對於某些替代式固溶體，當溫度較低時，不同種類的原子在點陣位置上呈規則的周期性排列，稱有序相。而在某一溫度以上，這種規律性就完全不存在了，稱無序相。固溶體在這一溫度（稱為相變溫度或居里點）時發生的排列規律性的產生或喪失，同時伴有結構的對稱性的變化，被稱為有序—無序相變。
基本介紹
- 中文名：有序—無序相變
- 外文名：ordered and disordered phase transition
- 特點：結構的對稱性的變化
- 相變溫度：發生有序—無序相變時的溫度
- 相關物理：X 射線、中子，電子衍射
相關概念,相變,有序度,無序態和有序態,超結構,有序無序轉變,有序現象的分類,典例分析,
相關概念
相變
相變指的是當外界約束(溫度或壓強)作連續變化時，在特定的條件(溫度或壓強達到某定值)下，物相發生的突變。簡單的說，相與相之間的轉變，或者說母相到新相的變化過程稱為相變。一般的相變過程包括下面三方面的變化：
(1)晶體結構的變化(包括原子、離子或電子位置和位向改變)；
(2)化學成分的變化；
(3)某種物理性質的改變(或有序程度的變化，包括子的配位、電子結構的變化)。
在這三個變化中，只要發生了一種變化，就可以認為是發生了相變。如有序—無序相變發生了原子排列的有序程度的變化，順磁—鐵磁相變發生了電子自旋的有序化，馬氏體相變只發生了結構的變化，而調幅分解只發生了成分變化。也有同時發生成分和結構變化的，如共析相變、沉澱相變、貝氏體相變等。
有序度
通常用“有序度”來表征物質的有序化程度。它表示不同原子在晶胞中占據相應各自點陣位置的百分數。由於溫度或其他因素的影響，合金在不同條件下的有序化程度不同。低於臨界溫度Tc，合金髮生有序轉變，Tc的高低與有序化能V0有關。當合金完全無序、原子統計隨機分布在各個點陣位置點時，其有序度為零。當完全有序，即不同原子分別占據各自的點陣位置時，其有序度為1。
無序態和有序態
在固溶體內，溶質原子的進入溶劑點陣是完全雜亂無章的。在原點陣座上，溶質原子和溶劑原子無規則地排列著，這代表一種無序態。
但是在某些情形，對於無序替代式固溶體合金，當緩慢地從高溫冷卻至室溫或在室溫長時間退火後，原子重複排列，不同的原子占據了點陣中的一定位置。這就稱為原子經重新排列後產生了一種有序態。
在組成合金的組元之間，若同類原子問的結合較弱而異類原子間結合較強時，則其固態晶體中的原子(或離子)將呈三維周期性的排列。合金中每個原子(或離子)的位置相對其它原子(或離子)而言，在點陣中是固定的，這樣的晶體點陣排列狀態，稱完全有序態。
例如，對於具有相同原子數的CuZn合金,在460℃以上為體心立方的無序結構，即兩種原子占據任一陣點的幾率相同；當溫度降到460℃時，則開始有較多的Zn原子占據了體心的位置，稱部分有序；而當溫度甚低時，則所有的Zn原子全部占據了體心位置，成為簡單立方的有序結構了。這種有序結構又稱為無序結構的超結構。下面將對超結構進行簡單介紹。
超結構
一般而論，固溶體中的原子的分布是與溫度有關的．在低溫為有序態的固溶體到高溫就變成無序了。這種有序、無序的變化從熱力學的觀點看，和有些鐵磁性物體經居重點的變化相似。當原子處在完全有序態時，它們實際上組成了一種新點陣，叫作超點陣。超點陣往往相比於無序固溶體原有的點陣大一些。這是因為在完全有序的固溶體內，真正的點陣矢量必須是連線相似“原子”的矢量，而不僅是在原子座的骨架中連線相似”點”的矢量。
當然，完全的超點陣是只有在兩種原子數符合一定的簡單比率時才成立的。事實上所觀察到的超點陣，其原子比以符合1:1和3:1較多。凡原子成分符合超結構的固溶體，往往在其臨近成分也顯示部分或不完全有序態但是必須指出，符合簡單原予比例成分的固溶體不一定以超點陣出現，它和原子間力的類型有關。
有序無序轉變
隨溫度升高，由於原子或其群體的熱運動，將會使原子的位置及排列狀態的有序度減小。晶體由有序狀態轉變為無序狀態(溫度降低則由無序狀態轉變為有序狀態)，這一轉變稱為有序—無序相變。
從廣義上看，有序—無序轉變是一種可以概括所有自然和社會現象的概念。從凝聚態物理的範疇來看，有序現象大致可分為三種類型。
有序現象的分類
(1)原子或離子排列位置的有序；
(2)多原子分子取向有序(如KH2PO4鐵電體有極分子取向有序，液晶中分子排列的取向有序)；
(3)與電子和核的自旋狀態相關的有序(如金屬與合金中由於電子自旋排列呈現鐵磁性及晶體氫中質子的反鐵磁性)。這裡只討論原子和離子占據確定的次點陣位置的有序。
大量的替代式固溶體當溫度降低時會發生有序化轉變，有序化過程是從不同原子統計分布的狀態向不同原子分別占據晶格中不同亞點陣的轉變。例如，組分為AB的合金，在無序分布狀態，A與B原子無區別地占據在某一點陣，晶體學上的等效晶面都是由彼此統計上相同的原子所組成的。當溫度降低到一定值時，某一種原子（如A），開始優先占據晶格中的某一亞點陣位置，而另一種原子（如B），則優先占據另一亞點陣，形成部分有序結構，富A原子的晶面與富B原子的晶面交替排列。
當溫度下降至足夠低時，各個亞點陣僅為同一種原子所占據，形成了完全有序的固溶體。A原子面與B原子面交替，相同晶面間的距離為無序狀態的兩倍(或其它整數倍)。因此，對於有序結構，在布拉格(Bragg)衍射照片上就會出現超結構衍射線。完全有序化過程的溫度稱為無序—有序轉變溫度或有序化溫度。有的合金甚至到熔化溫度仍保持完全有序狀態，不存在相應的無序結構。
無序—有序轉變不僅發生在化學配比成分的合金，還可以發生在其它成分，同時有序化溫度與合金的成分有關。除了固溶體的有序外，還可能由於空位的有序而形成超結構。無序—有序轉變有兩種情況：一種是躍變式的，屬一級相變；另一種是連續過程的變化，屬二級相變。
典例分析
溫度變化時，合金中原子規排列的規則程度往往會發生突變。一般講，在高溫時原子排列是不規則的，溫度降低時，原子無規排列的熱運動能量kT下降。當降到某個轉變溫度Tc以下時，原子間的相互作用起主導作用。由於這時相異原子間的引力往往大於相同原子間的引力，相異的原子排列在彼此的近鄰，合金的能量較低，合金呈原子相間排列的規則圖象。
在有序程度發生突變的Tc附近，合金的許多物理性質，如比熱、電阻率等，也顯現出突變。比熱突變的原因是，向無序狀態轉變時，合金的能量要增加，需要吸收熱量。完全轉化到無序態以後，若溫度再升高，合金能量的變化變小，相應的比熱的變化變小。
有序到無序轉變的典型例子是黃銅(銅鋅合金)系的
結構，其晶格取體心立方，
以上原子混亂排列，在Tc以下結構趨於有序化，這時若原胞角上的格點被鋅原子占據，則體心的格點為銅原子占據。
