成分保持不变的(无扩散)相变在线视频

同学们

这节课我们学习成分保持不变的无扩散相变

第一类是多晶型转变

多晶型转变也就是同素异构体转变

纯金属以及许多中间相

都具有从一种单相结构到另外一种

单相结构的多晶性转变

对于纯金属而言

在温度和压力变化的时候

由某一种晶体结构

转变为另一种晶体结构的过程

我们称为同素异构转变

对于固溶体或者中间相中发生的

由一种晶体结构

转变为另一种晶体结构的过程

我们称为多型性转变

多型性转变是通过形核长大

这样一个过程进行的

新相优先在过冷或者过热的

某相的晶界等缺陷处形核

转变的驱动力

同样是新相和母相的自由焓差

那么从结构特点上

多晶型转变代表性的相变可以分为两类

一类是位移型的相变

一类是重构型的相变

那么对于位移型的相变而言

相变时沿着特定的晶向和晶面

原子整体产生有规律的相对位移

原子做这样一种有限的相对位移中

原有的化学键没有发生断裂

配位数不改变

只是键角转动和键长的变化

新相和母相间存在明显的晶体学位相关系

相变激活能比较小

相变速率快

位移型相变以协同型切变方式进行

不存在原子的扩散

那么另外一种重构型相变

是必须有部分的化学键发生断裂

或者多面体之间的重构

部分原子的配位数也会发生变化

相变前后的结构差别比较大

重构型相变的相变激活能比较大

转变比较难发生

常常使高温相有残留到低温相的倾向

原子虽然不做长程的扩散

但仍然是一个扩散型相变

那么第二类成分不变的相变是块状转变

我们把某些固溶体以及纯金属

可能在快速冷却过程中

以很快的速率转变成与母相成分相同

而结构不同的这样一种相

我们叫做块状的新相

那么把这样一种转变过程叫做块状转变

块状转变在过冷母相的晶界等缺陷处

以热力学稳定或者亚稳定的相形核

跨母相晶界生长

相界面为非共格界面

块状转变只能受界面过程所控制

也就是说相界面原子在自由焓差的驱动下

只需要移动很小的距离

依次就近进入生长中的晶相

迅速完成点阵重构

冷却过程中块状转变的产物可能是平衡相

但通常是饱和相

对于含碳量小于0.05%的高纯铁

我们以大于5000度每秒的冷却速度

使纯铁由奥氏体冷却时

在740度开始发生了块状转变

转变为形貌成块状的α相

如果我们以35000摄氏度每秒的冷却速度冷却时

在690度就开始发生了马氏体转变

说明块状转变可能在小于0.01秒的瞬间完成

我们很难想象依靠母相阵点的原子

通过热激活的迁移

能够跨越3~4个原子间距的相界

能够实现这样一个块状转变的过程

所以我们可以推断

块状转变只能受界面过程所控制

也就是说相界面原子在自由焓差的驱动下

只需要移动很小的距离

依次就近进入到生长中的晶相

迅速完成点阵的重构

第三类成分不变的相变是有序无序转变

那么对于某些合金

在高温状态时溶质溶剂原子

在点阵中是无规则分布的

而在低温时候会出现有序分布

溶质 溶剂原子会各自分布在特定的点阵位置上

那么这样一种由无序状态到有序状态的转变

我们叫做有序无序转变

那么实际上它是一个原子交换位置的过程

那么有序化的推动力

是固溶体中原子的混合能参量

那么这样一个参量要小于0

为了达到稳定的有序化

必须是异类原子间的吸引力

大于同类原子间的吸引力

以降低系统的自由焓

有序化的阻力是组态熵

升温会使得组态熵对自由焓下降的贡献增加

当达到某个临界温度以后

紊乱无序的固溶体更为稳定

那么对于有序无序转变

我们可以通过有序度来表征

有序度又可以分为长程有序度和短程有序度

我们可以通过这样一些公式来得到

对于长程有序和短程有序它是相对的

一般我们把有序区域尺寸

达到10的4次方个原子

并且可以在X射线衍射谱上

获得超结构线条的有序状态

叫做长程有序态

所以长程有序的固溶体

又称为超结构或者超点阵

那么任何满足有序无序转变条件的固溶体

都可能短程有序

而要获得完全长程有序结构

仅仅限于特定的化学成分比

比如说AB A3B

尽管有序固溶体的成分

类似化合物有定比关系

但是它仍然是一种固溶体

在临界温度以上

将转变为完全无序而结构类型不变的固溶体

那么整个有序无序转变的有序化的过程

是需要原子的迁移

但是有序化不引起宏观的成分改变

仅仅是临近亚点阵上原子的换位

发生有序化时固溶体内部的一些原子

率先克服形核势垒

与临近的亚点阵上的原子交换位置

形成有序排列的微小区域

我们称为有序畴

随后依靠畴界的推移

有序畴向无序区扩展

一直长到和其他正在生长的有序畴相遇

如果它们之间是反向的

那么我们把这样一个

有序畴的界面称为反向畴界

反向畴界是内界面的一种

具有畴界能

那么我们说合金达到硬度的峰值

和有序畴的尺寸有一定的关系

通过这样一个图

我们发现这样一个合金的最高硬度值和有序度

有序畴的尺寸是有一定的关系的

那么我们可以通过控制有序畴的尺寸

可以使得合金获得最佳的强化效果

那么其他的一些有序无序转变也有很多

比如说具有电滞回线的晶体称为铁电体

铁电体是在一定温度范围内

能够实现自发极化

并且自发极化的方向

可随外电场做可逆转动的晶体

非铁电体中不出现自发极化

其中顺电体的介电常数

随着温度的升高而减小

铁电-顺电相变的临界温度是居里温度

当温度位于居里温度以下的时候

由于电偶极矩的相互作用

使得偶极矩成有序排列

而且是铁电性

在居里温度以上时

这样一种有序的排列遭到破坏

自发极化随温度的升高而消失

呈现非铁电性

同样的对于铁磁和顺磁的转变

也是同样的道理

那么在相变温度位于居里温度以上的时候

自发的磁化效果会消失

那么也就是说由有序的铁磁相

转变为了无序的顺磁相

对于超导相变

正常态时处于热激发的电子

在超导态时全部或者部分的有序

从而也可以表现出超导的特性

好

以上就是我们这节课的内容

谢谢大家