物态变换与材料技术应用

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物态变换与材料技术应用
  陈叔瑄

    人们早就把物质分成明显的固态、液态、气态的三种状态，又称为三相，现代物理学把固态物质和液态物质合称为凝聚态物质。相变研究近两个世纪，如１８６９年安德鲁发现相变临界点，１８７３年范德华提出了非理想气体的状态方程，后来又发现超流性和超导性物态。二十世纪６０年代苏联朗道等人对相和相变作了较深入的研究。过了二十年肯在恩•威尔逊又因研究普遍用于处理相变的临界现象的理论。
    物理上相是指具有相同成分及相同物理化学性质的均匀物质部分，各相之间有明显可分的界面。相变可分为平衡相变和非平衡相变，开始时只研究相变宏观始末态，即平衡相变。当多相存在并达到平衡时，各相间的相互转化，处于动态稳定状态。而旧相的消失，新相的产生都与温度、压力、浓度等条件密切相关的，并可用相图表示。后来逐步深入微观和动态机制。但关于物态模型和理论至今仍很模糊，以至不能有效解释物态和超导、超流等现象。从而提出《地面物态新论》。
    一、物态的动态
    凝聚态物理与超高压、超高温、高真空、强磁场和极低温等特殊条件获得有关。１９０５年美国布里奇曼发明了一万大气压的超高压装置，并用此对岩石物性进行实验研究。１９０８年荷兰翁纳斯首次发现氦的液化，获得４．２Ｋ的低温，为研究低温下物质的导电性创造了实验条件，发现汞、铅、锡等金属在超低温时电阻突然降到正常值的１０－９以下的超导电性。１９３７年苏联卡皮查发现氦液的超流性现象。
    １９１５年德国盖达先后发明了油封转动的分子泵和汞扩散型真空泵，产生１０－５∽１０－７毫米水银柱压强的真空，是制造真空管、特殊材料、激光等不可缺少的条件。二十世纪６０年代美国巴丁等在伦敦兄弟提出电子由正常与超导电子两部分组成的超导体理论之后提出金属中电子结合成对，有相同总动量，低温时其集体行为有宏观量子态存在而出现超导现象。巴丁后来又进一步研究了半导体，发明了晶体管。
    材料与人类生产水平密切相关的，人类从石器材料作工具的石器时代开始，发展到以青铜材料为主制造器具和工具的铜器时代，以钢铁材料为主制造机器和工具的铁器时代，钢铁材料及其应用于制造蒸汽机、内燃机、喷气机等机器所产生的巨大动力，解放了人的劳动力，有质的飞跃，带来了第一次产业革命。钢筋混凝土材料促使建筑技术，耐热金属材料促使航空航天技术，半导体材料促使微器件和线路技术，有机聚脂材料促使化学合成技术及其工业等的发展。耐高温增强塑料、耐高温氟橡胶、在四千摄氏度可正常工作的碳纤维等广泛应用于宇航工业、原子能工业和化学工业等行业。
    高性能陶瓷与传统陶瓷、玻璃、耐火砖等制品不同，具有高强、高韧、高硬度、耐高温、耐磨和耐腐蚀等特性的结构材料，可作为能量转化、信息传递、环境传感（如热敏、光敏、湿敏、溴敏、气敏和磁敏等）的功能材料。陶瓷主要成分是氧化硅、氧化铝、氮化硅、碳化硅等，掺入不同杂质和烧结工艺过程不同所构成的陶瓷性能和功能就不同，以便应用于不同场合。这是因为不同杂质和烧结过程来改变氧化硅、氧化铝、氮化硅或碳化硅等分子之间壳粒交换方式，如交换间距、交换频率、交换角度、表里交换强度差异程度、交换传递经历（所交换传递的不同分子）过程、交换场质分布等不同，所构成的性能和功能就差别很大，以至这个古老工艺变成了各国关注的高新技术。
