前言

在国民经济各行各业中使用的许许多多构造不同、功能各异的机械装备，都是由若干不同结构的机械零件按照一定规则组合而成的整体。而构成机器的这些零件又都是通过相互接触而形成的表面/界面连接在一起的。所以，可以概括地认为，各种各样的机器的共同点都是由若干独立的零件和它们之间相互接触的若干表面/界面两部分组成的。

 早在1915年，著名化学家Wolfgang Ostwald 就提出表面/界面科学研究的必要性，他认为表面/界面是“被忽略尺度的世界”。也就是说表面/界面研究所涉及的空间尺度超出了当今科学研究的尺度范围，即微观尺度的原子、分子或者宏观尺度的体相物质。由于长期以来人们忽视了该领域的研究，使得表面/界面科学的发展迄今还不十分完善。

 表面或者界面的科学含义为物质体系中由一相向着另一相转变的空间区域。在科技文献中表面和界面的概念通常没有明确的区分，而且时常相互混淆，因此界面性能有时也被称为表面性能。严格的定义应该是： 表面是一个凝聚相（固相或者液相）与一个气相或者真空构成的空间区域； 而界面则是两个凝聚相之间的空间区域。由此可知，在工程实际中存在的表面都是由固相或者液相与气相构成的界面。这样，我们可以将表面/界面统称为界面。当今机械装备中的界面主要是固相与固相、固相与液相或者气相组成的界面，以及两个固相之间夹持液相或者气相所构成的液体薄膜或气体薄膜，即所谓的受限流体。

 界面实际上是具有一定厚度的空间区域，即界面层。整个物质体系的固有性能在界面层中由一相按一定规律转变成另一相，所以界面层的固有性能是依照空间位置不同而变化的过渡区。

 构成机械装备基本单元的机械零件是保证机械整体工作性能的基础。根据材料体相性能，并以连续介质力学为基础而建立的机械零件设计和制造理论是机械工程学科的主要组成部分，经历了长期的生产和科学实践已日益完善。然而，在对机械设计、制造和运行的考察中，人们通常集中关注各个零件本身的工作情况和性能，而较少重视零件与零件之间界面的作用。事实上，机械装备在运行过程中各个分散的零件个体都是依靠界面连接起来从而保证彼此间的相互位置和作用以及传递信息的，显然，机械的运行性能不可避免地受到界面行为的约束。例如，零件之间作用力的传递和运动变换，以及相互位置精度和运行平稳性就受到界面接触情况的影响。而机械装备的运行阻力和能量消耗也主要源于界面，甚至机械常见的损伤，如磨损、疲劳、腐蚀等失效也都来自各个零件之间的界面。

 随着现代科技的进步，机械装备不断向着高速、重载、精密、智能化方向发展，超大型复杂机械和微型机械以及特殊环境下工作的机械装备不断涌现，界面力学性能与控制必将日益突出地成为制约未来发展的关键科学问题。基于这种认识和在科学研究实践中的体验，我们提出开展界面科学和技术研究的重要性和迫切性，特别是开展界面力学的研究，作为现代机械工程学科的补充。为此，我极力建议和推动本书的出版。

 本书作者在广泛收集相关文献的基础上，努力做到取材新颖，使本书具有学术先进性。同时，从现代机械工程发展的实际出发，力求能够全面系统地阐述机械设计中涉及的界面力学的基本内容及其应用。我认为本书的出版对于介绍界面力学知识，推动相关领域科学发展，进而促进现代机械装备的研制具有重要意义。

 应当指出，本书是作者汇集、整合相关文献撰写而成的第一本从机械工程实际出发介绍界面力学的书籍。在撰写过程中，作者对全书的安排和主要内容虽几经讨论修改，但缺点、错误实难避免，敬请读者批评指正。我们希望通过广大科技工作者的共同努力，以期在我国逐步形成具有较高理论和实践水平的更加完善的该学科领域的科技著作。

 本书作者黄平教授和郭丹副教授曾先后在清华大学工程力学系从事博士学位论文研究，并获得固体力学专业工学博士学位，随后在清华大学摩擦学国家重点实验室工作。他们长期在机械学科领域进行教学和科学研究，并与我合作共事多年，取得重要研究成果，具有丰富的科学实践经验和较高的学术水平。对于他们在本书撰写中表现的科学精神和付出的辛苦劳动致以诚挚的敬意。同时，本书撰写中引用了国内外许多学者的研究成果，对于他们以及在本书出版过程中给予热情支持与帮助的同事和研究生们表示最真诚的谢意。

中国科学院院士

清华大学机械工程系教授

温诗铸

2013年6月13日