固态相变时的位向关系

寂静回声

问


答

固态相变时，位向关系一定是存在的吗？
在固态相变中，位向关系并非总是存在的。
比如在共格相变中，新相与母相之间保持一定程度的晶格匹配，这意味着它们之间通常存在明确的位向关系。例如，在马氏体转变中，马氏体与奥氏体之间就有特定的位向关系，以保证两相之间的共格性。在半共格相变也表现出一定的位向关系，尽管这种关系不如共格相变那样严格。在这种情况下，新相与母相之间的晶格匹配不是完全的，但仍然存在一定的晶格匹配度。
然而对于非共格相变，新相与母相之间的晶格匹配度较低，因此它们之间的位向关系不是固定的，或者不存在明确的位向关系。这种情况下，相变伴随着较大的体积变化和界面应变，新相的形核位置更加随机。

固态相变中，位向关系与表面能的关系？
是紧密的联系，这种联系主要体现在新相晶核与母相之间的界面稳定性上。
在固态相变过程中，新相晶核与母相之间的特定位向关系有助于降低表面能。这是因为共格或半共格界面能够更好地匹配两相之间的晶格，从而减少界面处的能量。
    新相往往沿着母相的特定晶面优先形成，这一晶面被称为惯习面。选择惯习面是为了减少表面能。通常，惯习面是母相中原子密度较大的晶面，因为这样的晶面与新相晶核之间的界面能较低。
根据新相与母相之间的晶格匹配程度，界面可以分为共格、半共格或非共格。共格界面意味着两相之间的晶格完全匹配，而半共格界面则是部分匹配，非共格界面则没有晶格匹配。
共格或半共格界面能够显著降低表面能，因为它们减少了晶格失配所带来的应变能。
    位向关系不仅影响形核过程，还影响新相的生长方式。例如，如果新相晶核与母相之间存在特定的位向关系，那么新相将以一种有利于保持这种位向关系的方式生长，从而进一步降低表面能。

固态相变中，位向关系的动态过程是什么样的？
在固态相变开始时，新相晶核会在母相中形成。新相晶核的形成位置通常受到母相中缺陷的影响，例如位错、空位等，这些缺陷可以作为形核的位点。此外，新相晶核的形成还需要满足一定的能量条件，即形核所需的自由能垒必须被克服。
一旦新相晶核形成，它就会与母相建立起特定的位向关系。这种位向关系有助于降低新相与母相之间的界面能，从而减少相变阻力。位向关系的选择通常遵循以下原则：
在某些情况下，新相与母相之间的晶格能够完全匹配，形成共格界面。这种情况下，两相之间的位向关系非常明确，且界面能极低。
更多情况下，新相与母相之间的晶格只能部分匹配，形成半共格界面。这种界面仍然能够保持较低的界面能，但相比共格界面要高一些。
当两相之间的晶格无法匹配时，会形成非共格界面，此时界面能较高，相变阻力也会增大。
新相晶核倾向于在母相的特定晶面上形成，这一晶面被称为惯习面。惯习面的选择通常基于降低界面能的原则。通常情况下，惯习面是母相中原子密度较大的晶面，因为这样的晶面与新相晶核之间的界面能较低。
随着相变的继续，新相晶核开始生长。在这个过程中，新相晶体会遵循先前建立的位向关系生长，以维持界面能的最小化。生长的方向和速率取决于多种因素，包括温度、应力状态、母相的化学组成以及新相与母相之间的热力学差异等。
在生长过程中，新相可能会遇到母相中的障碍物或其他新相晶粒，这可能导致位向关系的局部调整。例如，在多晶材料中，不同的新相晶粒可能具有不同的位向关系，它们之间的相互作用会导致位向关系的复杂性增加。
当相变完成时，新相晶体会占据整个材料或达到一个稳定的平衡状态。此时，位向关系对材料的微观结构有着重要的影响，它决定了最终材料的性能特征。