电路：将热敏电阻与温控电路相结合，实现对温度的精确控制，例如家用电热水器中的温度控制部分。
3. 相变储能3.1 磁相变材料磁相变材料是一种通过改变温度或磁场来引发固态相变的材料。
在相变过程中，磁相变材料的磁性质会发生显著的变化，从而实现能量的储存和释放。
应用实例： - 储能磁体：磁相变材料可以制成磁体，用于储存电能。
当电能输入时，磁相变材料中的磁化程度发生变化，储存了一定量的能量。
当需要释放储存的能量时，可以通过改变温度或磁场，引发相变过程，释放储存的能量。
- 磁性制冷：磁相变材料的相变过程具有吸热和放热的特性，可以用于制冷。
将磁相变材料制成制冷器件，通过改变温度或磁场来实现制冷效果。
固固相变材料
固固相变材料
固固相变材料是一种新型的材料，它可以在固态下发生相变，从而实现能量的存储和释放。
这种材料具有很多优点，比如高能量密度、长寿命、高效率等，因此在能源领域有着广泛的应用前景。
固固相变材料的工作原理是利用材料在相变时释放或吸收的潜热来存储或释放能量。
这种相变可以是晶格结构的相变，也可以是化学反应的相变。
在固态下，这种相变可以实现高密度的能量存储，而且不会出现液态相变时的泄漏和蒸发等问题。
固固相变材料的应用领域非常广泛，比如在太阳能电池、热电发电、储能系统等方面都有着重要的应用。
其中，太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，而固固相变材料可以用来存储太阳能，从而实现夜间或阴天时的能量供应。
热电发电是一种将热能转化为电能的技术，而固固相变材料可以用来存储热能，从而提高热电发电的效率。
储能系统是一种将能量存储起来，以备不时之需的系统，而固固相变材料可以用来实现高密度的能量存储，从而提高储能系统的效率和可靠性。
固固相变材料的研究和应用还处于起步阶段，目前还存在一些问题需要解决，比如材料的稳定性、循环寿命、成本等。
但是，随着科技的不断进步和人们对可再生能源的需求不断增加，固固相变材料必将成为未来能源领域的重要组成部分，为人类创造更加美好的未来。
物质的相变固体液体和气体之间的相互转化
物质的相变固体液体和气体之间的相互转化相变是物质从一种状态到另一种状态的过程，其中最常见的相变是固体到液体和液体到气体的转变。
这些相变在我们日常生活中无处不在，例如水的沸腾和冰的融化。
本文将探讨固体、液体和气体之间的相互转化的原理和影响因素。
1. 固体到液体的相变固体到液体的相变称为熔化。
当一定条件下的固体受到热量的作用，它的分子将开始振动并逐渐脱离原来的位置。
当温度达到物质的熔点时，固体开始熔化成液体。
固体熔化的温度取决于物质的性质，不同物质的熔点不同。
例如，水的熔点约为0摄氏度，而铁的熔点约为1535摄氏度。
此外，固体的压强也会影响熔点。
正常情况下，较高的压力会提高固体的熔点，而较低的压力会降低熔点。
2. 液体到气体的相变液体到气体的相变称为蒸发。
当液体分子获得足够的能量，它们就能克服液体表面张力，从液体表面脱离而形成气体。
蒸发不一定要达到液体的沸点温度，即使在室温下，液体分子也会蒸发，但速度较慢。
影响液体蒸发的关键因素是温度和环境压力。
温度升高会加快液体分子的动能，促使更多分子从液体表面进入气体状态。
此外，低压环境会有效减少液体的沸点，导致更快的蒸发速度。
3. 气体到液体的相变气体到液体的相变称为凝结。
当气体分子失去能量并与其他分子碰撞时，它们会逐渐减速并聚集在一起，形成液体。
例如，水蒸汽在遇冷时会凝结成液态水。
凝结的关键因素是温度和压力。
降低气体的温度可以减慢分子的速度，使分子更容易聚集在一起。
此外，增加气体的压强也会促进气体分子之间的碰撞和凝结。
4. 相变图物质的相变过程可以用相变图来表示。
相变图是以温度和压强为坐标轴，显示了不同状态下物质存在的条件。
例如，水的相变图以标准大气压下显示了固态、液态和气态之间的相互转化。
