亞穩(wěn)相的形成,需要把氣態(tài),液態(tài),高溫相和高壓相等能態(tài)的結(jié)構(gòu)“凍結(jié)”。在此意義上,亞穩(wěn)相的形成依賴于凍結(jié)技術(shù)的發(fā)展。金屬,合金的動力學(xué)過程比較快,但是高速淬火過程難以控制,另外凍結(jié)的速度越快,獲得的亞穩(wěn)相的種類并不一定越多,因此要暴露特定的亞穩(wěn)相,還人、要有適合它的速度區(qū)間。高溫相的能態(tài),應(yīng)介于平衡相與液相之間,高壓相也常如此。因此通過液相過冷不僅會形成高溫相,還能獲得高壓相,高壓技術(shù)能夠?qū)@些亞穩(wěn)相起到暴露作用。
固體受壓可以使原子間距變小,導(dǎo)致原子排列發(fā)生改變,產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相變,其相變總是傾向于體積減小的方向進(jìn)行,這將使體系的吉布斯自由能減少,從而形成亞穩(wěn)相,更重要的是可以獲得在常規(guī)條件下得不到的的新結(jié)構(gòu),新物質(zhì)。非晶態(tài)能量與液態(tài)相近,非晶晶化時(shí),經(jīng)亞穩(wěn)態(tài)達(dá)到穩(wěn)定平衡態(tài),是一個(gè)比較快的過程。
壓力作為熱力學(xué)參量,同溫度比較起來,在壓力不太高時(shí),對相變的影響很弱,因此常被忽略,但當(dāng)壓力足夠高時(shí),對非晶態(tài)的穩(wěn)定性有很大影響。金屬玻璃的原子做無規(guī)密堆排列,其密度一般低于晶態(tài)合金,壓力使形核功降低,有利于形核,有助于高密度相的形成,可以促進(jìn)晶化過程。然而金屬玻璃的晶化還受原子擴(kuò)散支配,由于形核率與原子擴(kuò)散系數(shù)成正比,擴(kuò)散將受到壓力的制約,故壓力又有抑制形核的作用;晶體長大要受原子的長程擴(kuò)散支配,擴(kuò)散需要一定的激活體積,而外加壓力使體積收縮,所以又能抑制晶化的進(jìn)行。
壓力使體積收縮,使亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)變的速度放慢,對暴露亞穩(wěn)相是有效的。由于一般亞穩(wěn)相具有單胞小,對稱性高及原子填充率大的特點(diǎn),在高壓下容易生核,而且外加壓力可能對原子擴(kuò)散起抑制作用,從而妨礙了結(jié)構(gòu)演化的進(jìn)行,使亞穩(wěn)相更容易暴露出來。金屬無序過飽和固溶體則因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和成分的偏離,處于較高能態(tài),一般在晶化的初期出現(xiàn)。
摘自《先進(jìn)材料導(dǎo)論》