隨著材料的溫度或作用於材料上的壓力的變化，原子聞的距離和原子振動的程度也發生變化，以致原來的結構在新的條件下成為不是最穩定的結構。具有同一化學組成，卻有不同晶體結構的材料，叫做多晶型，從一種晶體結構變成另一種晶體結構就叫做多晶轉變。對於無機材料來說，多晶轉變主要通過改變溫度條件來實現。
基本介紹
- 中文名：多晶轉變
- 外文名：polymorphic transition
- 分類：位移型轉變、重建型轉變
- 轉變條件：改變溫服
- 典型例子：二氧化矽
- 其他分類：互變性轉變、單變性轉變
分類,其他分類,舉例分析,三元系統相圖,
分類
分類有兩種多晶轉變。第一種叫位移型轉變，是結構畸變，如鍵角變化，但卻不包括鍵的破壞。這種轉變一般在範圍確定的溫度下迅速發生，是可逆的。金屬中的馬氏體轉變是位移型轉變。立方一四方晶系BaTiO3和四方一單斜晶系ZrO2的多晶轉變也是這種轉變。位移型轉變是矽酸鹽陶瓷中常見的晶型轉變。一般來說，高溫型有較高的對稱性，較大的比容，較高的比熱，經常是更開放的結構。低溫型一般具有畸變結構，此乃由於隔行的SiO4四面體的鍵角向相反方向旋轉而形成的。
第二種晶型轉變是重建型轉變。鍵被破壞，新的結構重新形成。這種轉變比位移型轉變需要更大的能量。重建型轉變的速率是緩慢的，所以高溫型結構一般可經過轉變溫度迅速冷卻而在低溫下保持住原來的結構。重建型轉變需要的活化能很高，以致往往不發生晶型轉變，除非輔以外界的因素。例如，液相存在能使不穩定型溶解，隨後成為新的穩定型析出。靠機械能來克服高的活化能也是一種方法。
其他分類
當固相由一種晶型轉變為另一種晶型時，可按變的可逆與否而分為互變性轉變和單變性轉變。
1、互變性轉變
它的特點是兩種晶型能在一定溫度和壓力下平衡共存（即兩種晶型能可逆的互變）。這個平衡共存的溫度稱為在指定壓力下的晶型轉變點。在轉變點以上是一種晶型穩定，轉變點以下是另一種晶型穩定。這類體系的蒸汽壓曲線如下圖：
互變性轉變蒸汽壓曲線圖2、單變性轉變
它的特徵是兩種晶中只有一種是穩定的，因而晶型轉變只能是單方向的不可逆的轉變。這類體系的蒸汽壓曲線如下圖：
單變性轉變蒸汽壓曲線圖舉例分析
二氧化矽（SiO2）可作為說明多晶轉變的很好的例子。位移型和重建型轉變均發生在SiO2中，而且在矽酸鹽工藝中起著重要的作用。下圖表示SiO2開始轉變的溫度。
SiO2多晶型的轉變與體積變化SiO2在室溫下穩定的多晶是石英。然而，鱗石英和方石英也是陶瓷組分中在室溫下常見的呈介穩型的多晶，因為SiO2中的重建型轉變是很緩慢的，正常情況下不會發生。石英、鱗石英和方石英均有位移型轉變，在位移型轉變中高溫結構由於SiO2四面體之間的鍵角變化而畸變成低溫型結構。這些位移型轉變是迅速的而且一發生就不能被阻止。
注意SiO2位移型轉變時發生的體積變化的尺寸是很重要的。這些位移型轉變使套用特別是方石英和石英的套用受到限制。含中等量到大量的石英或方石英的陶瓷體，在經過轉變溫度的熱循環期間，或者是斷裂、或者是強度降低。在套用於高溫下的矽磚的製造過程中，加少量CaCO3或CaO，在煅燒溫度下起熔劑作用溶解石英，使SiO2呈鱗石英析出。鱗石英在多晶轉變時體積收縮奪得多，因而不太可能使耐火磚斷裂或強度降低。
三元系統相圖
具有多晶轉變的三元系統相圖
下圖中的組分C在高溫下的晶型是α型，在t1溫度下轉變為β型，β型則在更低的溫度t2下轉變為γ型。化合物AmBn也有α高溫型和β低溫型兩種晶型，晶型轉變溫度為t'。顯然，三元相圖上的晶型轉變線與某一條等溫線是重合的，該等溫線表示的溫度即為晶型轉變溫度。
具有多晶轉變的三元系統相圖