8.2  相变的分类

8.2.1按热力学分类

根据相变前后热力学函数的变化，将相变分成一级相变、二级相变或n级相变^[10]。在一定的温度和压强范围内，相变点两相的化学势和化学势的一级偏导数至n-1阶导数都相等，化学势的n阶偏导数存在突变。这种相变称为n级相变，例如当n=1时是一级相变、n=2是二级相变。

（1）一级相变：在一定的温度和压强范围内，相变点两相的化学势是连续的，但化学势的一级偏导数存在突变的相变称为一级相变，即在、处时：

             （8.1）

                    （8.2）

    

在热力学中定义，当在恒定温度和压强条件下，每增加1mol物质时化学势等于吉布斯函数的变化^[11]。

  （1.3.3）

        （1.3.4）

    （1.3.5）

  （1.3.6）

得：                        （1.3.7）

由（1.3.7）代入（1.3.2）式中，得：

        （1.3.8）

        （1.3.9）

可以看出，一级相变过程中熵和体积的变化是不连续的。根据相变潜能、体积突变公式得出在相变期间存在相变潜热并且体积也会发生压缩或膨胀^[10]。

（2）二级相变：在1相至到2相过程中，摩尔体积不变，即，没有相变潜热产出，即。由两个等式可以得出

        （1.3.10）

        （1.3.11）

化学势的一阶偏导数是连续的，但化学势的二阶偏导数发生突变^[12]，

     （1.3.12）

材料的摩尔热熔、定压膨胀系数、等温压缩系数等发生突变：

      （1.3.13）

     （1.3.14）

     （1.3.15）

两相的。爱伦费斯特（Allenfest）将在一定温和压力范围内的相变点处的两相化学势和化学势一阶偏导数连续，然而化学势的二级偏导数存在突变的相变称为二级相变。宏观系统在二级相变过程中连续并且没有变化，称为连续相变。

二级相变没有相变潜热和体积突变，相邻相变点，中两相的比熵和比容相等^[10]，即：

        （1.3.16）

        （1.3.17）

由物态方程得：

  （1.3.18）

所以（1.3.18）式得：

   （1.3.19）

即：

       （1.3.20）

同理：

   （1.3.21）

由麦氏关系代入（1.3.21）式得:

  （1.3.22）

由 得：

      （1.3.23）

即：                       （1.3.24）

将（1.3.20）和（1.3.24）称为爱伦费斯特公式，它也是二级相变的基础公式。与一级相变不同，二级相变通常是一些特殊的相变，例如在临界点的气液相变，铁磁相变等^[12]。

8.2.2按动力学分类

根据相变动力学，吉布斯将相变过程分为匀相转变和非匀相转变。

（1）匀相转变

匀相转变，也称无核相变，是指相变期间不具有成核相的相变。以范围大、程度小的成分起伏为开端。通过组分起伏形成高浓度区和低浓度区，组分从高浓度区连续过渡到浓度区，高浓度区和低浓度区之间没有明显界限^[13]。通过上述断裂扩散逐渐增大浓度差，最后，将单相固溶体分解成具有不同组成的两相。 例如增幅分解就是典型的无核相变。

（2）非匀相转变

非匀相转变，也称有核相变，是指通过成核和核生长的相变。以范围小、程度大的成分起伏为开端，新相中的晶核可以通过母相均匀地形成，或者可以优先通过母相中的有利部位形成。随着新阶段的成核不安段增长，有核相变完成。新旧阶段之间存在相界面。在固态相变中，大部分的相变都属于有核相变^[1]。

8.2.3 其余分类

在物理学的角度来看，常用的分类是基于热力学划分的。按照平衡状态、动力学等角度都能将相变进行分类。过去最常见的分类方法是根据是否存在原子扩散分为扩散相变与无扩散相变两类，扩散型相变的特点在于在相变过程中相变的速度由原子的扩散程度决定，并且在相变后形成的新相与相变前的母相在宏观的外形上没有变化，但内部的成分发生改变。而无扩散相变与之相反，相变前后宏观外形发生变化，形成浮凸现象，但新旧两相的化学成分不变，新旧相之间有一定程度的晶体位向关系，即新旧两相之间有晶格联系。特别是在材料发生相变时，相界面以与声速相当的速度移动。常见的马氏体相变以及像铅、钛、锂等某些纯金属在低温下的同素异构转变都属于非扩散型转变。