相变图的斜率表示物质固液平衡线和液气平衡线的斜率。
改变压力和温度的条件，可以使物质沿着相变图的不同路径相互转化。
5. 应用相变的原理和特性在实际生活中有广泛的应用。
例如，冷凝器和蒸发器在空调和冰箱中用于控制温度。
固态相变原理
固态相变原理
固态相变是指物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
在固态相变中，原子或分子重新排列，从而改变了物质的性质。
固态相变是固体物理学中的重要研究对象，对于材料科学和工程技术具有重要的意义。
固态相变的原理主要包括热力学和动力学两个方面。
热力学描述了相变过程中
物质内部的能量变化和熵变化，而动力学则描述了相变过程中原子或分子的运动和排列。
在热力学方面，相变需要克服能量壁垒，使得原子或分子从一个稳定的晶体结构转变为另一个稳定的晶体结构。
而在动力学方面，相变的速率取决于原子或分子的扩散和重新排列速度。
固态相变可以分为一级相变和二级相变两种类型。
一级相变是指在相变过程中
伴随着热量的吸收或释放，如固液相变和固气相变；而二级相变则是在相变过程中不伴随热量的吸收或释放，如铁磁相变和铁电相变。
不同类型的相变具有不同的热力学和动力学特性，因此需要采用不同的方法和技术来研究和应用。
固态相变在材料科学和工程技术中具有广泛的应用。
例如，通过控制金属材料
的固态相变，可以改变材料的硬度、强度和导电性能，从而实现对材料性能的调控。
另外，固态相变还可以应用于存储技术、传感器技术和能源材料等领域，为现代科学技术的发展提供了重要支撑。
总之，固态相变是固体物理学中的重要研究内容，对材料科学和工程技术具有
重要的意义。
通过深入研究固态相变的原理和特性，可以为材料的设计、制备和应用提供重要的理论和技术支持。
希望在未来的研究中，固态相变能够得到更加深入和全面的理解，为人类社会的发展做出更大的贡献。
固态相变热力学原理pptx
根据热效应的性质，固态相变热效应可分为可逆热效应和不可逆热效应。
固态相变热效应的分类
固态相变过程的熵变
固态相变过程中，系统的熵会发生改变。根据热力学第二定律，固态相变过程的熵变大于零。
固态相变过程的自由能变化
在固态相变过程中，系统的自由能也会发生改变。自由能的变化可以用来判断固态相变的方向和程度。
基于动力学参数的速率表达式
相变速率与界面能和体积能成反比，与扩散系数成正比。
固态相变速率的表达式
动力学模型的实验验证和应用
通过实验测量固态相变速率，验证动力学模型的准确性。
利用动力学模型预测不同条件下的固态相变行为，如材料热处理和合金时效过程中相变序列和相组成的变化。
通过调整材料成分和制备工艺，控制固态相变过程，实现材料性能的优化。
03
热力学第一定律
在固态相变过程中，若系统外界的热量流入和内部热量耗散达到平衡，则系统内各相的热力学性质（如内能、焓等）将保持不变。
热力学第二定律
在固态相变过程中，系统熵的增加是大于零的，即固态相变过程总是朝着熵增加的方向进行。
固态相变热力学平衡判据
固态相变过程的热效应
固态相变过程中，系统吸收或释放的热量。
研究现状
随着科学技术的发展，固态相变的研究也呈现了新的发展趋势。一方面，研究者们不断开发新的实验方法和测试技术，以便更好地研究固态相变过程中的物理和化学现象。另一方面，计算机模拟技术的进步也为固态相变的研究提供了更为有效的手段，使得研究者们可以通过对微观结构和性能的预测和模拟，更好地理解固态相变的原理和机制。
计算材料热力学性质的模型和算法
05
03
平衡态模拟
通过模拟粒子的长时间运动，可以达到平衡态，进而计算材料的热力学性质。
《固态相变原理及应用》第二章 固态相变热力学原理
临界晶核的形核功W
形成临界晶核的形核功W为
