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有序-无序相变

[拼音]:youxu-wuxu xiangbian

[外文]:order-disorder phase transition

某些替代式固溶体,当温度甚低时,不同种类的原子在点阵位置上呈规则的周期性排列,称有序相,而在某一温度以上,这种规律性就完全不存在了,称无序相。固溶体在这一温度(称为相变温度或居里点)发生的这种排列的规律性的产生或丧失,同时伴有结构的对称性的变化,被称为有序—无序相变。例如,对于具有相同原子数的CuZn合金,在460℃以上为体心立方的无序结构,即两种原子占据任一阵点的几率相同;当温度降到460℃时,则开始有较多的Zn原子占据了体心的位置,称部分有序;而当温度甚低时,则所有的Zn原子全部占据了体心位置,成为简单立方的有序结构了。这种有序结构又称为无序结构的超结构。某些三元合金也有类似的情形。

原子在点阵位置上的分布情况常用序参量表示,它表示出在任意距离的两个位置上原子分布的相关性。当此二位置处在有限距离时的序参量称为短程序。当此二位置间的距离无限大时,则称为长程序。如对CuZn合金,长程序S与占据了晶胞中心的Zn原子的百分数成正比,最近邻短程序τ 与最近邻的Zn-Cu原子对的百分数成正比。序参量是温度的函数,在一般情况下,在完全有序时,它趋于1;在完全无序时,它为零。附图表示S及σ随温度变化的两种情况。由图可知,在相变点,长程序可以跳跃地或连续地变为零,它们分别对应于一级相变及二级相变(见固体中的相变)。而在相变点以上,却仍然存在有一定的短程序。这种在相变点以上存在的具有一定的短程序的小区域,是某些固溶体在相变点以下发生的有序化过程的核心,且当这样的两个有序区域长大而相接触时,则有可能形成反相畴(见面缺陷)。

X 射线、中子和电子衍射和漫散射是研究有序-无序相变的最通常而有效的方法。此外,相变可导致物理性质如比热容、电阻率、弹性常数、磁性和范性等的变化,这些性质的测量以及显微观察等都可用于研究这个相变过程。

有序—无序相变是合作现象中较简单的一种,对这种相变进行了各种方法和各种近似程度的计算。这些研究又被其他类型的如填隙式固溶体的有序—无序相变、有序—无序型的铁电相变以及铁磁相变等理论所借鉴。现在,有序—无序相变的内容已推广包括了位置的、分子取向的和电子或核自旋的有序—无序相变等三种情形。并且,由于临界现象的研究吸引了人们的很大兴趣,有序—无序相变这一长期被研究着的课题仍然受到注意。

参考书目

H.S.Green and C. A. Hurst,Order-disorder Phenomena,Interscience, London, 1964.

A. G. Khachaturyan, Progress in Materials Science, Vol. 22, p.1,1979.

D.de Fontaine,Solid State Physics, Vol,34,p.73,1979.

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