简介

晶格的表面实质上是晶体与其蒸气之间的界面，表面能便是这两相之间的界面能。晶体内部界面上的原子周围环境也与其他原子不同，因而界面的自由焓也高于晶粒内部。单位面积界面的自由焓称为界面能，常用γ表示。

对于纯金属及单相合金，大角度晶界界面能最高。小角度晶界界面能较低，而且位向差越小，界面能越低。共格孪晶界界面能最低。对于合金中的相界，非共格相界界面能最高，共格相界界面能最低，半共格相界界面能居中。1

界面能的各向异性

19世纪末，人们已开始研究晶体的外观形貌。Gibbs首先指出，晶体体积恒定，且无外力作用时，晶体的几何形状使总表面能为最小。Wulff进一步指出，晶体在逼近平衡时将调整自己的形状，以使其本身的总表面能降至最小。显然，晶体的表面能是晶体取向的函数。在晶体中，原子排列的情况是随晶面而异的，这也决定了界面能的各向异性。界面能的各向异性通常用γ能级图和Wulff结构图来表示。

Gibbs和Wulff定理可用下式描述，在恒温、恒压平衡状态下，一定体积的晶体具有的总表面能应最小，公式为：最小值。2

界面能的测量

界面张力平衡法

大多数界面能的测量可利用界棱处3个界面张力的平衡关系进行。界棱处的3个两面角可由实验直接测定，根据平衡关系（如下左图）：

或

当已知其中一个界面能，另两个便可算出。如已知某种金属的表面能，也可利用表面张力的平衡求得界面能。一光滑表面在惰性气体或真空中长时间加热，为保持界面张力平衡，通过原子扩散，在界面与表面相接部分形成热蚀沟，如下右图所示。

沟槽处界面张力的平衡是

测出沟槽张角θ，可求出界面能γb。如已知γb，可求得表面能γs。α角的测量可以金相法在垂直表面的截面上进行，也可用干涉显微镜直接在表面上进行。3

测量界面能的动力学方法

金属中发生的许多过程都与界面能有关。界面能在这些过程中起着促进或阻碍作用。在这些过程的动力学表达式中包含着界面能。因此，如果表达式中的其他参数可测，便可求得界面能。例如可利用第二相颗粒聚集长大的动力学方程测定基体相与第二相之间的相界能。方程具有以下形式