由上式可知，表面能σ和弹性应变能ε增加时， 则临界晶核半径rห้องสมุดไป่ตู้增加， 形核功W增加。临界晶核半径和形核功都是自由能差的函数，也随过 冷度（过热度）而变化。过冷度（过热度）增大，临界晶核半径和形 核功都减小，新相形核几率增大，新相晶核数量也增多，即相变容易 发生。因此，只有在一定的温度滞后条件下系统才可能发生相变。与 克服相变势垒所需的附加能量一样，形核功所需的能量也来自两个方 面：一是依靠母相内存在的能量起伏来提供；二是依靠变形等因素引 起的内应力来提供。
T 固态相变热力学原理 hermodynamics in Phase Transformation
自由能G
在热力学当中，自由能指的是在某一个热力学过程中，系统 减少的内能中可以转化为对外作功的部分，它衡量的是：在 一个特定的热力学过程中，系统可对外输出的“有用能量”。
G是系统的一个特征函数，设H为焓、S为熵、T为绝对温度，
界面能之间存在下列关系
晶界形核系统自由能变化
若晶核为双球冠形，R为曲率半径，则有
当：
W＝0
满足这一条件时 该二次方程式的解为χ＝2、χ＝－4。 由此可知，界面形核时，只要
，形核便不再需要额外的能量。
界隅形核
界面、界棱和界隅都不是几何意义上的面、线和点，它们都占有 一定的体积。
(a)界面形核 (b)界棱形核 (c)界隅形核 界面、界棱和界隅都可以提供其所储存的畸变能来促进形核。在界面 形核时，只有一个界面可供晶核吞食；在界棱形核时，可有三个界面供晶 核吞食；在界隅形核时，被晶核吞食的界面有六个。所以，从能量角度来 看，界隅提供的能量最大，界棱次之，界面最小。然而，从三种形核位置 所占的体积分数来看，界面反而居首位，而界隅最小。
固态相变的原理及应用
固态相变的原理及应用1. 引言固态相变是指物质在不改变其化学组成的情况下，在一定条件下发生物理性质的显著变化，包括液固相变、固固相变等。
本文将介绍固态相变的原理及其在科学研究和工程应用中的重要性。
2. 固态相变的原理固态相变的原理主要涉及分子间相互作用、晶体结构和热力学的变化。
以下是固态相变的一些常见原理：2.1 同质固态相变同质固态相变是指在同一物质中固态结构的变化。
它可以由温度、压力、外界场等因素引起。
•温度引起的同质固态相变：温度的升降可以改变固体分子的平均振动能量，从而改变其固态结构。
例如，冰的固态结构在低温下是稳定的，但在高温下会发生相变为液态的水。
•压力引起的同质固态相变：压力的增加可以改变固态相对稳定的结构，使其发生相变。
例如，某些材料在高压下可以发生相变为更稳定的结晶形态。
•外界场引起的同质固态相变：外界场包括电场、磁场、光场等，它们可以改变固态相之间的平衡态，从而引起相变。
2.2 异质固态相变异质固态相变是指在不同组分或不同结构的物质之间发生的相变。
以下是几个常见的异质固态相变原理：•共晶相变：指两种或多种成分在一定温度下发生相变。
例如，凝固过程中的合金共晶相变。
•共熔相变：指两种或多种成分在一定温度下熔化，并形成单一相。
例如，某些合金在特定温度下可以共熔。
•嵌段共聚物相变：指由于共聚物分子中不同段之间的相互作用力的不同，导致其发生异质结构相变的现象。
3. 固态相变的应用固态相变在科学研究和工程应用中具有广泛的应用价值。
以下是固态相变在不同领域中的一些应用：3.1 材料工程•形状记忆合金：由于固态相变的特性，一些合金材料具有形状记忆效应，可以在温度改变的条件下恢复到原来的形状。
这种特性使得形状记忆合金可以应用于医疗器械、航空航天等领域。
•热致变色材料：某些固态相变材料在温度变化时会发生颜色的变化。
这种特性使得热致变色材料可以用于温度测量和显示器件。
3.2 能源领域•储能材料：固态相变材料可以作为储能材料，通过在相变时释放储存的能量。
物质的相变固体液体和气体的转换之谜
物质的相变固体液体和气体的转换之谜物质的相变——固体、液体和气体的转换之谜相变是物质从一种状态转变为另一种状态的物理过程。
固体、液体和气体是我们熟悉的三种物质状态，它们之间的相互转化一直是科学家们努力研究的课题。
