2016-北京科技大学-研究生固态转变考题

2016 北京科技大学 研究生 固态转变 考题 及部分答案

从自由能成分曲线，相界面，原子扩散方式，新相的成分和结构状态，驱动力，形核的方式，显微组织区分调幅分解和形核长大型相变。？

成分 相界面 组织形态 结构

什么是第一类相变，什么是第二类相变，并举例。？

调幅分解 连续变化，最后达到平衡 开始无明显相界面，最后才变明显 两相大小分布规则，一般不是球状，组织均匀性好 成分不同，结构相同的两相 形核长大型变形 新相始终保持平衡成分，不随时间变化 始终都有明显的相界面 大小不一，分布漫乱，常呈球状，组织均匀性差 新相和母相在结构、成分均不同 分类标志：热力学势及其导数的连续性。

自由能和内能都是热力学函数，它们的第一阶导数是压力（或体积）和熵（或温度）等，而第二阶导数是比热、膨胀率、压缩率和磁化率等。 第一类相变（一级相变）：凡是热力学势本身连续，而第一阶导数不连续的状态突变，称为第一类相变。第一阶导数不连续，表示相变伴随着明显的体积变化和热量的吸放(潜热)。普通的气液相变、液固相变、金属和合金的多数固态相变、在外磁场中的超导转变，属于第一类相变。

第二类相变（二级相变）：热力学势和它的第一阶导数连续变化，而第二阶导数不连续的情形，称为第二类相变。这时没有体积变化和潜热，但膨胀率、压缩率和比热等物理量随温度的变化曲线上出现跃变或无穷的尖峰。超流、没有外磁场的超导转变、气液临界点、磁相变、合金中部分有序-无序相变，属于第二类相变。

习惯上把第二类以上的高阶相变，通称为连续相变或临界现象。玻色-爱因斯坦凝结现象是三级相变。

下图哪个是第一类相变，哪个是第二类相变，并说明理由？

从热力学函数的性质看，第一类相变点不是奇异点（singularity），它只是对应两个相的函数的交点。交点两侧每个相都可能存在，通常能量较低的的那个得以实现。这是出现“过冷”或“过热”的亚稳态以及两相共存的原因。 第二类相变则对应热力学函数的奇异点，它的奇异性质目前并不完全清楚。在相变点每侧只有一个相能够存在，因此不容许“过冷”和“过热”和两相共存。

根据经典形核公式计算再结晶临界形核尺寸（给定存储能和界面能）；若位错提供主要的储存能，（给定位错密度和单位位错的能量）导出临界形核尺寸和位错密度的关系；评论经典形核理论的可行性？

经典形核理论假设核心的界面能与大块晶体的界面能相等，但是小原子团的界面非常漫散，尤其是当脱溶转变的母相成分接近调幅分解成分时，没有明确的相界面。这样，漫散的相界面体积占晶胚体积的一个可观分数。因此，这个假设只能是一种近似，只有界面的厚度比核心尺寸小得多时才合理。

经典形核理论的另外一个问题是没有考虑核心颗粒熟化效应，熟化效应会使一些成长的核心再度溶解而消失。

但是，经典形核理论优点明显。首先，模型简单，可以成功解释很多相变实际问题——如形核率随过冷度微弱增加，或者脱溶因过饱和度微弱变化而急促增加；还可以解释新相和母相间出现的各种取向关系。

朗道理论的基本思想？什么是序参量，在结构转变和铁磁转变中可以选什么作为序参量？连续相变的本质是什么？

物理参数的无穷小变化引起对称性的破缺， 是连续相变的本质。

什么是连续再结晶？静态再结晶和动态再结晶中都能发生连续再结晶吗？解释

点阵旋转动态再结晶和几何动态再结晶的现象及发生的条件？

由于再结晶的驱动力(储存能)远比一般相变的驱动力小， 而晶界能却和相变的相界能差不多， 所以形核的临界核心尺寸非常大(>0.1 mm)， 以至实际上不能实现。

这样， 所谓再结晶核心并不是热力学意义上的核心， 它只是在变形结构中再结晶前预先存在的几乎没有变形的小体积。

再结晶时的脱溶

本质是两种转变(再结晶和脱溶相变)的交互作用。

基本规律：变形引入缺陷促进脱溶和再结晶形核， 脱溶析出粒子影响再结晶形核并钉扎晶界从而延缓再结晶。

如果在回复时发生脱溶， 析出的第二相粒子尺寸小、 间距小，使再结晶不易形核， 因为析出的质点对晶界钉扎， 结果可以完全抑制再结晶。

随着保温时间延长， 脱溶质点聚集长大， 变形基体的位错排列发生改变， 逐渐减小位错密度和调整亚晶的取向差和尺寸， 最后使基体恢复为变形前的结构状态。 把这个过程称为连续再结晶或原位再结晶。

通过再结晶的“ 形核” 和“ 长大” 来消除高能的变形态， 一般称作“ 不连续

再结晶” 。但是， 对于较高层错能材料， 如铝、 铁等， 在变形或变形后退火过程中亚晶界持续吸收位错， 最终转变为大角度晶界， 没有“ 形核” 和“ 长大” 过程， 即没有大角度晶界迁移来消除高能的变形态， 这称作“ 连续再结晶” 。 在静态再结晶和动态再结晶过程中都可能发生连续再结晶。