結構相變

有序-無序轉變(order-disorder transformation)

在許多合金裡,兩種原子共用同一個晶格。高溫時它們隨機就坐——任一位置容納任一種原子的機率相等,就像用擲硬幣來決定每格顏色的棋盤。降溫後,原子會自我分類,每一種都偏好自己那組位置,直到圖樣變得規則——成為一張黑白相間、井然有序的棋盤。這種從「隨機混合」切換到「規則化學圖樣」、而底層晶格幾何毫不改變的轉變,就是有序-無序轉變。

beta-黃銅是教科書範例。它是體心立方的 CuZn:在約 454 度 C 以上,Cu 與 Zn 隨機散佈在所有 BCC 位置上(無序,A2)。在此溫度以下,銅原子遷移到立方體的角、鋅遷移到體心(或反之)——兩個互穿的簡單立方子晶格各自變得化學純淨,形成有序的 CsCl 型(B2)結構。Cu3Au 在 FCC 晶格上做同樣的事:金聚到立方體的角、銅聚到面心,於是在約 390 度 C 以下形成有序的 L1_2 結構。注意這需要原子互換位置,所以確實需要一些擴散——但晶格位置本身並不移動。

有序化把化學圖樣真正的重複週期放大,因此造出一個超晶格,並隨之帶來新的超晶格繞射斑點;它可以是漸進的(二級,如 beta-黃銅,有序度連續地淡入),也可以是突然的(一級,如 Cu3Au)。有序化會急遽改變性質——有序合金往往更硬、更脆、電性也不同——而有序的程度由單一數字掌握:序參數。

beta-黃銅(CuZn)在約 454 度 C 以上,銅與鋅隨機散佈在體心立方的每個位置;緩慢冷卻到此溫度以下,銅移到立方角、鋅移到體心,形成有序的 CsCl 型(B2)結構。晶格幾何從頭到尾不變,改變的只是「哪種原子坐哪個位置」——這正是有序-無序轉變。

有序-無序轉變:隨機固溶體降溫後,兩種原子各就其位形成規則化學圖樣(如 beta-黃銅 A2 到 B2),晶格幾何不變。

有序-無序轉變中晶格幾何不變、位置不動,改變的是「哪種原子坐哪個位置」的化學圖樣;它仍需要原子互換(一定程度的擴散),這點與純位移型相變不同。

又称
ordering transformationorder-disorder transition有序化轉變