本文将探讨物质相变的原理和谜团背后的科学奥秘。
一. 相变过程的基本原理在讨论相变之前，首先要了解分子和原子的微观结构。
固体中的分子或原子排列紧密，通过凝聚力相互牵制，使得物质保持特定的形状和体积；液体中的分子或原子间的相互作用力相对较弱，所以它们可以自由流动，但仍然保持一定的凝聚性；而气体中的分子或原子间的相互作用力非常弱，它们以高速运动并充满整个容器。
相变的基本原理可以归结为能量的变化。
当物质由固体转变为液体或气体时，吸收了一定的能量，这被称为融化或熔化；相反，当物质由气体或液体转变为固体时，释放了一定的能量，这被称为凝固或冷凝。
此外，当物质由液体转变为气体时，吸收了更多的能量，形成了蒸发或汽化；而当物质由气体转变为液体时，释放了能量，形成了凝结或冷凝。
二. 相变的影响因素物质的相变受到多种因素的影响，主要包括温度、压力和外界条件等。
1. 温度：温度是影响相变的最主要因素。
在一定压力下，物质的相变点是确定的。
当温度升高到相变点时，物质的相变就会发生。
2. 压力：压力对相变也有影响。
一般来说，当压力增加时，物质的相变点会升高；相反，压力降低会导致相变点降低。
3. 外界条件：物质在不同的外界条件下的相变行为也有所差异。
例如，在存在核心或表面缺陷的情况下，物质的相变点可能会发生改变。
三. 相变的实际应用相变现象在我们的日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
1. 固体液体相变的应用：融雪剂是一种常见的固液相变物质，它能够通过吸收热量将冰雪转化为液态水，加速冰雪的融化。
此外，固液相变也被应用于电子元器件的散热系统，通过利用材料的相变潜热来吸收大量的热量，实现快速冷却。
2. 液体气体相变的应用：蒸发是一种常见的液体气体相变过程，植物通过蒸腾作用将根系吸收的水分蒸发到空气中，以维持植物的正常生长。
固态相变知识点总结
固态相变知识点总结相变是物质在温度、压强或其他外部条件改变时，从一种物态转变为另一种物态的现象。
固态相变是指物质从固态状态转变到其他固态状态的过程，通常包括晶体-晶体相变和晶体-非晶相变，以及液晶-固体相变等。
固态相变是材料科学和固态物理领域的重要研究课题，掌握固态相变的基本原理和规律对于材料设计、制备和性能改进具有重要意义。
本文将从固态相变的基本概念、分类和特征等方面进行总结，并通过实例来说明固态相变的重要意义和应用。
一、固态相变的基本概念1. 固态相变是指物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
固态相变是晶体学和固态物理学的重要研究课题，可以帮助我们深入了解物质的内部结构和性质。
2. 固态相变的基本特征包括晶格结构的改变、原子位置的重新排列、晶体的晶界和缺陷等。
固态相变通常伴随着能量的吸收或释放，使得固态物质的性能和特性发生变化。
3. 固态相变的驱动力包括温度、压强、外界场等，这些外部条件的改变可以引起晶体结构和性质的改变，从而产生相变现象。
4. 固态相变可以分为等温相变和非等温相变两种类型。
等温相变指的是在恒定温度下发生的相变过程，例如固态合金的热处理过程；非等温相变指的是在变化温度下发生的相变过程，例如冰的熔化过程。
二、固态相变的分类根据相变过程中晶体结构的改变和外部条件的影响，固态相变可以分为以下几种类型：1. 晶体-晶体相变：指的是物质在固态状态下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
晶体-晶体相变通常伴随着晶粒形状、大小和取向的变化，对材料的组织结构和性能产生重要影响。
2. 晶体-非晶相变：指的是物质在固态状态下由晶体结构转变为非晶结构的过程。
晶体-非晶相变可以发生在非晶态金属、非晶态合金和非晶态陶瓷等材料中，对于提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性具有重要意义。