    金属材料的元素重新组合和控制冶炼方法是人类取得各种各样性能材料的基本应用技术，如不锈钢是钢铁为主，并配合一定比例的铬和若干其它元素重新组合成耐腐蚀合金。含铬１２∽３０％和碳０．０１∽１．０％的合金基本上属于不锈钢范围。钢铁之所以生锈主要是氧化，尤其周围含水或水气更容易氧化而产生氧化铁之类的分子，即在常温下铁元素原子易与氧元素原子的壳粒交换构成氧化铁之类分子。铁铬合金的原子间壳粒交换比铁氧原子间交换更强，氧原子难以从铁铬合金中拉开而难以形成氧化铁之类分子，因此不易生锈。
    现代固体物理和化学进展，人们对材料认识从宏观到微观，开始从晶粒、分子、原子水平上深入了解各材料和生命的物质结构和过程，特别现代的超高温、超高压、强磁场、超低温、高真空（超低压）的科学技术条件产生，对特殊材料研究具有重大意义。以半导体和集成材料、金属材料、陶瓷材料、光纤材料、超导体材料、纳米材料等的无机和有机材料发展，促使计算机和信息行业发展，并深透到社会几乎所有领域和行业，迎来了近代电气第二产业革命和现代的信息第三产业革命时代。
    二、物态技术应用原理
    实物中壳粒交换为主的固态、场质交换为主的液态、引力作用下而聚集独立粒子的气态特有交换方式。利用液体粒子间场质交换而具有流动性、易断取、难压缩和在热帮助下易对分子内元素原子间壳粒拉开等属性应用，可增强实物粒子分离的溶解，增强化学反应、增强可塑性等物态模型应用原理。利用在一定外部条件下某些材料场质交换的某些功能形成过程来设计制造半导体、超导体及其它材料，利用控制一定的外部条件下某些材料的原子间壳粒交换性质来拉单晶或烧结或冶炼出不同材料的工艺条件控制原理。不同性能材料配方的组合可以产生新性能或功能的材料，以及工艺流程中加某些原料配方而产生性能组合称为材料性能组合原理。
    １、物态模型应用技术原理
    液体是粒子间交换场质作用而连结成体的，交换场质平衡时液体内粒子运动受到交换场质制约，使装在容器中液体相对静止的。一侧施压力，立即出现交换不平衡，并通过交换场质传递到各处的各个方向，其单位面积所受力是一样的。只要这个压力不至于使物态改变，一个小面积上施力，在另一个大面积上可得到较大的力，来推动重物或压制某些物体，如液压机技术。压强是单位面积所受的作用力，作用力可化为动能梯度来描述，从而压强也可化成粒子平均动能密度来描述。离地面愈深相应粒子平均动能密度，即粒子数密度乘以粒子平均动能愈大。而温度又与粒子平均动能有关。这样愈深入地球内部压强和温度就愈高。
    利用液体排开固体的所占的空间来测固体比重，可以发现一定比重的固体沉入海洋中，到了一定深度则难以再沉下去，因为再下去液体比重或压强比该固体更大，粒子间场质交换密度或压强随深度增大，可见愈深的海洋浮力愈大。利用浮力控制技术来设计制造潜艇之类设备。值得指出的是李泰来提出比重理论有新意，他认为水只对比重比它小的物体有压力；对于比重和它一样的物体是没有压力的；而对于比重大的物体，水不仅产生不了压力，而且反过来被对方“压”。比重是物体分子平均能量密度比，那么比重愈大则平均能量密度比愈大，根据趋匀原理必存在能密度比大趋向于密度比小的趋势，即比重大的物体对比重小物体作用的趋势，这个趋势可以说是压强或压力差产生根源。能密度一样的则处于趋势或交换平衡。
    液体在重力作用下总是从高处自动流向低洼处，或者从较大压强处流向较小压强处，压强差愈大流速愈大。如果液体是连续性不可压缩的，那么
ｐ＋ρｇｈ＋ρυ２／２＝ｐ。＋ρｇｈ。＋ρυ。２／２
水流大体可以看成不可压缩液体，流动中各点密度不变。若大气压一样，则
ｈ－ｈ。＝（υ。２－υ２）／２ｇ
大小均匀管道的落差愈大，速度改变也愈大。实物体外加压力对高速运动场质作用加速度近零，即几乎不起作用或近乎不可压缩。对于大小不均的水平管道的截面积与流速及压力差关系如下
            υｓ＝υ。ｓ。
     ｐ。－ｐ＝ρυ２／２－ρυ。２／２
