具体描述
The methods of determination of the surface properties of liquids at the interface with saturated vapours and another condensed phase are presented. The modelling-thermodynamic method is used to discuss the isotherms of the surface and interfacial tension of metallic, oxide and salt melts, and the absorption of components and adhesion of phases are evaluated. The electrochemical properties of the interfaces, the processes of spreading of melts on the solid and liquid surfaces, capillary saturation and bonding of the particle by liquid interlayers are examined.
熔融体表面现象研究：理论、实验与应用前沿 图书主题聚焦： 本书深入探讨了熔融体系（包括金属、盐类、氧化物和半导体熔体）在不同界面上的复杂物理化学行为。全书旨在系统梳理近年来在表面张力、润湿性、界面结构、扩散与反应动力学，以及宏观工程应用中所取得的突破性进展。 第一部分：基础理论与模型构建 第一章：熔融体表面能的量子化学与热力学基础 本章从微观角度出发，详细阐述了熔融体表面能的起源。首先回顾了经典热力学对表面能的定义及其与界面熵的关系。重点讨论了基于密度泛函理论（DFT）和分子动力学模拟（MD）的计算方法，用于预测不同组分熔体在固-液、液-气界面上的局部原子排列和电子云分布。内容包括： 1.1 表面能的温度依赖性：分析了温度对有效表面原子位能的影响，以及如何通过热膨胀系数来校正理想表面能模型。 1.2 表面张力的各向异性：针对晶体熔体，探讨了不同晶面指数（如立方晶系中的(100), (110), (111)面）对表面张力影响的微观机制。 1.3 缺陷与杂质的界面效应：研究了点缺陷、位错以及痕量杂质（如氧、硫）在界面处的富集与抑制作用，并建立了定量预测模型。 第二章：界面结构与形态演化 深入剖析了熔融体界面处的结构特征，这是理解界面反应和传输现象的关键。 2.1 界面层厚度与密度剖面：利用中子散射（NDS）和X射线反射（XRR）实验数据，结合蒙特卡洛模拟结果，精确测定了熔融氧化物和金属合金液体的界面结构层厚度，并探讨了温度和组分对该厚度的影响。 2.2 界面扩散与溶质排斥：阐述了在固液界面固化过程中，溶质原子在液相边界层内的扩散路径和能垒，重点分析了液态扩散系数与界面能之间的关联。 2.3 界面张力驱动的形貌不稳定性：理论分析了 Rayleigh-Taylor 和 Marangoni 不稳定性在熔融体系中的触发条件和演化规律，特别关注了高粘度熔体中对流的抑制机制。 第二部分：关键界面现象的实验表征 第三章：熔融润湿性与接触角测量技术 本章聚焦于精确测量熔融体在固体基底上的润湿行为，这是材料连接和涂层技术的核心参数。 3.1 气相/液相/固相三相接触角测量：详细介绍了倾斜法、悬滴法（针对高粘度体系）和固滴法（针对低熔点金属）的实验装置构建和数据处理流程。讨论了接触角测量中重力、表面粗糙度和化学反应对结果的干扰及校正方法。 3.2 动态润湿与铺展动力学：研究了熔体在冷却或快速浸润过程中的动态接触角变化，建立了描述铺展速度与界面粘滞系数关系的幂律模型。 3.3 表面形貌对润湿的影响：基于Wenzel和Cassie-Baxter模型，量化分析了固体基底的微纳结构对宏观接触角的影响，尤其关注了对超疏水和超亲水熔融体系的调控。 第四章：熔融体中的界面反应与传质 本章关注熔融体系在高温下与其他相（气相、固相）发生反应和物质传输的动力学过程。 4.1 熔体-气体界面反应动力学：以金属熔体氧化（如钢液脱氧）为例，深入分析了氧气在液相中的溶解、扩散和反应速率控制步骤。讨论了惰性气氛和反应性气氛对氧化膜形成的影响。 4.2 熔体-炉衬（坩埚）的腐蚀与溶解：研究了高温熔融盐和氧化物熔体与耐火材料之间的化学侵蚀机制，包括界面溶解速率的温度依赖性以及生成界面反应产物的阻碍效应。 4.3 界面反应中的电化学方法：介绍了使用原位电化学技术（如锆渣电位传感器）实时监测熔体内部化学势和反应进程的方法。 第三部分：工程应用与前沿展望 第五章：熔融体表面现象在冶金过程中的控制 本章将理论和实验知识应用于实际的材料制备和处理工程中。 5.1 熔体净化与夹杂物控制：分析了通过调节熔体表面张力和界面能来有效捕获、上浮和移除非金属夹杂物（如氧化物、硫化物）的策略。讨论了添加表面活性剂对夹杂物去除效率的影响。 5.2 连铸过程中的液面行为：研究了连铸过程中保护渣层与钢液界面间的相互作用，如何通过控制界面剪切力和Marangoni对流来减少二次氧化和卷渣。 5.3 熔池传热与传质：探讨了表面张力梯度驱动的对流（Marangoni效应）在熔炼炉和晶体生长（如Czochralski法）中的作用，以及如何利用外部磁场或振动进行抑制或增强。 第六章：先进材料制备中的界面工程 本章关注熔融体表面现象在新型功能材料设计中的应用。 6.1 熔体制备的薄膜与涂层技术：讨论了利用熔融喷涂、熔融沉积等技术，精确控制熔体在基底上的快速凝固和界面结合强度，以制备高性能功能涂层。 6.2 增材制造（3D打印）中的液相动力学：分析了激光选区熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中粉末床的熔融池形状、飞溅现象与表面张力、表面扩散的关系。重点关注了孔隙的形成与消除机制。 6.3 极端条件下熔融体的行为预测：展望了在微重力环境、高压或强磁场下，熔融体表面现象的特殊表现及其在空间材料科学中的潜在应用。 结论与展望： 本书总结了当前对熔融体表面现象研究的认识深度，并指出了未来研究方向，特别是高性能计算与原位、实时表征技术相结合，以实现对复杂多相界面行为的精确设计与调控。
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