3. 液晶-固体相变：指的是液晶分子在固态基体中发生有序排列的过程。
液晶-固体相变广泛应用于液晶显示器、液晶材料和光学器件等领域。
固态相变原理实验指导书
实验一 奥氏体的组织观察及奥氏体晶粒度测定一、 实验目的1.了解显示奥氏体晶粒的腐蚀方法；2.掌握奥氏体的典型组织特征及亚结构；3.研究加热温度对奥氏体晶粒的影响；4.应用软件测定奥氏体的晶粒度。
二、 实验原理钢加热到相变温度（临界点Ac1、Ac3、Accm ）以上形成奥氏体组织。
奥氏体是碳在γ-Fe 中的间隙固溶体，具有面心立方结构。
溶Ｃ的位置主要是在八面体的晶格中心及棱边中点。
由于体积因素的限制，碳在γ-Fe 中的最大固溶度只有2.11%（重量）。
奥氏体的面心立方结构使其具有高的塑性和低得屈服强度，在相变过程中容易发生塑性变形，产生大量的位错或出现孪晶，从而造成相变硬化和随后的再结晶、高温下晶粒的反常细化以及低温下马氏体相变的一系列特点。
奥氏体的显微组织有两个特点：1）显微组织呈等轴多边形结构，且每三个晶粒的角度大致是120°，因为这样才能保证奥氏体处于能量最稳定的状态。
2）在奥氏体的组织中出现孪晶，主要是由于存在热应力导致相变过程中发生塑性变形的结果。
在铁碳合金中，奥氏体只在A 1温度以上才稳定，因此只有用高温显微镜才能观察图1 奥氏体的典型显微组织到它那等轴状的、并带有以{111}面为孪生面的孪晶晶粒组织。
但如果加入足够的合金元素，如锰、镍、钴等元素，会大大的扩大γ相区，可以使奥氏体在室温下稳定，因此对于某些合金钢，在常温下就可以直接观察到奥氏体的组织结构。
奥氏体的成分和晶粒大小对于它向其它组织转变得动力学影响很大，从而对钢的性能也有很大的影响。
奥氏体是在加热过程中形成的，因此钢的成分、加热温度和保温时间不同，从而会造成加热转变后的奥氏体晶粒大小有所差别，从而对材料的性能产生重要的影响。
因此了解奥氏体晶粒大小的控制是一个非常重要的内容。
三、实验内容及步骤本次实验旨在观察奥氏体组织的典型结构特征，了解奥氏体晶粒大小对于材料性能的影响。
1）制备试样根据实验条件和实验要求，选用1~2种钢材按标准制备和腐蚀试样。
固态化学反应原理及其在材料制备中的应用
固态化学反应原理及其在材料制备中的应用概述：固态化学反应是指在固态条件下进行的化学反应，是一种非常重要且广泛应用于材料制备的方法。
它以固体物质为反应物或生成物，反应过程中不伴随显著的相变，通过固态反应可以合成出具有特定结构和性质的材料。
本文将对固态化学反应的基本原理以及其在材料制备中的应用进行探讨。
一、固态化学反应原理固态化学反应是指在固态条件下进行的化学反应。
与溶液相反应和气相反应相比，固态反应通常需要高温、高压等特殊条件才能进行。
固态反应过程中，原子、离子或分子之间的相互作用主要通过固体晶格的扭曲和变形来实现。
固态反应中的反应速率通常较慢，这是由于固体晶格的特性决定的。
1.1 原子扩散固态反应中的原子扩散是反应过程中原子在晶格中的迁移和交换。
原子扩散是固相反应中的关键步骤之一，它决定了反应速率和反应性能。
在高温下，固体晶格中的原子具有足够的能量来克服势垒并跨越晶界或晶腔，从而实现原子的扩散。
原子扩散的速率受到温度、晶体结构、晶界和杂质的影响。
1.2 界面反应固态反应中的界面反应是指两个相界面上的原子、离子或分子之间的相互作用。
界面反应主要发生在晶体颗粒的表面、晶腔和晶界等位置。
界面反应的速率常受到扩散速率的限制，因此提高扩散速率可以加速固态反应的进行。
1.3 扭曲和应变固态反应中，原子扩散和界面反应往往伴随着晶格的扭曲和应变。
原子的迁移过程中，晶格会经历各种扭曲和变形，以适应新的构型。
晶格的变形对反应的速率和产物的结构起着重要的影响。
二、固态化学反应在材料制备中的应用固态化学反应在材料制备中具有广泛应用，可以用于合成各种结构和性能的材料。