             ＝ρυ。２（（ｓ。２－ｓ２）／ｓ２）／２
其中ｓ。>ｓ 时，则ｐ。>ｐ， 表明流速慢处对流速快处有压强差。
    由于液体是粒子间交换场质连结成体的而具有流动性，比较容易引导构成势能（位能）与动能间转换，这样常温常压下的地面水的流动可广泛应用于机械动力或发电动力。如利用江、河、溪水的流动和落差，将已有势能转化为动能，加上原有的动能，所构成动能可直接来推动机械运动或发电机发电。水力发电技术具体地包括水电站的堤灞、水渠、前置池、管道、下水道、机房等设计建筑技术，做到充分利用水流的动力。也包括水轮机、机械传动设备、发电机、配电等设计安装技术。
    此外液体可作为溶液场质交换溶解固体分子，如水溶液对大量固体分子有拉开的作用，尤其加热后，分子热运动更加激烈，分子间速度加快而联结松懈，分子内部元素原子间交换也因速度提高，变得松懈，易实现元素的递换传输，即元素置换化学反应加快或便于进行化学分析。由于气体分子间分离的，其接触靠分子间碰撞才起作用，机会较少，而固体分子间靠壳粒交换联结的，相对位置较固定，相互间难有接触机会，难以实现元素原子交换传输或引起化学反应。只有液体或溶液状态才是分子间最佳接触条件，最易引起化学反应，所以溶液，尤其水溶液成为化学反应基本条件。这就是溶液在化学中应用普遍和地位重要的根本原因。
    ２、材料工艺条件控制技术原理
    除考虑人力、财力、设备等条件外，从技术上说，材料的成分、溶解物态、热量、温度、压力等条件控制达到什么效果需通过观察实验、技术试验、应用调查等帮助下作出决断的重要方法。执行主要方法是在具备一定条件下按方法步骤和工艺流程作业，以生产各种需要的材料。固体材料通过结晶过程、烧结过程、冶练过程等工艺条件控制方法来制造各种性能以满足人类需要的材料，称为物态生成工艺控制技术原理。
    固体内分子或原子间壳粒交换递传方式构成跟其在自然环境演变条件或人工创造条件，迫使固体内壳粒按某种方式交换递传而形成不同性能的结晶体。在有的天然演变条件（一定的温度、压力和其它环境）下碳原子的四个壳粒主要按四面体顶角方向实现交换递传，各个方向交换平衡而处于非常牢固结晶状态，如硬度最高的金刚石。在另一些天然演变的温度压力下，碳原子的四个壳粒主要沿着平面上四个对称方向上实现交换递传，平面间主要靠场质和个别壳粒交换递传，而出现一层层结构晶体状态，如石墨、云母之类晶体。普通碳原子壳粒交换递传介于两者之间而不定形状态。
    物态跟外部压力、温度、溶液等外部条件密切相关的，适当控制这些条件可使某些物质牌某种状态。可见自然演变条件或者人工创造一定条件下可以改变结晶状态，甚至创造出自然界所没有的递换方式的结晶材料，如半导体晶体。也可以采用冶炼、烧结等条件控制来产生自然界所没有的递传方式的冶金材料或烧结材料。
    ３、材料性能组合技术原理
    不同的聚合物构造不相同的，通常由许多相同的单体分子重复组成的物体，聚合物中单体分子数目的大小称为聚合度。它有线型聚合物和体型聚合物之分，线型聚合物可以溶解的，并能以液体为主状态存在的真溶液状态，而体型聚合物既不熔又不溶，在溶剂中只会吸收少量溶液而胀大，并保持固体为主状态。凝聚物态或聚合物态实际上是固体与液体混合状态，它既包含液态的场质交换，又包含固态的壳粒交换的混合交换方式，没有固相与液相明显的界限。如玻璃凝聚态，随温度升高而逐步增强场质交换，减弱壳粒交换，没有明显熔点的过程。但有些不同固体和不同液体混合，如水泥拌上水也可看成聚合物。
