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相变是材料科学与技术中的一个重要的组成部分,材料是多种多样的,如金属,陶瓷,电子和磁性材料,高分子材料(聚合物)和复合材料。它们在制备和使用过程中的许多感念,现象和转变都惊人地相似,诸如相变机理,缺陷行为,平衡热力学,扩散,流变和断裂机理,界面精细结构与行为等等,作为共同点之一的相变是材料中的一个重要现象,相变常常赋予材料以有用的形态和微观结构。因此相变对于通过改变组织结构以获得所需性能的加工处理以及新材料,新工艺的研究开发具有重要的实际意义。
可见相变与材料的结构是有关系的。
那么什么是相和相变呢?
相(phase)在物理化学领域内定义为系统中的任一均匀部分。所谓均匀部分是指化学成分,结构和性能相同的部分,材料中有各种各样的相,如纯组元,固溶体,化合物等,绝大多数材料是多相的,相与相之间以界面分隔,称为相界面,相的种类,形状,大小与分布的总和构成组织。
而相变是指相与相之间的转变,或者说是母相到新相的变化过程。一般的相变过程包括三方面的变化:(1)晶体结构的变化(包括原子、离子或电子位置和位向改变);(2)化学成分的变化;(3)某种物理性质的跃变(或有序程序的变化,包括原子的配位,电子结构的变化),在这三个变化中,只要发生了一种变化,就可以认为发生了相变。
另外,还有一种广义上的相变,它和一般相变的区别在于把组织形体的变化归为相变。
我们再看看相变的分类,其种类很多,常见的分类方法是根据热力学把相变分为一级、二级及高级相变,当我们注意到对于陶瓷学家来说,他们通常还按照结构的变化分为重构型相变和位移型相变,相变是在不伴随有离子长程扩散的情况下发生的,见下图:
这样,我们又可以看见相变与材料的结构变化是有关系的。
那么好了,现在大家已经承认了两个事实,第一个,相变与材料的结构有关系;第二个,相变与材料的结构变化有关系。这两个事实和我们讨论的问题有什么关系呢?再让我们一起看看相图吧,相图,也称相态图、相平衡状态图,是用来表示相平衡系统的组成与一些参数(如温度、压力)之间关系的一种图。它在物理化学、矿物学和材料科学中具有很重要的地位。
原来相图是和相变密切联系在一起的,是不是说明相图和结构也有上述的联系呢?(待续)
——吉宗威
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GMT+8, 2024-9-1 14:39
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