《有序无序转变》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,某些置换式固溶体其,成分有定比关系,（,AB、A,3,B、AB,3,)，在高温状态时，溶质溶剂原子在点阵中的分布是,完全无规则,的，而在低温它会出现,完全有序状态,，此时溶质溶剂原子各自分布在特定的点阵位置上，这种固溶体称为,有序固溶体,。,第二节 有序-无序转变,一、概述,（1）有序固溶体,1,有序排列的证据在于X射线衍射图上出现,超结构线,。这是因为在有序合金中，当,异类原子,晶面的散射波之间的,位向差正好为,时，由于两种不同原子的,散射因子不同,，它们的散射波便不能相互抵消，而产生超结构线。,由于长程有序固溶体在其X射线衍射图上出现有“超结构线”，故有序固溶体通常又称为,超结构（超点阵）。,（2）超结构（超点阵）,2,晶体由有序状态变为无序状态的转变称为,有序无序转变,。,有序化转变包括：,位置有序化,位向有序化,电子旋转态的有序化,结构中缺陷引起的有序化,（3）有序无序转变,在某一,临界温度,以下，在,一定成分范围,内存在，但只有在特定成分（如,AB、A,3,B、AB,3,)才能达到完全有序排列。,（4）有序结构存在的条件,3,举例：,Cu-Au合金,4,Cu,3,Au型：,390，Au、Cu呈有序排列,5,CuAu型：,410， Au、Cu按层排列于（001）晶面上，,一层为Cu原子，相邻层全部为Au原子。, R,Cu, R,Au, c/a=0.93 四方点阵,6,CuAu,型：,385-410，它是,长周期正交点阵,，其晶胞相当于,10个CuAu,型晶胞沿水平方向排列在一起，每隔5个小晶胞，其（001）面上原子类别改变，晶胞交界处为,反向畴界,。,7,B,B,B,A,A,A,x,x,P,x,x,P,s,-,-,=,-,-,=,1,1,b,a,二、有序度参量s,定量说明有序的程度，即原子在晶体中的分布状态。,（1）长程有序度,以bcc A,m,B,n,型合金为例，两个亚点阵：,一个是八个顶点原子A构成的亚点阵,另一个是由体心原子B构成的亚点阵,则：,其中,P,A,为A原子在点阵中出现的几率,P,B,为B原子在点阵中出现的几率,X,A,为A组元的原子百分数,X,B,为B组元的原子百分数,8,长程有序着眼于A、B,原子在,整个点阵,中的分布,若由一个原子的,近邻,出发，可定义为短程有序度的概念,其中 q,为A原子周围出现B原子的几率,q,u,为完全无序时的q,q,m,为完全有序时的q,（2）短程有序度,9,s、是在一定范围内变化，在T,c,点,无突变,，从而无序化时，内能、熵是逐渐变化的，属,二级相变,。,在T,c,点，长程有序度s,突变,，内能和熵是不连续变化的，属,一级相变,。,10,Au-Cu,系,特点是相图上有,两相区间隔,，该有序相为,一级相变,。,成分为,50.8%Au,，,小于,390,时形成有序,（,Cu,3,Au),固溶体，此外，合金系中,AuCu,、,AuCu,、,Au,3,Cu,等也是有序固溶体。,三、有序无序相变热力学,（一）具有有序无序相变合金系相图的特点,11,Cu-Zn,系,相图上,无两相区间隔,，在一定成分和一定温度范围内可产生有序化转变，这类有序相为,二级相变,。,如成分为,45.5-48.9%Zn,的合金，在,468-456,下，,转变为,的相变。,12,固溶体自由焓随相的成分而变化，由热力学知：,G = H TS,= U + PV TS,由于固态晶体在常压下可忽略PV项,所以,G = U TS,（二）固溶体自由焓的统计理论,13,内能,U,U,0,合金系在,0K,时的内能,C,p,由,0K,至,TK,的等压比热,U,0,= N,AA,U,AA,+ N,BB,U,BB,+ N,AB,U,AB,N,AA,、,N,BB,、,N,AB,分别为,A-A,、,B-B,、,A-B,结合原子对的数目,U,AA,、,U,BB,、,U,AB,分别为,A-A,、,B-B,、,A-B,结合时的内能，,可用统计方法求出。,14,N为总原子数,Z为原子配位数,C,A,为A原子的原子百分数,15,熵,S,式中第一项为,热温熵（振动熵），,第二项为,组态熵,，可用统计理论计算。,N晶格中阵点总数,nA原子的数目（阵点数）,N-nB原子的数目（阵点数）,16,自由焓,G,分 析：,f(C,A,T)项：与原子浓度C,A,近似成线性关系，不改变 G = f(C,A,)曲线的形状,TS,m,项：与C,A,呈中心对称抛物线关系,U,0,项：C,A,的关系取决于,（2U,AB,-U,AA,-U,BB,）,项,17,讨论,(原子键结合能),：,(1) 当,2U,AB,U,AA,+U,BB,时，形成异类原子键使U,0,下降，故为,有序固溶体,(,2) 当,2U,AB,=U,AA,+U,BB,时，U,0,为纯组元内能之和，故为,无序固溶体,(,3) 当,2U,AB,U,AA,+U,BB,时，形成同类原子键使U,0,下降，,故为不均匀固溶体,上述三种情况GC,A,曲线如下图：,18,从无序化过程中所测得的比热，除热振动比热(C,p,),外，还有因组态能改变所引起的附加恒容热容C,v 。,C,v,随温度T升高而逐渐上升，达到Tc后，C,v,又突然下降，大于T,c,后，并未降到零，因为此时短程有序仍然存在。,四、有序化对合金性质的影响,（1）恒容热容Cv,19,当固溶体有序化后，合金中异类原子间结合力加强，因此其电子的结合较无序状态为强，故使导电的自由电子数减少，,增加。,但晶体离子势场在有序化时更为对称，使得电子散射几率大为降低，故又使,减少。,在这一对矛盾因素中后者占优势，故,有序合金,较低,。,（2）电阻率,20,成分相当于Ni,3,Mn的合金，在退火时其饱和磁矩,Ms具有极大值,，合金呈现,强铁磁性,，为有序化与铁磁化相互合作的结果。,（3）磁学性质,21,一般经长程有序化后，合金总是变得较硬，有时具有明显的屈服现象，且随有序度的增加，屈服应力在,某一有序度时出现极值,，这一现象称为,有序强化（Ordered Strengthening)。,例如：Mg,3,Cd合金，达到最大硬度的值与有序畴的一定大小及一定的有序度相对应。,原因：反向畴界属内界面，,是位错运动的障碍。,（4）力学性能,22,但研究发现：,Cu,3,Au(fcc)基本具有此特点,Fe,3,Al(bcc),不符合这一特点,注意,：,有序强化理论,均建立在不同反向畴界面对位错运动的影响这一基础上，忽略了原子的电子结构及应变能对固体生成热的影响，以致使有序度与热力学函数关系的可靠性发生问题，故尚待进一步研究。,23,