超深冷處理是一種將物質(zhì)低溫處理到極低溫度的過程，常常被應(yīng)用于制備高純度金屬、降低化學(xué)反應(yīng)活性、延長生物組織保鮮期限等領(lǐng)域。原理是將材料置于極低的溫度和壓力之下，并在恰當(dāng)條件下控制升溫和降溫依序進(jìn)行，從而獲得期望的材料特性。通常以液氮為代表，在零下196℃左右的溫度下工作。這樣的溫度將使材料中的位錯(cuò)穩(wěn)定，優(yōu)化晶界運(yùn)動(dòng)，提高材料的抗疲勞、韌性和延展性。超深冷過程并不需要額外的壓力，但一些不同的方法可能包含壓縮元素，以在材料中創(chuàng)造長程有序的結(jié)構(gòu)。在超深冷過程中，材料在加熱和冷卻中的溫度變化速率非常重要。由于大多數(shù)材料都具有不同的熱脹系數(shù)，當(dāng)它們受到快速溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力并導(dǎo)致形變，因此必須要控制降溫的速率。
超深冷處理主要利用了三種不同機(jī)制：熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和物理化學(xué)機(jī)制。這些機(jī)制可以在特定條件下顯現(xiàn)出來并影響材料的性能。
熱力學(xué)機(jī)制。會(huì)隨著溫度降低，物質(zhì)的熵會(huì)逐漸降低。當(dāng)溫度達(dá)到超深冷程度時(shí)，物質(zhì)處于非常低的熵狀態(tài)。這降低了物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)活性，減少了晶界遷移結(jié)構(gòu)上的缺陷，提高了材料的穩(wěn)定性。
動(dòng)力學(xué)機(jī)制。在材料中存在大量的位錯(cuò)和空位，在深度冷卻過程中，它們會(huì)從晶面上擴(kuò)散至格點(diǎn)，導(dǎo)致材料變形、變硬。而超深冷處理可以減慢位錯(cuò)、空位在材料中擴(kuò)散的速度，從而促進(jìn)了材料形變和回彈，并提高了其抗疲勞性。
物理化學(xué)機(jī)制。超深冷下會(huì)發(fā)生很多物理化學(xué)反應(yīng)，其中一個(gè)明顯例子是液態(tài)氣體在超深冷過程中逐漸液化、不斷釋放出極小的分子氣態(tài)氣體。這種反應(yīng)在金屬加工中很常見，可用于表面硬化、改善電性能等。
