相变过程PPT学习教案

1、会计学1第1页/共64页按相变前按相变前后的后的凝聚状凝聚状态分态分 固固-固相变；固相变； 固固-液相变；液相变； 固固-气相变；气相变； 液液-气相变气相变一级相变一级相变二级相变二级相变按热力学函数按热力学函数的变化分的变化分9.1.1 9.1.1 相变的分类相变的分类重点！重点！第2页/共64页第3页/共64页一、相变过程的不平衡状态及亚稳区一、相变过程的不平衡状态及亚稳区 从从热力学平衡的观点热力学平衡的观点看，将物体冷却看，将物体冷却( (或者加热或者加热) )到到相转变温度，则会发生相转变而形成新相，从相转变温度，则会发生相转变而形成新相，从图图2 2的单元的单元系统系统T-PT

2、-P相图中可以看到，相图中可以看到，OXOX线为气线为气- -液相平衡线液相平衡线( (界线界线) )；OYOY线为液线为液- -固相平衡线；固相平衡线；OZOZ线为气线为气固相平衡线。当处固相平衡线。当处于于A A状态的气相在恒压状态的气相在恒压P P冷却到冷却到B B点时，达到气点时，达到气- -液平衡温液平衡温度，开始出现液相，直到全部气相转变为液相为止，然度，开始出现液相，直到全部气相转变为液相为止，然后离开后离开B B点进入点进入BDBD段液相区。段液相区。9.1.2 9.1.2 相变的条件相变的条件第4页/共64页第5页/共64页图图2 2 单元系统相变过程图单元系统相变过程图 第

3、6页/共64页 Why?第7页/共64页第8页/共64页0000/TTHTTTHTHTHG(4)第9页/共64页0000/TTHTTTHTHTHG第10页/共64页第11页/共64页12/lnPPRTdPPRTVdPG第12页/共64页第13页/共64页ccRTccRTccRTG)1ln(ln0（7 7）第14页/共64页第15页/共64页第16页/共64页9.2 9.2 液固相变液固相变第17页/共64页第18页/共64页第19页/共64页第20页/共64页LSVrrGrG23434第21页/共64页第22页/共64页031282VlsrGrrrdrGd 为为相变活化能相变活化能，它是描述相

4、变发生，它是描述相变发生时形成临界晶核所时形成临界晶核所必须克服的势垒必须克服的势垒。VlsGrr2*23*)(316VlsrGrG23*)( 316VlsrGrG第23页/共64页mVTTHMGMG2323*)(316)(316TmTHMGGLSVLSr第24页/共64页2*)(1TGr温度温度T越高，越高，T T越小，越小， Gr*越大，越大，对成核对成核不利不利。第25页/共64页第26页/共64页第27页/共64页设环绕临界核胚的周围的界面里，有设环绕临界核胚的周围的界面里，有n ns s个个原子。原子。)exp(*RTGnnrr)exp(0RTQDD第28页/共64页)exp(*0R

5、TGDKIr)exp()exp(0*RTQDnRTGnDnnIsrsr)exp(*0RTGKPrI=PDnP：受受相变活化能相变活化能影响影响的成核率因子的成核率因子；D：受受质点扩散质点扩散影影响的成核率因子。响的成核率因子。 第29页/共64页影响较小对PKRTGKPr0*0)exp(2*)(1TGr即即TTm时，时，T，T，P。第30页/共64页第31页/共64页段，相变势垒控制了过程，故曲线段，相变势垒控制了过程，故曲线下降。下降。第32页/共64页第33页/共64页液体液体-固体界面非均态核的生成固体界面非均态核的生成 第34页/共64页)cos1 (22RAsinRr 第35页/共

6、64页3coscos3233 rRV第36页/共64页cos2LXLXLXVhrAGVGVLXGR2*)(4)cos1)(cos2()(316*223*fGGGrVLXh非均态核化势垒非均态核化势垒 ：（10）第37页/共64页，cos=-1cos=-1，式式(10)(10)即变为即变为(9)(9)。n第38页/共64页第39页/共64页)exp()exp(*RTGRTQBIhSS第40页/共64页第41页/共64页第42页/共64页)exp(0KTGfsvdtdnasl)(exp0KTGGfsvdtdnals第43页/共64页第44页/共64页)exp(1)exp()exp()exp()(0

7、0KTGKTGfsvKTGGKTGfsvdtdndtdndtdnaaalsslkTGVkTGSSfUvaexp1exp0kTGVkTGfUvaexp1exp0第45页/共64页第46页/共64页VGVKTTSKTGvfua)exp(0fDkTGfUaexp0VGV第47页/共64页第48页/共64页图图7 成核速率成核速率I与生长速度与生长速度u随温度的变化（随温度的变化（Tm为熔点为熔点）第49页/共64页第50页/共64页总结晶速率数学式总结晶速率数学式第51页/共64页33)(34tIuVs在结晶初期，晶粒很小，晶粒间干扰也少，而在结晶初期，晶粒很小，晶粒间干扰也少，而且且VLV。因此在

8、时间因此在时间t时，由时，由t和和t+dt时间内结时间内结晶出的晶体体积晶出的晶体体积dVS为：为： dVSNVS=4/3*VLIu3 (t)3dt 第52页/共64页dttIuVVxtS33)(34dttIuxt33)(34433tIux 此式适应于结晶初期此式适应于结晶初期,很小很小,I、u不随时间而变化以及不不随时间而变化以及不考虑考虑粒子间的碰撞和母液减少粒子间的碰撞和母液减少。第53页/共64页dttIuxt33)(34)31exp(143tIux称为称为JohnsonMchl动力学方程式；动力学方程式； 第54页/共64页)exp(1nKtx式中：式中：K、n是常数，很清楚新相形成

9、的体是常数，很清楚新相形成的体积分数与成核、晶体生长的动力学常数有关积分数与成核、晶体生长的动力学常数有关，亦即与转变热、偏离平衡和原子迁移率等，亦即与转变热、偏离平衡和原子迁移率等热力学和动力学因素有关的。热力学和动力学因素有关的。 第55页/共64页影响结晶速率的因素影响结晶速率的因素熔体组成熔体组成熔体的结构熔体的结构界面情况界面情况外加剂外加剂第56页/共64页n1、熔体组成、熔体组成n 组成愈复杂，在初期形成晶核干扰愈厉害，组成愈复杂，在初期形成晶核干扰愈厉害，析晶难度增大。析晶难度增大。 n玻璃组成配方如何选择？玻璃组成配方如何选择？n从降低熔制温度和防止析晶的角度出发，玻璃从降低熔制温度和防止析晶的角度出发，玻璃的组分的组分应考虑多组分并且其组成应尽量选择在应考虑多组分并且其组成应尽量选择在相界线或共熔点附近相界线或共熔点附近。第57页/共64页第58页/共64页玻璃成分 SiO2 Na2O2S