晶界和亞晶界.ppt

FourTypesofTransformationsinSolids 2 7固體中的轉(zhuǎn)變TransformationsinSolids Phase TypesofTransformations PhaseRule PhaseDiagram componentsUnitaryBinaryTernary Chapter10 2 7固體中的轉(zhuǎn)變TransformationsinSolids2 7 1固體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 StabilityofStructuresinSolids 能量趨于越低 體系越穩(wěn)定 擴(kuò)散和轉(zhuǎn)變 均涉及體系熱力學(xué)狀態(tài) 自由能變化 和動(dòng)力學(xué)因素 變化速率 擴(kuò)散 一般由于原子的熱振動(dòng) 自和互擴(kuò)散 轉(zhuǎn)變 不穩(wěn)態(tài) 亞穩(wěn)態(tài) MetastableState 可持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的非平衡態(tài) 1 熱力學(xué)因素 G H T S G與溫度相關(guān) G 0 不穩(wěn)態(tài) 擴(kuò)散和轉(zhuǎn)變會(huì)自發(fā)進(jìn)行 是擴(kuò)散和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的推動(dòng)力 自由能 焓變和熵變 2 動(dòng)力學(xué)因素轉(zhuǎn)變的能壘 外界提供能量 溫度 壓力 密排六方面心立方體心立方Ca 室溫 447 CCo室溫 427 C Na 223 C室溫 Ti室溫 883 CFe 912 1400 C 912 C 1400 C 4 相分離 SeparationofPhase 多組元體系分離成不同組份和結(jié)構(gòu)的幾相熔體冷卻時(shí) 可能由不穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)分離成不同成分和結(jié)構(gòu)的相相分離過(guò)程的機(jī)制 一種經(jīng)過(guò)成核 一種不經(jīng)過(guò)成核拐點(diǎn)分解 InflexionDecomposition 不經(jīng)過(guò)成核過(guò)程 不穩(wěn)相向亞穩(wěn)相或穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變 化學(xué)成分變化 2 7 3相變類(lèi)型 TypesofPhaseTransformations 1 從熱力學(xué)角度一級(jí)相變 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發(fā)生突變 G 0 S 0 V 0 二級(jí)相變 化學(xué)勢(shì)的二階偏微商不相等 一階相等 連續(xù) 體積和熵?zé)o突變 等壓熱容和壓縮 膨脹系數(shù)有突變 S 0 V 0 CP 0 K 0 0 2 按相變方式形核 長(zhǎng)大型相變 形成新相核心 變化程度大 范圍小 連續(xù)型相變 連續(xù)長(zhǎng)大 不形核 變化程度小 范圍大 Spinodal分解 Chapter10 2 一元相圖 UnitaryPhaseDiagram 分別以溫度 壓力為兩坐標(biāo) F 1 p 2 p 1 F 2 純鐵相圖 勻晶相圖 IsomorphousPhaseDiagram 3 二元相圖 BinaryPhaseDiagram Section10 6 杠桿法則 LeverRule QL QS l cb l ac S Figure10 2 具有最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的勻晶相圖 共晶相圖 EutecticPhaseDiagram 共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn) InvariantPoint E Section10 10 EXAMPLEPROBLEM10 2Fora40wt Sn 60wt Pballoyat150 300F a Whatphase s is are present b Whatis are thecomposition s ofthephase s 10 98 40 EXAMPLEPROBLEM10 3Forthelead tinalloyinExampleProblem10 2 calculatetherelativeamountofeachphasepresentintermsof a massfractionand b volumefraction At150 takethedensitiesofPbandSntobe11 23and7 24g cm3 respectively SOLUTION a Sincethealloyconsistsoftwophases itisnecessarytoemploytheleverrule IfC1denotestheoverallalloycomposition massfractionsmaybecomputedbysubtractingcompositions intermsofweightpercenttin asfollows b TocomputevolumefractionsitisfirstnecessarytodeterminethedensityofeachphaseusingEquation5 10a ThuswhereCSn andCPb denotetheconcentrationsinweightpercentoftinandlead