chapter24材料科學(xué)基礎(chǔ)-文庫(kù)吧
2025-04-24 21:52 本頁(yè)面
【正文】 穩(wěn)定材料的性能 。所以從材料的實(shí)際應(yīng)用上看 ， 弛豫過程的研究具有重要的意義 。 有序程度變化 4. 相分離 （ Separation of Phase) 當(dāng)溫度 、 壓強(qiáng)等外界條件變化時(shí) ， 多組元體系 有時(shí)會(huì) 分離成具有不同組份和結(jié)構(gòu)的幾個(gè)相 ， 這就是相分離 。 例如 ， 從熔體中冷卻 ， 高溫的穩(wěn)定態(tài) ， 在降溫過程中可能是不穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài) ， 它們會(huì)分離成不同成分和結(jié)構(gòu)的相 。 相分離過程的 兩種機(jī)制 ： 一種經(jīng)過成核及晶核長(zhǎng)大過程； 一種不經(jīng)過成核 。 拐點(diǎn)分解 (Inflexion Deposition)： 不經(jīng)過成核的相分離過程 ，從熱力學(xué)角度看 ， 是不穩(wěn)態(tài)向亞穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)定態(tài)的轉(zhuǎn)變 ， 這與結(jié)晶過程不同 ， 結(jié)晶是由亞穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)的轉(zhuǎn)變 。 由于相分離出現(xiàn)的不均勻性的尺寸 ， 大的可用肉眼觀察到 ，小的可用電子顯微鏡觀察 。 化學(xué)成分變化 平衡和相變 ? 當(dāng)合力為零，系統(tǒng)處于 機(jī)械平衡 ? 當(dāng)溫度差消失，系統(tǒng)達(dá)到 熱平衡 ? 當(dāng)各區(qū)域化學(xué)勢(shì)相等，組元濃度不再變化，系統(tǒng)達(dá)到化學(xué)平衡 ? 如果同時(shí)達(dá)到這三種平衡，則系統(tǒng)到達(dá) 熱力學(xué)平衡 ? 材料通常在恒溫恒壓條件下進(jìn)行相變和化學(xué)反應(yīng)，要用吉布斯自有能作為判據(jù)。根據(jù)最小自有能原理，唯有使 G減小的過程才能自發(fā)進(jìn)行，達(dá)到最小值時(shí)就處于平衡狀態(tài)。 273 相變 類型 (Types of Phase Transformations) 1． 從 熱力學(xué) 角度 一級(jí)相變 ： 化學(xué)勢(shì)相等 但化學(xué)勢(shì)的 一階偏微商不相等 相變前后兩相的 體積和熵 （ 及焓 ）發(fā)生突變 即： △ G = 0 △ S ≠ 0 △ V ≠ 0 焓的突變表示相變潛熱的吸收和釋放 二級(jí)相變 ： 化學(xué)勢(shì)相等 化學(xué)勢(shì)的 一階偏微商也相等 但化學(xué)勢(shì)的 二階偏微商不相等 即 在相變溫度 ， 體積和熵均無突變 ， 等壓熱容和壓縮系數(shù) 、 膨脹系數(shù)有突變 △ S = 0 △ V = 0 △ CP ≠ 0 △ α ≠ 0 △ k ≠ 0 具體推導(dǎo)過程見課本第 115頁(yè) ? 一級(jí)相變： 晶體的凝固、沉淀、升華和熔化，金屬及合金中的多數(shù)固態(tài)相變都屬于一級(jí)相變； ? 二級(jí)相變： 超導(dǎo)態(tài)相變、磁性相變以及合金中部分的無序－有序相變都為二級(jí)相變； ? 三級(jí)相變： 量子統(tǒng)計(jì)愛因斯坦玻璃凝結(jié)現(xiàn)象 二級(jí)以上的高級(jí)相變很少。 2． 按 相變方式 形核 長(zhǎng)大型相變 ：形成新相核心；由變化程度大 ， 范圍小的起伏開始發(fā)生相變 。 （ 非均勻形核過程 ） 連續(xù)型相變 ：連續(xù)長(zhǎng)大 （ 不形核 ） ；由變化程度小 ， 范圍大的起伏連續(xù)長(zhǎng)大形成新相 。 （ 均勻形核過程 ） 3． 按 原子遷動(dòng)特征 ? 有序 無序相變：只是對(duì)稱性的改變 （ 有序參數(shù)變化 ） ? 位移型相變： 原子需經(jīng)位移 ? 磁性相變： 只涉及電子旋轉(zhuǎn)方向的改變 ? 擴(kuò)散型相變： 靠原子 （ 或離子 ） 的擴(kuò)散進(jìn)行 ? 無擴(kuò)散型相變：不存在原子 （ 或離子 ） 的擴(kuò)散或不主要靠原子 （ 或離子 ） 擴(kuò)散進(jìn)行 274 相圖 （ Phase Diagram） ? 相圖 是用來表示材料相的狀態(tài)和溫度及成分關(guān)系的綜合圖形，其所表示的相的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，因而是在一定溫度、成分下熱力學(xué)的最穩(wěn)定且自由焓最低的狀態(tài)。 ? 相圖是材料科學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容。在材料工程中有重要意義： ? （ 1）研制、開發(fā)新材料，確定材料成分； ? （ 2）利用相圖制訂材料生產(chǎn)和處理工藝； ? （ 3）利用相圖分析平衡態(tài)的組織和推斷不平衡態(tài)可能的組織； ? （ 4）利用相圖與性能關(guān)系預(yù)測(cè)材料性能； ? （ 5）利用相圖進(jìn)行材料生產(chǎn)過程中的故障分析 1． 相律 （ Phase Rule） 相： 物理化學(xué)性質(zhì)相同 完全均勻 可含多種物質(zhì) ， 如：不同的氣體的均勻混合只有一個(gè)氣相；食鹽水溶液是真溶液 ， 只有一個(gè)液相；固溶體也只有一個(gè)固相等 相數(shù) p：系統(tǒng)內(nèi) 性質(zhì)相同且均勻 部分的種類數(shù) （單相系統(tǒng)，二相系統(tǒng)，三相系統(tǒng)等） 組分?jǐn)?shù)： 系統(tǒng)中每一個(gè)可以單獨(dú)分離出來，并能獨(dú)立存在的化 學(xué)純物質(zhì) 獨(dú)立組分?jǐn)?shù) C：平衡系統(tǒng)中各相組成所需要的 最少純物質(zhì)數(shù) C等于組分?jǐn)?shù)減去獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)數(shù) （ 單元系統(tǒng) 、 二元系統(tǒng) 、 三元系統(tǒng)等 ） 自由度數(shù) F：相平衡系統(tǒng)中 可獨(dú)立改變而 不引起相變 的變量數(shù) （ F=0為無變量系統(tǒng)； F=1為單變量系統(tǒng) …… ） 相律： 由吉布斯導(dǎo)出的多相平衡系統(tǒng)的普遍規(guī)律－相律 F = C － p ＋ n n 為影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的外界因素的數(shù)目 一般（僅考慮溫度和壓力）： n = 2 凝聚系統(tǒng)（僅考慮溫度）：
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