9.3 固態(tài)相變(5)

   3. 固態(tài)相變的速度與過冷度的關(guān)系
    從上述討論可知，固態(tài)相變的形核和形核率和晶核長(zhǎng)大速率都是轉(zhuǎn)變溫度的函數(shù)，而固態(tài)相變的速率則又是形核率和長(zhǎng)大速率的函數(shù)，因此固態(tài)相變的速率必然是溫度的函數(shù)。
    對(duì)于擴(kuò)散相變，若形核率和長(zhǎng)大速率都隨時(shí)間而變化，則在一定過冷度下的等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)可用Avrami方程來表示，即
                                                       （9-48）
式中： 為轉(zhuǎn)變量（體積分?jǐn)?shù)）； 為時(shí)間； 為常數(shù)。
    若形核率隨時(shí)間增加，則 ；若形核率隨時(shí)間而減小，則取 。具體的表達(dá)式取決于形核率的關(guān)系式。
    固態(tài)相變轉(zhuǎn)變速率和凝固與再結(jié)晶的規(guī)律一樣。所測(cè)定的不同溫度下的恒溫轉(zhuǎn)變量 與時(shí)間 的轉(zhuǎn)變量-時(shí)間曲線表明，在不同溫度下轉(zhuǎn)變開始前都有一段孕育期，相變開始后的轉(zhuǎn)變速率是先慢后快，最后又減慢的規(guī)律。若作成“TTT”曲線，即“溫度-時(shí)間-轉(zhuǎn)變量”的C型曲線（見圖9-14）�？汕宄�的看出，高溫轉(zhuǎn)變和低溫轉(zhuǎn)變?cè)杏�期都很長(zhǎng)，而中溫范圍轉(zhuǎn)變?cè)杏�期最短，轉(zhuǎn)變速度最快，當(dāng)溫度很低時(shí)擴(kuò)散型相變可能被抑制，而轉(zhuǎn)化為無擴(kuò)散型相變。
9.3.4 固態(tài)相變的基本結(jié)構(gòu)特征

    1.重構(gòu)型相變和位移型相變
    涉及晶體結(jié)構(gòu)變化的相變可分成重構(gòu)型相變和位移型相變兩種基本類型。如圖9-15所示，重構(gòu)型相變表現(xiàn)為在相變過程中物相的結(jié)構(gòu)單元間發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂和重組，形成一種嶄新的結(jié)構(gòu)，其形式與母相在晶體學(xué)上沒有明確的位向關(guān)系。位移型相變則與此完全不同，在相變過程中不涉及到母相晶體結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵的斷裂和重建，而只涉及到原子或離子位置的微小位移，或其鍵角的微小轉(zhuǎn)動(dòng)。碳的石墨-金剛石轉(zhuǎn)變是典型的重構(gòu)型轉(zhuǎn)變的例子。石墨和金剛石同是由碳元素所組成，石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為層內(nèi)每個(gè)碳原子與周圍三個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，而層間則由脆弱的分子鍵相連。但在高溫高壓下石墨可轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)完全不同的金剛石相，結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳原子均由共價(jià)鍵與其配位的四個(gè)碳原子相連．從而使金剛石具有完全不同于石墨的力學(xué)和電學(xué)性能。石英的眾多變體間的轉(zhuǎn)變既有重構(gòu)性相變又有位移型相變。其中石英、鱗石英和方石英本身α、β或γ變體間的轉(zhuǎn)變?cè)诮Y(jié)構(gòu)上僅表現(xiàn)為Si-O-Si鍵角的微小變化。
    重構(gòu)型相變不僅涉及到大量晶態(tài)材料不同晶相間的轉(zhuǎn)化。實(shí)際上大量物質(zhì)的氣相—液相—固相間的相互轉(zhuǎn)變也應(yīng)屬于這一類型的相變。一般來說，一種物質(zhì)的液相與同相在結(jié)構(gòu)上均具有顯著的差異。液相原子呈無規(guī)則排列，每個(gè)原子周圍均可被其他原子以等幾率的方式所配位，從而使液相的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有很高的對(duì)稱性和不規(guī)則性。相反．晶相原子的排列具有嚴(yán)格的規(guī)則性和周期性。因而，液-固相間的轉(zhuǎn)變總涉及到原子間鍵的斷裂和重組，并伴隨著較大的熱效應(yīng)。而位移型相變雖不及重構(gòu)型相變那樣廣泛地存在，但由于它和一些重要物理性質(zhì)的變化聯(lián)系在一起，已成為現(xiàn)代物理學(xué)和材料科學(xué)有關(guān)分支的研究熱點(diǎn)。