    另外一些聚合凝固结晶，如水泥、砂、小石和水拌成泥浆是壳粒交换和场质交换混合方式，加上钢筋支撑而倒入模中，随着水的蒸发，特殊壳粒交换方式逐渐代替场质交换，变成非常坚固模的样子固体。不同配方和形成过程的材料具有不同性能和功能材料，所构成的模质量也不太一样，可以用于不同场合。粘合过程的原理类似，也是粘合剂水分蒸发过程就是壳粒交换代替场质交换过程而粘合一起。这些是属于物理的材料组合方式。不同的功能材料大多是化学不同组合方式的物态，如各种合金就是不同的金属按一定比例组合方式，钢与铁只不过是含碳量不同的组合方式金属。
    三、材料应用方法
    利用宇宙物质的低速高温高密度星质态、高速低密度场质态、低速低温中等密度实物态的互相依存和变换转化，即物质有星质、实物、场质三大类形态，实物又可再分为固体、液体、气体三类状态。对于物态人工技术应用来说，星质物态除太阳辐射能和上地幔地热能量有所应用外，人类目前对星质物态几乎无法应用，自不必讨论。能够应用的场质和实物的三态，而场质除量子可独立存在外，场质又是跟实物体或星质交换中存在的，如引力场质、磁场质、电场质都跟星体和实物体不可分割联系在一起的。
    地面实物状态气、液、固三相跟实物成分、周围温度、重量压力等密切相关的，同一温度和压力下不同成分物体处于不同状态，同一成分物体在不同温度和压力下所处状态不同，所产生的性能不同。固体或液体吸收了热量或者内部化学反应，可以转化为气体，而气体体积膨胀可对外推、压作功。如果温度是物体内分子不规则运动内能的基本参量，热量是红外线量子能量之和，潜热是物态变换的能量。热量可以转化为内能、潜热（即物态改变）和对外作功，这就是热力学第一定律表述。物体及其周围存在温度差异，总是自动趋于均匀或平衡而传递热量，是热力学第二定律表述，它是趋匀原理的特例。材料更多地应用物态交换方式形成过程。
    １、材料应用设计方法
    从材料角度来看，液体和固体，尤其固体才能真正称得上材料，因为固体的形状和功能较为固定，可以制成各种各样产品。热量的传递、加热、冷却等是物体内交换方式，尤其分子间壳粒递换传输方式改变的基本因素，因此控制物体的配方和热过程是变革物态基本方法手段和技术。热量或温度控制是物态形成基础，而不同配方的物体间交换递传方式各不相同，产生不同的物理性能和化学性能的根源。其设计方法主要是配方和工艺流程的设计，通常根据基本技术原理指导下，以试验办法来达到的。
    从技术应用角度来看，物态应包括固体、液体、气体及其周围场质状态，物体内原子或分子间交换方式及其形成过程不同是产生不同物体形态和功能的基础。不同成分分子在同温度、压力下处于不同物态，因此利用温度、压力、溶液等条件来分离不同物质成分是基本技术方法。如高温的炼铁炉可使铁熔化，而另一些成分燃烧气化，有的杂质成为渣滓，分离飘浮于铁水上面，取得较单纯的含碳的铁水。
    炼铁炉大小根据产量要求进行设计的，如只用于熔化铸铁，以铸造机床底座或电机外壳的铸件，那么小型炼铁高炉就能胜任。小型炼铁高炉的设计方案是以送入按一定比例铁矿物、石灰石、焦碳配方煅烧熔化，产生铁水和渣滓为目的之设备。配方和温度、时间控制不同，铸铁水的含碳、硫杂质程度，即铁水质量不同。通常高炉外型圆柱状钢铁皮，内膛壁和底铺设一定厚度耐火砖。中间留有观察孔，底部出铁水的孔、渣滓清除和进风口等。可以绘制在图纸上，以便施工。
    高炉进料通常是从顶部送入，稍大一点高炉进料由传送带机械设备，按一定比例传送煤焦碳、铁矿石、石灰石于高炉口。这些机械传送设备及其配备的电力线路也是高炉设计的一部分。这些设备具体技术设计同样通过图纸绘制，以便于施工和维修。铁水出口在加热过程是用泥土封住，一定程度或一定时间后，撞破泥土让铁水流出。通常流入内膛砌有耐火砖的铁桶，人工抬走或用吊车吊走，并倒入铸件砂模中，冷却后，清除周围余砂，则成铸件粗胚。
