金属材料中的界面对其力学行为以及物理与化学特性具有重要的影响，系统学习并掌握金属界面理论及应用的相关知识，是从事传统材料性能提升以及新型高性能材料研发工作的重要基础。《金属界面理论与应用》是材料科学与工程专业的基础理论教材，全书共分6章，其中第1～3章着重介绍界面研究的物理基础，包括界面热力学、界面结构和界面电子状态；第4、第5章介绍界面的一些基本过程，如界面扩散、界面形核与长大；第6章主要以案例的形式介绍金属界面在实际工程研究中的应用。每章在介绍经典界面理论的基础上，归纳和总结近些年在金属界面研究中取得的*新研究成果，进而对经典理论进行适时的完善和修正。编写本书的目的是拓宽材料科学与工程专业本科生、研究生以及工程技术领域专业技术人员对金属界面基础理论及其实际应用的全面认识。因此，本书可作为材料科学与工程专业或相关专业的教材，也可用作从事材料界面相关研究的科研人员或技术人员的参考书。

第1章界面热力学 1 1.1界面能及其与体系热力学参数的关系 1 1.2界面区的物质特性 4 1.2.1吉布斯界面热力学方法 4 1.2.2吉布斯吸附方程及表面张力方程 4 1.2.3表面张力与温度的关系 5 1.3界面曲率对两相平衡体系物理参量的影响 6 1.3.1界面曲率对力学平衡条件的影响 6 1.3.2界面曲率对两相平衡体系物理参量的影响 7 1.4合金在平衡条件下的界面及显微组织 9 1.4.1单相合金的界面及组织 9 1.4.2复相合金的界面及组织 10 1.4.3三相界面交界处的界面张力平衡 13 1.5界面能各向异性对晶体形貌和显微组织的影响 14 1.5.1γ 能极图和Wulff 结构 14 1.5.2界面的刻面化和界面的转动 15 1.5.3基体中第二相的平衡形貌 17 1.5.4Wulff 法则 18 1.5.5温度对平衡形状Wulff 结构的影响 19 1.6小尺度材料表面诱发的尺寸效应 20 1.6.1镜像力 20 1.6.2金属材料外在尺寸效应的微观机理 21 1.6.3延缓或改善材料外在尺寸效应的方法 23 1.7界面热力学模型及其应用 24 思考题 28 参考文献 29 第2章界面结构 32 2.1晶界研究的历史回顾 32 2.2任意晶界的宏观几何自由度 33 2.3小角晶界 33 2.3.1描述小角晶界位错分布的Bilby-Frank公式 34 2.3.2描述小角晶界位错分布的方程及其应用 35 2.3.3小角晶界能 44 2.3.4小角晶界对高温单晶合金力学性能的影响 45 2.4大角晶界 45 2.4.1晶体学几何模型 45 2.4.2O点阵方程的特例——Frank公式 50 2.4.3大角晶界结构的描述 51 2.4.4晶界位错的模拟及实验观察结果 55 2.4.5溶质原子在晶界上的偏聚方式 58 2.4.6大角晶界能 59 2.4.7小尺度材料晶界结构的尺寸效应 60 2.4.8晶界对塑性变形的贡献 61 2.5孪晶界面 62 2.5.1孪生的晶体学 63 2.5.2孪生时的原子移动 64 2.5.3多级孪晶的形成与演化 67 2.5.4孪生动力学与位错——孪晶转变的尺寸依赖性 69 2.5.5纳米孪晶材料的强韧化 73 2.6堆垛层错 74 2.6.1扩展位错及影响扩展位错宽度的因素 74 2.6.2堆垛层错能对位错滑移方式的影响 74 2.7反相畴界 76 2.7.1反相畴结构 76 2.7.2合金中的短程有序对位错滑移方式的影响 77 2.7.3合金中的短程有序对力学性能的影响 77 2.8相界面 81 2.8.1相界面结构 81 2.8.2相界面的结合模型 82 2.8.3相界面位错观察 87 思考题 88 参考文献 89 第3章界面的电子状态 91 3.1表面电子态 91 3.1.1表面电子态的产生及其特�� 91 3.1.2表面电子态的经典模型及理论计算 92 3.1.3固体表面的结构 95 3.1.4局域态密度 96 3.1.5清洁表面的电子结构 97 3.1.6表面空间电荷层的形成及表面能带的弯曲 98 3.2金属-半导体界面态 99 3.2.1导体、绝缘体和半导体能带结构的区别 100 3.2.2肖特基势垒 100 3.2.3Bardeen 模型 102 3.2.4金属诱生能隙态 102 3.2.5金属覆盖率对肖特基势垒的影响 104 3.2.6外加电压对肖特基势垒的影响 104 3.2.7金属-半导体接触的电流输运机制 105 3.2.8金属-半导体接触的电学特性表征与测量 106 3.2.9Si 的肖特基势垒 107 3.2.10金属-半导体界面的原子结构 107 3.3金属-绝缘体-半导体界面态 108 3.3.1SiO2-Si 结构中的电荷和陷阱 109 3.3.2空间电荷层及表面势 110 3.3.3表面电荷随表面势的变化 111 思考题 114 参考文献 115 第4章界面扩散 116 4.1扩散的基本方程和机理 116 4.1.1扩散的基本方程 116 4.1.2扩散机理 117 4.2表面扩散 119 4.2.1表面扩散的主要特征和种类 119 4.2.2表面扩散系数方程 120 4.3晶界扩散 123 4.3.1晶界扩散的板片模型 123 4.3.2晶界扩散的管道模型 127 4.4晶界的运动 128 4.4.1晶界的滑动 128 4.4.2晶界的移动 130 4.4.3溶质对晶界运动的影响 133 4.5界面扩散的测量技术 136 4.6界面扩散的应用实例 138 思考题 143 参考文献 144 第5章界面形核与长大 145 5.1相变驱动力与形核驱动力 145 5.1.1相变驱动力 145 5.1.2形核驱动力 146 5.2界面的扩散形核 147 5.2.1均匀形核 147 5.2.2非均匀形核 149 5.3新相长大 156 5.3.1界面过程控制的新相长大 156 5.3.2长程扩散控制的新相长大 160 5.3.3析出相的聚集（粗化） 161 5.4界面形核与长大的应用实例 163 思考题 168 参考文献 168 第6章金属界面工程及应用 169 6.1晶界工程 169 6.1.1晶界工程的定义 170 6.1.2晶界工程的分类 170 6.1.3基于退火孪晶的晶界工程及应用 171 6.1.4基于织构的晶界工程及应用 192 6.1.5基于原位自协调的晶界工程及应用 192 6.1.6基于合金化改善晶界特性的晶界工程及应用 193 6.1.7其它类型的晶界工程及应用 195 6.2相界面及应用 199 6.2.1相界面分类 199 6.2.2镁合金相界面应用 199 6.2.3镍基高温合金相界面应用 202 6.3金属基复合材料界面及应用 203 6.3.1金属基复合材料界面类型 204 6.3.2金属基复合材料界面结合形式 204 6.3.3金属基复合材料界面反应 205 6.3.4金属基复合材料界面工程应用 206 6.4纳米层状金属材料界面及应用 209 6.4.1纳米层状金属材料强化能力 210 6.4.2层状金属材料塑性变形能力 213 思考题 216 参考文献 217 附录Ⅰ 蒸汽相饱和蒸汽压与界面曲率半径的关系 224 附录Ⅱ 溶质饱和浓度与界面曲率半径的关系 226 附录Ⅲ 立方晶系一些不同Σ 值的CSL转换矩阵 228