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浅析超深冷处理的三种不同机制

更新时间: 2023-04-20
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  超深冷处理是一种将物质低温处理到极低温度的过程,常常被应用于制备高纯度金属、降低化学反应活性、延长生物组织保鲜期限等领域。原理是将材料置于极低的温度和压力之下,并在恰当条件下控制升温和降温依序进行,从而获得期望的材料特性。通常以液氮为代表,在零下196℃左右的温度下工作。这样的温度将使材料中的位错稳定,优化晶界运动,提高材料的抗疲劳、韧性和延展性。超深冷过程并不需要额外的压力,但一些不同的方法可能包含压缩元素,以在材料中创造长程有序的结构。在超深冷过程中,材料在加热和冷却中的温度变化速率非常重要。由于大多数材料都具有不同的热胀系数,当它们受到快速温度变化时会产生应力并导致形变,因此必须要控制降温的速率。

超深冷处理

 


 
  超深冷处理主要利用了三种不同机制:热力学、动力学和物理化学机制。这些机制可以在特定条件下显现出来并影响材料的性能。
 
  热力学机制。会随着温度降低,物质的熵会逐渐降低。当温度达到超深冷程度时,物质处于非常低的熵状态。这降低了物质的化学反应活性,减少了晶界迁移结构上的缺陷,提高了材料的稳定性。
 
  动力学机制。在材料中存在大量的位错和空位,在深度冷却过程中,它们会从晶面上扩散至格点,导致材料变形、变硬。而超深冷处理可以减慢位错、空位在材料中扩散的速度,从而促进了材料形变和回弹,并提高了其抗疲劳性。
 
  物理化学机制。超深冷下会发生很多物理化学反应,其中一个明显例子是液态气体在超深冷过程中逐渐液化、不断释放出极小的分子气态气体。这种反应在金属加工中很常见,可用于表面硬化、改善电性能等。
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