    ２、材料应用决断方法
    物态各自交换方式又是产生一系列不同的物理和化学有效过程，如气体膨胀有利于产生热动力和有利产生光谱便于成分分析，又如液体场质交换有利于压力传递而构成液压机和有利于离解分子进行化学反应，再如固体壳粒交换有利于构成一定形状的物体和过程条件控制，以产生不同的递传方式，使其具有不同物理性质和化学性质。材料的配方和工艺流程计划和设计可根据需要，多反复进行试验的技术决断方法。
    不同的固体所形成的壳粒交换方式过程不同，有的固体通过溶剂溶解，并经结晶过程实现壳粒交换形成。有的固体通过高温熔化冶炼的冷却过程实现壳粒交换的，而且冷却快慢也影响其性能。有的固体通过原料拌水成场质与壳粒交换混合方式，当其烧结时转化为壳粒交换方式。选择那一类形成壳粒交换和采用怎样工艺过程则决定于材料性质或通过反复试验和经验总结。有的工艺过程是经过好几代人经验总结的结果。学习他人经验是简便办法。
    现代许多试验，采用科学研制的反复实验和试验，获取经验，实现用较短时间达到甚至超过几代人努力的结果。冶炼或烧结工艺中很关键的是掌握温度和时间。掌握高温简便的办法，是利用物体温度愈高，转化辐射场物质愈多且频率愈高，对于高温的铁水的温度观测和掌握可以通过铁水熔化所发出光颜色，判断其温度和熔化的程度。光测温度计就是根据这个原理设计制造的，成为高温物态温度测量的基本工具。
    ３、材料应用执行方法
    材料应用执行方法是根据试验结果和工艺流程设计的结果进行的。如烧结过程不同于结晶过程，它利用像研磨粉碎泥土拌上水成粘稠状，制成砖瓦土杯，凉干后放进窑炉中烧结。烧结过程把水分子与泥土分子壳粒及场质交换方式，通过水分子蒸发后化成泥土分子的壳粒交换连结成固定的砖瓦形状。陶瓷烧结过程情况类似，但瓷土或陶土材料与普通泥土的分子成分结构不同，烧结后的分子间壳粒交换递传方式不同，构成的硬度、韧性、紧密性等都不同于砖瓦。有此无机物捣碎加上水成为可塑性材料，如泥土、瓷土、水泥调上水就成为常见可塑性材料。
    冶炼过程实际上是通过金属壳粒交换方式的固体高温时转变为场质交换方式的液体，而其它物质高温时转化为气体或杂质固体，来分离出铁水。冶炼加工过程不同影响着元素原子间的壳粒交换方式形成也不同，加上配置成分比例不同，更影响着原子之间壳粒交换联结方式不同，所产生的物理和化学性质或性能各不相同的，甚至差别很大。如将铁在高温下烧的通红，铁原子周围的壳粒移动更易更自由，甚至部分处于场质交换，经过锤打，使原子间更靠近，其周围不仅最外层壳粒，而且较里层壳粒参与交换而连结成体的，经过反复煅烧和锤打后内层壳粒参与的原子愈来愈多，甚至加入某些材料，更增加内层壳粒参与交换连结，构成韧性和硬度都很高的固体材料。
    四、材料生成类型
材料主要是指固体和液体材料，可以用来制作其它产品的原材料或成品材料。可以说几乎所有的固体和液体实物是不同场合使用的材料，如岩石可以作建筑材料，某些岩石实际上是矿物，是冶金的原材料。有的泥土是砖瓦或陶瓷的原材料。煤和石油是许多产品的原材料。
    １、液体材料类型
    气体的原子、分子只受到重力作用而处于地球周围，但原子、分子之间是相对独立的物体状态。固体是以原子、分子壳粒交换方式，并可构成单晶体、多晶体、金属体和其它方式等的较定型物体状态。而液体是以原子、分子周围场质交换联结成体的，由于场质交换，使原子、分子之间既不像气态相对独立，又不像固态壳粒交换那样稳固不易变动（变形）的联结，而具有不定型流动的易分离的物体状态。同类粒子及其周围交换场质愈独立则总能愈大，相应平均动能也愈大，从场质交换转化为仅重力作用独立粒子状态需吸收能量，从壳粒交换转化为场质交换也需吸收能量，反之辐射能量。主要用于溶液及其化学反应。
