材料物理学第5.3相变与临界现象

强调了对称性的变化在相变中的重要性。将高对称 性中的对称破缺与有序相的出现联系在一起。
序参量就是在这种前提下引进的。高对称性序参量 为零、低对称相则不等于零。
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一级相变：热力学势本身连续，第一阶导数不连 续的状态突变。 二级相变：热力学势和它的第一阶导数连续而第 二阶导数不连续的状态突变。 二级相变没有体积变化与潜热；但比热、压缩率 和磁化率等物理量随温度变化曲线上出现跃变或 无穷的尖峰。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ


厄伦菲斯定理：一个系统在相变点有直到（n1)热力学势的导数连续，但n级导数不连续称n 阶相变。 超流和没有磁场的超导转变、大量的铁磁性和 铁电性相转变为二级相变。 习惯上将二级以上的高阶相变称连续相变或临 界现象。超导和导流是宏观范围表现出的量子 效应。 至今尚未发现三级以上的相变。



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2. 按结构变化
（1）重构型：



物相的结构单元发生化学急需的断裂或重组。 形成的新结构与母相没有明显的位相关系。 固-液相转变、许多晶体的不同晶相的相变 都是重构型相变。
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（2）位移型


不涉及母相晶体结构中的化学键断裂与重组， 价键基本保持不变。 只是个别原子或离子在晶胞中作微小位移（软 模），或离子多面体骨架的转动。 马氏体是钢在高温淬火通过相变得到的一种高 硬产物。
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（
4）有序－无序相变
涉及多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵 上的有序化。

原子间相互交换位置，晶格结构不变。
当某一位置出现的几率大于另一位置时称有序。
有序无序时往往伴随超结构。这是因为无序化过程出现 了富A与富B晶面的交替排列的情况，在布拉格衍射图上 出现附加条纹。 有序-无序相变在合金中经常出现，在一些陶瓷中也会出 现。
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2.朗道理论

朗道将热力学势展开成序参量的幂级数，序参量 为0时为某一稳定相。当温度或外界条件变化时引 起序参量的变化，可以求得某一温度时,热力学势 为极小时的稳定值。

由图5.3.15可见，T>Tc时 = 0时是稳定相，T Tc 时出现两个极小值，而且随温度下降会变得更大， 也会增加（表示有序增加）。
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5.3.4
1.序参量

序参量和朗道理论
序参量是描述系统有序程度的一个参量。有高 对称相时序参量为零;而有低对称相时序参量不 为零. 对于不同的对象，序参量的意义与形式可能不 同。如自发磁化强度，极化强度，密度差和超 导的宏观波函数等。


在相变温度附近序参量可以连续变化或突变。
（3）马氏体相变

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在晶胞内的原子作整体“挪动”产生晶格畸变。 此又称第二类位移型相变。
其本质是一种晶格畸变为主，而没有成分变化 与扩散的位移型相变。 转变无特别的温度点，转变速度可达声速。



马氏体相变在许多金属、合金和金属间化合物 中发生。 后来发现在陶瓷中也存在，如具有钙钛矿结构 的BaTiO3、PbTiO3等高温顺电立方相与低温铁 电四方相以及ZrO2中都存在这种相变。
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5.3.3 从反应动力学看相变

非连续相变：相变过程中产生新相（核）后长大，
又称非均匀相变，是Gibbs第一类涨落。 涨落是指某些方面超过系统平均值的现象。


连续相变：相变时整体变化，没有二相共存的情
况，又称均匀相变，是Gibbs第二类涨落。
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§5.3相变与临界现象
5.3.1相变的定义 1.相变 相：具有相同化学组成、相同物理性质和化学 性质的均匀物质组成的部分。

相变：温度压强等外界条件变化到某一临界值 时物相发生的突变。

突变的类型：结构变化、化学成份变化或物理 性质的变化；也可以是二者或三者兼而有之。
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发生金属-非金属转变和液态与玻璃态转变时，
对应于构成物相的某种粒子（原子或电子）在
两种明显的不同状态（扩展态与定域态）间的
转变。

实际材料中的相变形式可以是其中的一种或几 种，如脱溶是结构和成分的变化，铁电相变与 结构相变总是在一起的。
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5.3.2.相变的分类 1. 按热力学函数的性质
这两个极小值是等效的，对应的系统到底在那个极 小值，由偶然因素决定。这就是不同方向的自发磁 2018/10/24 材料物理学第5章讲稿-4 化强度。

4.朗道理论的价值

外场会影响序参量，从而影响系统的稳定状态，从 图5.3.16可见，在外场h使右边的自由能更低，即稳 定程度要高一点。从而使系统的序参量发生变化。 朗道理论建立在平均场理论的基础上的，是一个唯 象理论，形式简单概括性强。
2.突变的形式

从一种结构变为另一种结构，如水与冰间相变。

化学成分不连续的变化 ，如均匀溶液或固溶体 的脱溶或分解。 更深层次的结构相变并引起物性的变化。如顺磁 -铁磁转变、顺电-铁电转变和超导-常规电导的转 变。 这些相变经常伴随长程序的出现或消失（对称破 缺）。
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