固态相变：固态相变动力学基础、前沿与实践.pdf

固态相变动力学基础、前沿与实践 Fundamentals, Frontiers and Practices in Solid-state Phase Transformation Kinetics 主要内容 •引言 •固态相变动力学理论基础 •相变动力学模块化解析模型的建立 •相变动力学研究范例 ※形核和生长机制的影响 ※块状相变临界条件的确定 •主要结论 主要内容 •引言 •固态相变动力学理论基础 •相变动力学模块化解析模型的建立 •相变动力学研究范例 ※形核和生长机制的影响 ※块状相变临界条件的确定 •主要结论 相变定义及类型 固态相变作为凝聚态物理、材料科学领域的重要科学 问题，是指在外界条件改变时物相在某一特定条件下发 生的突变，具体为： （1）结构变化； （2）化学成分不连续变化； （3）更深层次序结构的变化并引起物理性质的突变。 热力学：固态相变总是朝Gibbs能降低的方向进行。 动力学：固态相变动力学机制的不同导致相变产物的 多样性，为实现材料组织控制提供了可能。 相变可分为一级相变和高级相变。相变点两相的Gibbs能 必须连续、相等，但其各阶导数却可能不连续。相变点一级 导数不相等的称为一级相变，即熵与体积呈不连续变化，即 相变时会伴随潜热和体积的突变。 一级相变过程往往属于结构上的重构，在动力学上常常 出现相变滞后的现象。 » 合金固态相变课程 仅涉及到一级相变， 通过记录相变过程的 热效应和体积效应随 时间的变化关系为动 力学机制研究提供了 可能。 (a)一级和(b)二级相变的相图特征 固态相变示例:非晶合金晶化过程 非晶合金 晶化过程 非晶合金是一种从熔体冷却成固体时没有发生结晶过程的材 料，因其独特的长程无序结构而具有优异的力学、物理和化学 性能。 非晶合金晶化过程原位组织观察 非晶Al Ni Y Co 合金 85 8 5 2 晶核 枝晶 500 K保温 固态相变一般过程模拟及示意图 示意图 分子动力学模拟 主要内容 •引言 •固态相变动力学理论基础 •相变动力学模块化解析模型的建立 •相变动力学研究范例 ※形核和生长机制的影响 ※块状相变临界条件的确定 •主要结论 基本概念 • 形核：大于临界晶核半径的晶核的形成过程。 形核率：单位时间和单位体积内形成的晶核数目，取 决于临界晶核数目和原子在两相界面间的跃迁频率。 位置饱和形核、连续形核、Avrami形核、混合形核 稳态形核、瞬态形核 • 生长：新相与母相之间的相界面迁移过程。 扩散控制：存在原子长程扩散，扩散影响相变进程。 界面控制：存在原子界面附近短程扩散，相变速率取 决于原子在界面处的可动性。 形核模型 位置饱和形核 Avrami形核 稳态形核 连续形核 瞬态形核 混合形核 生长模型