以下是几个典型的应用领域：2.1 陶瓷制备固态反应在陶瓷材料制备中被广泛应用。
通过选择适当的固态反应方法和条件，可以合成出具有特殊结构和性能的陶瓷材料。
例如，氧化铝的合成可以通过铝粉和氧气的固态反应实现。
固态化学反应在陶瓷材料的掺杂、稳定相的形成等方面也发挥着重要作用。
《固态相变原理及应用》第一章 固态相变概论
具有脱溶沉淀的二元合金平衡状态图
逆共析相变
加热时也可发生α+β→γ转变，称为逆共析相变。 例如：钢中奥氏体（γ）与珠光体（α+Fe3C）的转变
冷却时：γ→α+Fe3C 共析相变 加热时：α+Fe3C→γ 逆共析型相变
二级相变
相变时新旧两相的化学势相等，且化学势的一级偏微商也相等，但化学势的二级 偏微商不等的相变称为二级相变。
即：
已知：
比热CP 压缩系数K 膨胀系数λ
相变时：
即在二级相变时，无相变潜热和体积改变，只有比热CP、压缩系数K 和膨胀系数λ的不连续变化。材料的部分有序化转变、磁性转变以 及超导体转变均属于二级相变。
马氏体相变
若进一步提高冷却速度，使伪共析相变也来不及进行而将奥氏体过冷到更低温 度，则由于在低温下铁原子和碳原子都已不能或不易扩散，故奥氏体只能以不 发生原子扩散、不引起成分改变的方式，通过切变由γ点阵改组为α点阵，这 种转变称为马氏体相变，转变产物称为马氏体（为区别于平衡相变所形成的α 相，称其为α′相），其成分与母相奥氏体相同。
非平衡相变 某些平衡状态图上不能反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳态
的组织，这种转变称为非平衡相变。
伪共析相变
以较快速度冷却时，非共析成分的奥氏 体被过冷到图中影线区，将同时析出铁 素体和渗碳体。这种转变过程和转变产 物类似于共析相变，但转变产物中铁素 体量与渗碳体量的比值（或转变产物的 平均成分）不是定值，而是随奥氏体碳 含量变化而变化，故称为伪共析相变。
同素异构转变 平衡脱溶沉淀 共析转变 调幅分解 有序化转变
金属所固态相变制冷与储热技术
金属所固态相变制冷与储热技术
《金属所固态相变制冷与储热技术》
金属所固态相变制冷与储热技术是一种新型的能源利用技术，它通过金属材料的固态相变过程中释放或吸收的热量来实现制冷和储热的目的。
这种技术不仅可以用于室内空调和冰箱等制冷设备中，还可以应用于太阳能、风能等可再生能源的储热系统中，具有广泛的应用前景。
金属所固态相变制冷与储热技术的基本原理是利用金属材料在固态相变过程中释放或吸收的热量来实现制冷或储热。
通常情况下，金属材料在特定温度下会发生固态相变，释放或吸收大量的热量。
通过设计合适的金属结构和控制系统，可以使金属材料在需要制冷或储热的时候释放或吸收热量，从而实现相应的功能。
这种技术的优点在于其高效节能、环保和可靠性强。
相比传统的制冷和储热技术，金属所固态相变制冷与储热技术具有更高的能量转化效率，可以降低能源消耗和减少对环境的影响。
同时，金属材料的固态相变是一种固定且可控的过程，不存在易损件和易腐蚀的问题，因此具有较高的可靠性。
另外，金属所固态相变制冷与储热技术还可以与太阳能、风能等可再生能源结合使用，构建高效的储热系统。
通过将金属所固态相变材料设置在太阳能集热器或风能发电系统中，可以将太阳能或风能转化为热能并储存起来，以供后续使用，从而提高可再生能源的利用效率。
综合来看，金属所固态相变制冷与储热技术具有许多优点，并且在多个领域都具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和成本的不断降低，相信这种新型的能源利用技术将会在未来得到更广泛的推广和应用。
物质的三态与相变的应用实际应用实验
物质的三态与相变的应用实际应用实验物质是由原子或分子组成的，常见的物质存在三态，即固态、液态和气态。
相变是指物质在一定条件下由一种态转变为另一种态的过程。