    物体状态除与材料性质密切相关外，主要与温度、压力等外部条件密切相关的，温度降低，使物体内粒子间动能减少，交换能增大或压力增大使粒子间距离缩小而接触机会增多，气态向液态或液态向固态转化。一定的温度、压力下，液体的原子、分子间是以场物质交换联结成体的，它不像固体原子、分子间壳粒交换那样坚固而具有流动性、易断性等性能。液体与不同固体接触，如液体内粒子间交换强于跟固体粒子交换，则液体表面弯向液体，如水银与玻璃接触面。如液体接触面粒子的外部交换强于内部交换，则液体表面弯向外部，如水与玻璃的接触面。这样水插入玻璃毛细管，水会沿管上升，这个现象称毛细现象。
    水和液体的场质交换作用，可以溶解某些实物，包括气体、液体、固体，尤其许多固体作为溶质可溶解于水溶液中，常以分子方式在水中运动，易跟其它实物元素原子化合而产生化学反应。液体水广泛存在于地面，大量无机物和有机物能溶解于水中，具有万能溶解剂的作用，它不仅使自然界元素分解和重新组合而构成丰富的地面分子和物质状态。地面海洋如此广扩，是元素分解和重组广泛的基础，以至构成地面各种各样物质状态到如此丰富。
    在人工各种技术中，如人工化学反应技术等广泛应用，因为只有固体分子在水中溶解成分子状态，才较易较有机会使分子间实现元素的交换和置换，才易实现化学反应，再加热更能实现或扩大人造的各种化学实验、化学分析和生产所需产品。有的材料虽然不溶于水，但可以溶于其它溶液中，实际上是场质与壳粒混合交换方式，两者交换分布或程度不同，具有不同性质。如油漆、涂料、胶水等都是不同混合交换方式产品。油漆凉干过程实际上是场质交换逐渐被壳粒交换所代替过程。
    低温的液体氦原子壳层分布对称而难以产生壳粒交换，即难以产生固体状态。氦液体内原子因质量小而氦原子间周围场质交换较弱并复盖整个液体，这样玻璃毛细管插入后，液体氦表面原子与玻璃毛细管壁原子交换远强于内部原子间交换，以至氦液体沿着毛细管往管顶提升而源源不断地从管顶流出，构成了超流体现象。不仅低温氦液体具有超流体、超导体现象，其它液体也可能具有超流体现象。氦以外的其它液体原子或分子纯场质交换贯穿于整个液体，而其原子或分子间场质交换又弱于对毛细管壁原子或分子的交换，以使毛细管壁交换递传中往管顶提升而源源不断流出。低温液体氦原子间的交换场质复盖整个材料，微弱的壳粒移动立即无阻碍传遍整个材料，即电阻为零的超导现象。
    液体可以是固体物质熔化，也可以是固体溶解于水或其它液体，但内摩擦或粘度各不相同。对于粘度较低的流动液体落差可作动力应用，如水力发电站等，静止液体可作浮力、压力、毛细等控制应用，如产生大压力的液压机。液体，尤其水常作为化学反应的溶液，以便溶解固体并加热，以实现化学反应。有的液体，如石油是各种烷烃分子的混合物，而烷烃分子碳核愈少或愈轻熔点、沸点愈低，从而可以通过蒸馏塔的温度控制来分解，如熔点由低到高可分为汽油、煤油、柴油、沥青等用温度控制分离之。
    ２、无机材料类型
    有的物体内分子有规则地排列，分子间的壳粒交换沿着一定方向交换传递而构成一定形状的固体，称为单晶体，如食盐晶体、石英晶体、金刚石、方解石、冰洲石等。有的物体各个局部内分子及其之间壳粒交换传递有规则排列，而各局部间又是不规则排列的固体，称为多晶体，如钢、铁等。有的物体内分子及其壳粒交换不规则排列的固体。
    许多结晶过程类似食盐结晶过程，在浓食盐溶液中投入微小食盐晶粒，由于晶粒内的氯和钠壳粒交换而连结成分子，但交换对称趋势，加上晶体表面里外交换不对称，如氯原子有向左右、前后、上下拉钠原子进行交换传递趋势，且表面氯原子里外侧与钠原子里外侧交换不对称，易从溶液中拉钠原子，以趋于交换对称结构。而同理此时钠原子里外交换不对称，易从溶液中拉氯原子，晶体就这样逐渐生长结晶成体。
