亚稳相的形成,需要把气态,液态,高温相和高压相等能态的结构“冻结”。在此意义上,亚稳相的形成依赖于冻结技术的发展。金属,合金的动力学过程比较快,但是高速淬火过程难以控制,另外冻结的速度越快,获得的亚稳相的种类并不一定越多,因此要暴露特定的亚稳相,还人、要有适合它的速度区间。高温相的能态,应介于平衡相与液相之间,高压相也常如此。因此通过液相过冷不仅会形成高温相,还能获得高压相,高压技术能够对这些亚稳相起到暴露作用。
固体受压可以使原子间距变小,导致原子排列发生改变,产生结构相变,其相变总是倾向于体积减小的方向进行,这将使体系的吉布斯自由能减少,从而形成亚稳相,更重要的是可以获得在常规条件下得不到的的新结构,新物质。非晶态能量与液态相近,非晶晶化时,经亚稳态达到稳定平衡态,是一个比较快的过程。
压力作为热力学参量,同温度比较起来,在压力不太高时,对相变的影响很弱,因此常被忽略,但当压力足够高时,对非晶态的稳定性有很大影响。金属玻璃的原子做无规密堆排列,其密度一般低于晶态合金,压力使形核功降低,有利于形核,有助于高密度相的形成,可以促进晶化过程。然而金属玻璃的晶化还受原子扩散支配,由于形核率与原子扩散系数成正比,扩散将受到压力的制约,故压力又有抑制形核的作用;晶体长大要受原子的长程扩散支配,扩散需要一定的激活体积,而外加压力使体积收缩,所以又能抑制晶化的进行。
压力使体积收缩,使亚稳相转变的速度放慢,对暴露亚稳相是有效的。由于一般亚稳相具有单胞小,对称性高及原子填充率大的特点,在高压下容易生核,而且外加压力可能对原子扩散起抑制作用,从而妨碍了结构演化的进行,使亚稳相更容易暴露出来。金属无序过饱和固溶体则因为结构和成分的偏离,处于较高能态,一般在晶化的初期出现。
摘自《先进材料导论》