9.3 固态相变(5)

   3. 固态相变的速度与过冷度的关系
    从上述讨论可知，固态相变的形核和形核率和晶核长大速率都是转变温度的函数，而固态相变的速率则又是形核率和长大速率的函数，因此固态相变的速率必然是温度的函数。
    对于扩散相变，若形核率和长大速率都随时间而变化，则在一定过冷度下的等温转变动力学可用Avrami方程来表示，即
                                                       （9-48）
式中： 为转变量（体积分数）； 为时间； 为常数。
    若形核率随时间增加，则 ；若形核率随时间而减小，则取 。具体的表达式取决于形核率的关系式。
    固态相变转变速率和凝固与再结晶的规律一样。所测定的不同温度下的恒温转变量 与时间 的转变量-时间曲线表明，在不同温度下转变开始前都有一段孕育期，相变开始后的转变速率是先慢后快，最后又减慢的规律。若作成“TTT”曲线，即“温度-时间-转变量”的C型曲线（见图9-14）。可清楚的看出，高温转变和低温转变孕育期都很长，而中温范围转变孕育期最短，转变速度最快，当温度很低时扩散型相变可能被抑制，而转化为无扩散型相变。
9.3.4 固态相变的基本结构特征

    1.重构型相变和位移型相变
    涉及晶体结构变化的相变可分成重构型相变和位移型相变两种基本类型。如图9-15所示，重构型相变表现为在相变过程中物相的结构单元间发生化学键的断裂和重组，形成一种崭新的结构，其形式与母相在晶体学上没有明确的位向关系。位移型相变则与此完全不同，在相变过程中不涉及到母相晶体结构中化学键的断裂和重建，而只涉及到原子或离子位置的微小位移，或其键角的微小转动。碳的石墨-金刚石转变是典型的重构型转变的例子。石墨和金刚石同是由碳元素所组成，石墨具有层状结构，其特点为层内每个碳原子与周围三个碳原子形成共价键，而层间则由脆弱的分子键相连。但在高温高压下石墨可转变成结构完全不同的金刚石相，结构中每个碳原子均由共价键与其配位的四个碳原子相连．从而使金刚石具有完全不同于石墨的力学和电学性能。石英的众多变体间的转变既有重构性相变又有位移型相变。其中石英、鳞石英和方石英本身α、β或γ变体间的转变在结构上仅表现为Si-O-Si键角的微小变化。
    重构型相变不仅涉及到大量晶态材料不同晶相间的转化。实际上大量物质的气相—液相—固相间的相互转变也应属于这一类型的相变。一般来说，一种物质的液相与同相在结构上均具有显著的差异。液相原子呈无规则排列，每个原子周围均可被其他原子以等几率的方式所配位，从而使液相的内部结构具有很高的对称性和不规则性。相反．晶相原子的排列具有严格的规则性和周期性。因而，液-固相间的转变总涉及到原子间键的断裂和重组，并伴随着较大的热效应。而位移型相变虽不及重构型相变那样广泛地存在，但由于它和一些重要物理性质的变化联系在一起，已成为现代物理学和材料科学有关分支的研究热点。