    利用溶液溶解或燃烧熔化或聚合凝固等性能以实现结晶。结晶过程也可以通过一定的压力、温度和其它条件控制来实现的。如常温、常压下溶液中溶解了某种溶质，只放入微小的母晶，母晶表面的内外因交换不平衡，而有向溶液中接收溶质以趋于交换平稳，新的表面又出现新的不平衡，再趋平衡而逐层结晶。这类结晶称为溶液结晶类型。
    水及其它溶液因液体分子间场质交换，可以将某些固体颗粒拌上液体，使分子颗粒或各分子间既有壳粒交换又有场质交换状态，构成可塑性固液体状态，如泥土拌上适量水后可以构成可塑性材料，水分较多的材料较湿润柔软，适当柔软的可塑性材料可制成各式各样模型，凉干过程就是水分子蒸发掉过程，泥土分子间的壳粒交换逐渐代替水的场质交换，而使形状比较固定。若经高温烧结，壳粒交换更多更紧密而更加牢固。
    小高炉炼铁不外将铁矿石、石灰石、焦煤混合在高温下熔化，而分离出铁和其它杂质，其交换方式和比重、流动性不同，流出高温铁水在空气中逐步降温就成铁，剩下杂质渣待铁水流出后留在底部。铁水中碳和其它杂质含量不同，冷却速度不同性能也不同。即冶炼条件和过程不同是构成金属元素原子间壳粒交换方式和状态不同，而形成延展性、韧性、硬度、结晶态、导电性、熔点等性能不同，如铁水迅速冷却会使铁原子间壳粒交换只在相邻原子间交换，变得坚硬而脆生铁材料。如果继续在转炉里冶炼，可以改变碳、硫含量，也就改变铁原子之间壳粒交换分布和方式，从而改变铁材料的性能。
    ３、复合材料类型
   在许多工程技术场合下，单一材料使用比较少， 而大量使用复合材料或材料复合，前者是指多种原材料复合成新材料，后者是指一个产品用多种材料结合制成的。但不管那一种都是指物理上结合，并非化学上原子、分子的结合。主要取复合材料中各自特色和优点，复合后兼有它们优势的材料组合，形成新的功能。
   复合材料实际是基本材料组合上其它性能不同材料，组合后的材料具有新的功能。根据原材料或基材料来分金属复合材料、陶瓷复合材料、碳基复合材料、水泥基复合材料、高分子基复合材料等。这些基材料常组合上高性能的玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、有机纤维或金属丝来增强复合材料，达到互补作用。这些宏观复合方式正向微观复合方式，如微米级、纳米级、分子级方向发展，使复合材料性能产生巨变，以适应于各种各样需求。
    钢筋混凝土构成高强度复合材料，已经成为建筑的基本材料。水泥分子、砂石分子、钢分子各自内部壳粒交换类似单独材料分子间交换和构成相应性能，复合后的兼具有这些材料的优点。固体原材料各种分子间壳粒交换所构成的结构不相同，从而产生硬度、延展性、脆性等各不相同的。但构成复合材料后它们之间所包含的壳粒和场质交换往往更胜于自身分子间交换，而连结成非常牢固坚硬材料，如钢筋混凝土。
参考书:
1、《物性论-自然学科间交叉理论基础》  陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年出版
2、《物性理论及其工程技术应用》  陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2002年出版
3、《思维工程-人脑智能活动和思维模型》  陈叔瑄著  福建教育出版社1994年出版
4、《论化学基础问题》  陈叔瑄著  《科学（美国人）》中文版2000年8期  
（此文发表于《中国生漆》杂志2004年1期中）