faseomvandlinger

Faseomvandlingar är processer där ett material övergår från en fas eller kristallstruktur till en annan som svar på förändringar i temperatur, tryck eller kemisk sammansättning. Sådana omvandlingar är vanliga inom metallurgi, keramik och polymerer, och kan ske i fasta ämnen, vätskor eller gaser. Vanliga exempel inkluderar övergångar mellan olika kristallstrukturer och omvandlingar mellan kristallin och amorf struktur.

Den drivande termen är skillnaden i Gibbs fria energi mellan faserna. När den nya fasen är stabilare vid givna villkor gäller omvandlingen. Initieringen sker genom nucleation och följs av tillväxt av nya fasdelar. Kinetiken kan vara diffusionellt styrd, där atomer måste migrera för att omvandla strukturen, eller displaciv (martensitisk), där omvandlingen sker snabbt utan betydande diffusion. Vissa omvandlingar är rekonstruktiva och kräver avbrott av befintliga bindningar och ombyggnad av nätverket.

Fasomvandlingar klassificeras ofta utifrån termodynamiska tecken och mekanism. Första ordningens omvandlingar uppvisar ofta latent värme, volymförändringar och ofta hysteresis mellan uppvärmning och nedkylning. Andra ordningens omvandlingar varierar mer kontinuerligt utan större latent värme. Inom fast materia talas även om diffusionsstyrda, displaciva och rekonstruktiva omvandlingar samt ordning–disordning-omvandlingar.

Exempel och tillämpningar. Inom metallurgi är konvertering av austenit till martensit i stål ett välkänt displacivt fenomen som ger hög hållfasthet. Värmebehandling används för att kontrollera mikrostruktur och därigenom mekaniska egenskaper. Inom keramiker och polymerer förekommer fasomvandlingar som påverkar duktilitet, värmebeständighet och optiska egenskaper. Teorier och experiment som differential scanning calorimetry (DSC), dilatometri, röntgendiffraktion och elektronmikroskopi används för att studera transformationsförlopp och transformationstemperaturer.