相變態與動力學

阿夫拉米方程(Avrami equation)

/ AV-rah-mee /

這是把 S 曲線畫出來的那條漂亮公式。阿夫拉米方程是已轉換比例 y 隨時間 t 變化的一個簡單表達式,能重現真實相變態中所見的慢-快-慢 S 形。

公式是 y = 1 - exp(-k t^n),其中 y 從 0 到 1、t 是時間、k 與 n 是給定相變態與溫度下的常數。指數 n 反映成核與成長的幾何(常介於 1 與 4 之間),而 k 決定整體速度,並包含強烈的溫度依賴性。t 很小時 y 極小;隨 t 增大,指數把 y 推向 1。例如取 k = 0.01 每秒^n、n = 2,在 t = 10 s 時指數為 -0.01 times 100 = -1,所以 y = 1 - exp(-1) = 0.63,即轉換了 63 percent。

它讓工程師有一個精簡的方式來描述並內插相變資料、並定義速率。但它假設隨機成核與條件固定,所以是一個經驗擬合、而非第一原理的定律。n 與 k 由實驗萃取,而且它最適用於等溫(固定溫度)保持,這正是 TTT 圖的情境。

把已轉換比例的資料擬合到 y = 1 - exp(-k t^n)、讀出 k,就能比較同一個反應在兩個不同溫度下跑得多快。

一條方程描述整段 S 形歷程。

阿夫拉米常數 k 與 n 是對特定溫度與條件有效的經驗擬合,不要把它們當成通用的材料常數。

又稱
Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov equationJMAK equationJMAK 方程