第1节相变的分类

第9章相变

                  第1节相变的分类

  1. 按热力学分类
    相变的热力学分类是按照温度和压力对自由能的偏导函数在相变点的数学特征——连续或非连续，将相变分为一级相变、二级相变或更高级的相变。n级相变被定义为，在相变点系统的化学势的第（n-1）阶导数保持连续，而其n阶导数不连续。
    一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的化学势相等，但化学势的一阶偏微分不相等，即

由于

，

，所以一级相变发生时，熵和体积的变化是不连续的，即相变时有相变潜热，并伴随有体积改变。晶体的熔化、升华；液体的凝固、气化；气体的凝聚以及晶体中的大多数晶型转变都属于一级相变。
二级相变的特点是，相变时两平衡相的化学势相等，化学势的一阶偏微分也相等，但二阶偏微分不相等，即

；

由热力学可知，

为等压热容；

，称为压缩系数；

称为膨胀系数。因此二级相变时，两相的化学势、熵和体积相等，但热容、膨胀系数和压缩系数不相等，即无相变潜热，无体积的突变，只有热容、膨胀系数和压缩系数的不连续变化。
    一般合金的有序-无序转变，铁磁-顺磁转变、超导转变等属于二级相变。
  2. 按结构变化分类
    按发生相变时新相与母相在晶体结构上的差异，可以将相变分为重构型、位移型和有序-无序型。重构型相变中，大量的化学键被破坏，新相和母相在晶体学上没有明确的位向关系。位移型相变过程不涉及化学键的破坏，新相和母相之间存在明显的晶体学位向关系。有序-无序相变在结构上往往涉及到多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化。
    3．按动力学机制分类
    从相变的动力学机制出发，可以将相变分为均匀转变和非均匀转变。发生均匀相变时，没有明显的相界面，相变是在整体中均匀进行的，相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大。非均匀相转变是通过新相的成核生长来实现的，相变过程中母相与新相共存，涨落的程度很大而空间范围很小。
    4. 按质点迁移特征分类
    根据相变过程中质点运动的情况，可以将相变分为扩散型相变和无扩散型相变。
扩散型相变的特点是在相变过程中，存在着原子（或离子）的扩散运动。扩散型相变是通过热激活原子运动而产生的，要求温度足够高，原子活动能力足够强。如晶型转变、熔体中析晶、气-固、液-固相变和有序-无序转变都属于扩散型相变。
    无扩散型相变则在相变过程中不存在原子（或离子）的扩散运动。无扩散型相变的特点是相变中原子不发生扩散，原子作有规则的近程迁移，以使点阵改组；相变中参加转变的原子运动是协调一致的，相邻原子的相互位置不变，因此也被称为“协同性”转变。如在低温下进行的纯金属同素异构转变以及一些合金中的马氏体转变等。
（本节完）