respectively inthephase FromExampleProblem10 2 thesevaluesare10wt and90wt Incorporationofthesevaluesalongwiththedensitiesofthetwocomponentsleadto SimilarlyforthephaseNowitbecomesnecessarytoemployEquations10 6aand10 6btodetermineV andV as 具有中間相的相圖共析Eutectoid和包晶Peritectic反應(yīng) Section10 13 共析 onesolidphaseinsteadofaliquidtransformsintotwoothersolidphasesatasingletemperature 包晶 onesolidphasetransformsintoaliquidphaseandanothersolidphase Figure10 19 4 三元相圖 TernaryPhaseDiagrams 三元相圖的成分坐標(biāo) 三元?jiǎng)蚓鄨D 三元共晶相圖 SurfaceForce 2 8固體物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)SurfaceStructuresofSolidMaterials SurfaceTensionandSurfaceEnergy StructuresandConfigurationofSurface PropertiesofSolidSurface 表面 Surface 固體 氣體或液體的界面 Interface 晶界和亞晶界 晶體材料內(nèi)部成分 結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶粒 或亞晶 之間的界面相界 Interphase 材料中成分 結(jié)構(gòu)不同的兩相之間的界面固體表面易產(chǎn)生一些界面現(xiàn)象根本原因 表面力和表面能 與表面結(jié)構(gòu)密切相關(guān) 2 8固體物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu) 2 8 1表面力和表面力場(chǎng) SurfaceForceandFieldofSurfaceForce 固體內(nèi)部 質(zhì)點(diǎn)受到周?chē)|(zhì)點(diǎn)的控制 靜力平衡 存在力場(chǎng) 力場(chǎng)對(duì)稱(chēng) 固體表面 周期性重復(fù)中斷 力場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性破壞 產(chǎn)生指向空間的剩余力場(chǎng) 剩余力場(chǎng)表現(xiàn) 固體表面對(duì)其它物質(zhì)有吸引作用 如潤(rùn)濕 吸附 粘附性 吸引力 表面力包括化學(xué)力 靜電力表面與被吸附分子之間范氏力 取向極性分子之間誘導(dǎo)極性與非極性分子間色散非極性分子間 2 8 2表面張力和表面能 SurfaceTensionandSurfaceEnergy 表面張力 擴(kuò)張表面時(shí)單位長(zhǎng)度上所需要的力單位N m表面能 增加單位面積的表面所需要做的功單位J m2液體 表面能和表面張力大小有相同的數(shù)值 固體 差別較大 擴(kuò)張表面時(shí)要克服原有原子 分子或離子之間的相互作用 故表面張力與物質(zhì)原有的鍵合方式相關(guān)作用力弱 做功小表面能低強(qiáng) 大高 一些物質(zhì)的表面能 2 8 3表面結(jié)構(gòu)及幾何形狀 StructuresandConfigurationofSurface 1 固體表面結(jié)構(gòu)及排列狀態(tài)固體表面結(jié)構(gòu) 微觀(guān)質(zhì)點(diǎn)排列狀態(tài) 原子尺寸表面幾何形態(tài) 顯微結(jié)構(gòu)排列狀態(tài) 1 原子密堆 表面能降低 雙電層的形成 3 雜質(zhì)原子的遷移 自由表面 表面能降低4 受外界影響 表面質(zhì)點(diǎn)排列較不規(guī)整 缺陷較內(nèi)部多5 吸附層 2 8 4固體表面特性 PropertiesofSolidSurface 表面力場(chǎng)的存在使表面能總傾向最小吸附 氣體 固體 從液體中吸附某些物質(zhì) 也稱(chēng)為吸附 潤(rùn)濕 液體 固體粘附 固體 固體 2 潤(rùn)濕 Wetness 固液界面的形成過(guò)程1 潤(rùn)濕過(guò)程 液體在固體表面上擴(kuò)展分 1 沾濕 Adhesion 固氣和液氣界面變?yōu)楣桃航缑嬲掣焦a SG LG SL大于0 自發(fā)進(jìn)行 2 浸濕 Soakage 固氣界面變?yōu)楣桃航缑娼?rùn)功Wi SG SL大于0 自發(fā)進(jìn)行 3 鋪展 Spread 固氣界面變?yōu)橐簹夂凸桃航缑驿佌瓜禂?shù)S SG LG SL大于0 自發(fā)進(jìn)行 同一體系 Wa Wi S鋪展可自發(fā)進(jìn)行 則其余皆可自發(fā)進(jìn)行固體表面能的影響 固體的粘附張力A Wi SG SLA越大 越有利于各種潤(rùn)濕液體表面張力的影響 沾濕 LG越大 有利浸濕 LG無(wú)影響鋪展 LG越小 有利 2 接觸角與潤(rùn)濕方程 接觸角 ContactAngle 三相交界處 自固液界面經(jīng)液體內(nèi)部至液氣界面的夾角潤(rùn)濕方程 WetnessEquation SG SL LGcos Wa LG cos 1 界面張力的平衡結(jié)果 A Wi LGcos S LG cos 1 皆為接觸角的函數(shù) 接觸角的判定 90