结构弛豫(structure relaxation)是指
金属玻璃(
非晶金属)内部的
原子排列随着
时间或在退火情况下发生缓慢的变化,逐渐改变成更稳定的原子排列结构的现象。
结构弛豫可分成拓扑短程弛豫及化学短程弛豫两类。发生拓扑短程弛豫时原子
相对位置作微小的改变,使局域的几何位置发生变化,但局域的化学组分或近邻原子数(
配位数)不发生变化。而化学短程弛豫正是指局域的化学组分或近邻配位数发生了改变。通常这两类
弛豫总是同时发生,相互关联的。化学短程弛豫需要
原子作较长距离的迁移,而拓扑短程弛豫只需要原子作短距离的迁移。所以,低温下作短时间的退火,主要发生拓扑短程弛豫,反之则化学短程弛豫占优势。
结构弛豫可使
金属玻璃的许多性质发生变化,如改变金属玻璃的
原子扩散系数以及
铁磁金属玻璃的
饱和磁化强度和
居里温度,亦可改变它们的
电阻率、
比热、
体积模量、
杨氏模量等。为使金属玻璃能得到实用,必须要求结构弛豫的
速率越慢越好。结构弛豫的速率决定于金属玻璃的化学组分及制备工艺,特别是
热处理情况。
结构弛豫是指
玻璃态结构在适当
温度下的渐变过程。在高于
软化温度(Tg)时,结构的变化几乎是
瞬时的,以致
玻璃总是保持着
平衡状态。在低于转化温度(Ts)时,结构变化又非常缓慢,以致玻璃总是处于
非平衡状态。只是在Tg和Ts这段转变温度范围内,随着时间的增加非平衡状态逐步趋向于
平衡态。这种结构状态变化与
时间的关系是玻璃内部某些原子或
分子局部重排的结果,称为结构弛豫。它是存在于
玻璃态物质(包括
有机、无机
氧化物和非氧化物、金属玻璃)中的一个普遍现象,发生在玻璃的形成过程、热处理过程以及使用和保存过程之中。
由于结构弛豫,玻璃的物理化学性质在很大程度上依赖于其
热历史。在玻璃快速冷到
室温后,它经常保持着玻璃在Tg—Ts这段转变温度范围内某一温度的性质。A.图尔在20世纪40年代,首先把这一
温度称做假想温度Tf。并由假想温度引入与它相对应的物理-化学态来描述玻璃的
结构。
图尔认为玻璃假想温度的变化速率正比于它对实际温度的偏离,反比于玻璃的
粘度,而玻璃的粘度是实际温度和假想温度的
函数。
实际玻璃结构的弛豫过程是比较复杂的。应用一个单一的
参量(假想温度Tf)还不能完全确定
非平衡态玻璃的结构。实际玻璃的结构弛豫过程常呈现出较复杂的非指数式弛豫行为。70年代初,有人应用
应力弛豫的数学处理来分析结构弛豫,提出了“多参量结构模型”。这个模型可以
定量地
描述不同历史玻璃性质的时间依从性。