相变有很多实际应用，我们可以通过一些实验来深入了解物质的三态和相变的应用。
实验一：固态物质的熔化材料：冰块、锅、火源、温度计步骤：1. 将冰块放入锅中，加热。
观察温度计的读数。
2. 当温度超过0℃时，冰块开始熔化成液态水。
记录下这一温度。
3. 继续加热，观察直到所有冰块完全熔化为止。
实验过程中，我们可以观察到冰块在加热过程中逐渐融化成液态水。
这就是固态到液态的相变过程，称为熔化。
熔化点是物质从固态到液态的温度临界值。
实验二：液态物质的汽化材料：水、锅、火源、温度计步骤：1. 将一定量的水放入锅中，加热。
观察温度计的读数。
2. 当温度超过100℃时，水开始沸腾，产生蒸汽。
记录下这一温度。
3. 继续加热，观察蒸汽的产生情况。
在这个实验中，我们可以观察到水在加热过程中会逐渐变热，当温度超过100℃时，水开始沸腾并产生蒸汽。
这是液态到气态的相变过程，称为汽化。
汽化点是物质从液态到气态的临界温度。
实验三：气态物质的凝结材料：水蒸气、冷凝器、温度计步骤：1. 准备一个冷凝器，将冷凝器的一端接近水蒸气源，另一端有一个温度计。
确保冷凝器内温度较低。
2. 将水蒸气引入冷凝器中，观察温度计的读数。
3. 当温度低于100℃时，水蒸气开始冷凝成液态水。
记录下这一温度。
通过这个实验，我们可以观察到在温度降低的情况下，水蒸气逐渐转变为液态水。
这是气态到液态的相变过程，称为凝结。
凝结点是物质从气态到液态的临界温度。
这些实验展示了物质三态间的相互转变过程，也展示了相变在实际生活中的应用。
实际应用一：冷热能交换相变在冷热能交换中扮演着重要的角色。
例如，我们常见的制冷设备中使用了液态制冷剂。
制冷剂在低温下会蒸发吸收热量，然后在高温下凝结释放热量，通过不断循环这个过程来实现冷却效果。
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2. 奥氏体化
奥氏体晶粒度测量原理和方法，奥 氏体化过程及影响因素；奥氏体 晶粒长大的驱动力与阻力。
• 奥氏体化过程及影响因素：奥氏 体形核，奥氏体晶粒长大，剩余 碳化物的溶解，奥氏体均匀化。
碳化物的溶解需要更长时间。
• 影响奥氏体晶粒大小的因素 内因：化学成分，原始组织，冶炼方法 外因：加热温度，加热速度，保温时间 成分： C%（非单一），合金元素 （与碳的亲和力及改变相变点） 原始组织（平衡与否，晶粒大小）： 影响起始晶粒度 冶炼方法：本质晶粒度
加速P转变
外因：奥氏体化工艺，奥氏体晶粒度，塑性 变形
• 珠光体的力学性能（片状和粒状珠光体性 能的差异） 层间距，珠光体团的影响 在相同成分条件下，粒状珠光体的强度、 硬度稍低，塑性、韧性较高；相同强度条 件下，粒状珠光体的疲劳强度更高。 形变珠光体性能（派敦处理）：除晶须 外的最强金属。
4. 马氏体相变
结构，显微组织特点； 片状马氏体：形态示意图，亚结
构，显微组织特点。
• 形态及亚结构的影响因素 化学成分：高碳低碳，扩大缩小奥氏
体区 马氏体形成温度：Ms点 奥氏体层错能：低层错能是形成ε-M的必要条件 奥氏体与马氏体的强度：切变阻力 滑移与孪生变形的临界分切应力
温度：奥氏体化温度越高，起始 晶粒越细小，奥氏体中平均碳含 量越低。
加热速度：起始晶粒度 保温时间：实际晶粒度
• 奥氏体晶粒长大的驱动力与阻力 驱动力：体积自由能，界面能 阻力：第二相粒子
3. 珠光体转变 片状和粒状珠光体形成机理； 影响珠光体转变动力学（速度）的 因素； 珠光体的力学性能。
• 片状和粒状珠光体形成机理 片状：横向与纵向。同素异构造成碳溶解
外因：材料所处的外部环境； 内因：材料内部的结构。
（1）组成物质的化学键
（2）组成物质最基本的独立单元（组 元）及其排列和运动方式；
（3）由组元构成方式所确定的相； （4）由相的种类、形状、大小和 分布的总和构成的组织
