| 9.3 固态相变(1)
固体材料的组织、结构在温度、压力、成分改变时所发生的转变称为固态相变。材料科学研究中的固态相变主要是指温度发生改变而产生的相变。固态相变主要包括下列三种基本变化：①晶体结构的变化。如纯金属的同素异构转变、固溶体的多形性转变、马氏体相变；②化学成分的变化，如单相固溶体的调幅分解，其特点是只有成分转变而无相结构的变化；③有序程度的变化，如合金的有序化转变，即点阵中原子的配位数发生变化，以及与电子结构变化相关的转变（磁性转变、超导转变）。
固态相变与液体凝固过程一样，也符合最小自由能差原理。相变的驱动力也是新相与母相间的体积自由能差，大多数固态相变也包括形核和生长（成长、长大）两个阶段，而且驱动力也是靠过冷度来获得，过冷温度对形核、生长的机制和速率都会发生重要影响，但是，与液-固相变、气-液相变、气-固相变相比，固态母相相变时的母相是晶体，其原子呈一定规则排列，而且原子的键合比液态时牢固，同时母相中还存在着空位、位错和晶界等一系列晶体缺陷，新相-母相之间存在界面。
9.3.1 固态相变的特点
大多数固态相变与结晶过程一样，是通过形核和长大完成的，固态相变的驱动力是新相和母相的自由能差。由于新相和母相都是晶体，所以表现出有别于液体结晶的一系列特点。
1. 相界面
固态相变中，新旧两相之间总是要形成界面的。按界面原子的排列特点可分为以下几种界面，即共格界面（coherent interface）、半共格界面、（部分共格界面）和非共格界面，如图9-9所示。界面结构对相变时的形核、长大过程以及相变后的组织形态都有很大影响。
（1）共格界面
如果界面上的原子同时属于两相，即两相晶格在界面上彼此完全衔接，界面上的原子为两相共有，便可形成如图9-9 (a)所示的共格界面。由于两相晶体结构（至少在点阵常数上）总会有所差异，因此在共格界面两侧必然存在一定的弹性应力场，其大小取决于相邻两相界面原子间距的相对差值δ=(αβ-αα)/αα。δ越大，弹性应变能也越大。但是，共格界面的界面能很低。
（2）半共格界面
δ增大到一定程度时，相界面不可能继续维持完全共格。为了使界面上的原子大部分仍为两相共有，必须由一系列调配位错调节，形成如图9-9 (b)所示的半共格（或部分共格）界面。半共格界面的界面能和弹性应变能介于共格界面和非共格界面之间。
（3）非共格界面
当δ很大时，界面处两相原子根本无法匹配，只能形成如图9-9(c)所示的非共格界面。这种界面由不规则排列的原子构成，厚度约为3～4个原子层，其性质与大角度晶界相似，界面能较高而弹性应变能很小。
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