本课程要解决的核心问题 1.相变能否发生，朝着什么方向发 生？（相变热力学） 2. 相变时如何进行的，它的途径 和速度如何？（相变动力学）
阿累尼乌斯方程：K = K0exp（-Q/kT）
• 相界面：共格→半共格→ 非共格， 弹性应变能逐渐减小、界面能逐渐 增大；相变阻力：弹性应变能和界 面能；弹性应变能起主导作用，界 面趋于非共格，界面能起主导作用， 新相趋于形成共格界面。
• 热力学条件（必要） 充分条件变特点 组织特点（板条和片状）， Ms点的物理意义及影响因素 奥氏体稳定化产生的原因 马氏体具有高强度硬度的原因
• 马氏体相变特点
非扩散性 ，切变共格和表面浮凸 ， 位向关系和惯习面 ，马氏体相变的 不彻底性 ，马氏体相变的可逆性 。 切变共格和无扩散性
• 组织特点（板条和片状）， 板条马氏体：形态示意图，亚
度的变化，排碳与吸碳相辅相成。 片状→粒状：胶态平衡理论，第二相粒子
的溶解度与其曲率半径有关；片状渗碳 体内不可能存在亚晶界。
• 影响珠光体转变动力学（速度）的因 素 凡是稳定过冷奥氏体的因素都使C 曲线右移。 内因：化学成分，原始组织； 外因：奥氏体化工艺，奥氏体晶粒 度，塑性变形
内因：化学成分 C:亚共析减速，过共析加速，共析钢最稳定 合元：Co除外，减速 原始组织：A化前的组织粗大，A化不充分，
C曲线的影响因素
两个“凡是”：凡是扩大A区的元 素（Mn，Ni）都使C曲线下移；凡 是稳定过冷A的元素（Co除外）， 都使C曲线右移 a）内因：碳：亚共析钢“右”；过 共析钢“左”，贝氏体“右下”
合元：贝氏体相变速度取决于基 体相变和碳的扩散：Co, Al“左移”
外因：A化：A不均匀和晶粒细小， “左移”。 塑变：提供缺陷，加速；提供切 变阻力，减速。
上贝氏体，下贝氏体，等温淬火； 二次硬化，二次淬火，自回火，回 火脆（第一类，第二类），抗回火 性；淬火，回火，退火（球化退 火），正火，淬透性，淬硬性，调 质；脱溶沉淀，（自然，人工）时 效，时效硬化，调幅分解。
二、需掌握的要点
1. 固态相变的特点：相界面，弹性 应变能，位相关系与惯习面，亚稳 过渡相，原子迁移率
驱动力：体积自由能，晶格缺陷； 阻力：界面能，弹性应变能 形核功：均匀形核，点缺陷，线缺 陷，面缺陷（界面，界棱，界隅）
• 相变动力学： 形核率
N = C*f C*——临界晶胚体积分数（△G*） f ——晶胚成为晶核的频率（Q）
• 相变动力学： 无成分变化新相长大速度？ 切变和台阶长大
有成分变化的新相长大速度与什么 有关？
固态相变原理及应用
变
• 变化的条件？ • 如何变化或变化的规律？ • 变化的结果？
专业基础课 专业课
• 一个中心：性能 • 两个基本点
基本点一：开发新材料 基本点二：最大限度地挖掘现 有材料的潜力
材料性能的决定因素
材料的性能由内因和外因共同决 定，外因是变化的条件，内因是 变化的依据，外因通过内因而起 作用。
3. 相变的结果？（相变晶体学） 方向——途径——结果
1. 能量降低的方向 2. 阻力最小的路径 3. 最适合的结构环境，适者生存！
一、基本概念
1. 相，固态相变，相变势垒，激活 能, 形核功；起始晶粒度，实际 晶粒度，本质晶粒度；珠光体， 珠光体团，粒状珠光体，派敦处 理, 珠光体型组织；马氏体，奥 氏体（热，机械）稳定化，临界 冷却速度，临界淬火速度；
新相长大速度与扩散系数成正比， 与相界面附近母相中的浓度梯度成 正比，与相界面上两相的平衡浓度 差成反比。
扩散型相变新相长大速度，受驱动 力和扩散系数所控制。降温时，相 变速度与温度的关系存在极大值 ； 升温时，相变速度随温度单调增加。
相变动力学曲线绘制原理 新相转变体积分数与时间的关系曲线呈 “S”形； 相变过程包括：晶体结构、化学成分和某种 物理性质的跃变。通过各种现代分析测试手 段，很容易确定上述变化是什么时候开始， 进行到什么程度，以及什么时候结束。从而 获得在某一外界条件下，新相转变量与转变 时间之间的关系。