固体熔化（包括在其他物质中扩散）棱角逐渐减小，这是为什么呢？一个物体熔化的速度为什么前面慢后面快？ 第1页

暂时只讨论常温常压固体物质的受热熔化（含非晶态物质软化）过程，且不考虑固体熔化中的气化现象、没有棱角的固体如何熔化和某些固体常压下不会熔化等情况。固体扩散情况更为复杂，后面略有提及，其规律与熔化过程显著不同。

一，外热源导致的固体熔化

外热源引起固体熔化的现象，在生产生活、艺术创作和科学实验中都十分常见。热源包括燃料直热、浴热、电磁加热和高能束加热等类型。因不同固体熔点相差巨大，选用合适热源关乎加热效率、成本与过程控制，是一件比较麻烦的事情，此处不提。但通常受热物体的实际温度不易精确控制，过热（superheat）既是应用必须，亦属技术无奈。

固体外部受热后，棱角逐渐减小，严格说是棱角变圆，正是因为加热过程的「过热现象」导致固体棱角部分先行达到并超过熔点而熔化（软化）的宏观物理变化现象。外热源情况下，过热热量只能由表及里传导，而未达熔点的固体越来越少，只能被快速熔化（软化），这个过程不需要特别微观地考查。一般来说，过热度（degree of superheat）越大，这两个现象越明显。

如果外热源是大功率辐射传热，过热度极高时，后一种现象可以忽略不计。

另外，固体导热系数越大（比如金属、合金），内外熔化速度差别越小；而导热系数小的固体（比如陶瓷、塑料）内外熔化速度差就大得多。固体初始体积越大或比表面积越大，内外熔化速度差别也越明显。粉粒体的熔化（软化）还可以有其他变化，比如流态化可能使上述两个现象完全无法肉眼分辨，但高分辨相机即可观察到大致相似的规律。

假如不考虑过热，而是严格按热力学平衡缓慢加热，对于多数多晶固体来说，例如铜铝合金（参见下图），先熔化的则未必是固体外部棱角，而只能是熔点较低的结晶相，内部外部都有。只有温度慢慢越过液相线，所有固相才完全熔化，并且最后熔化的高熔点相恰恰是有棱角的，正如其平衡析出时的形态相近。目前已能通过同步辐射成像技术直接观察动态结晶-熔化的微观过程。

另外在平衡加热过程中，也很少发生先慢后快的熔化现象。特别是进入固液平衡区之后，熔化过程还要按杠杆规则在两相间进行成分调整，没办法熔化太快。正是由于这个原因，当某些合金的固液两相区的成分与温度范围非常大时（例如铅锡合金，相图略），快速凝固往往无法得到所需的固相组织，直接影响材料的加工性能和使用性能。当然利用快速凝固获得非晶或其他亚稳组织的操作也经常需要，这是题外话，打住。

显然，局部熔化更不需要遵循棱角减小和先慢后块规律。比如上世纪八九十年代成熟的激光毛化技术^[1]（laser texturing technology），就是通过脉冲激光将固体表面局部加热，利用熔化（喷吹）、汽化（直接去除）和相变（体积或硬度变化）等原理^[2]得到精细规则纹理，提高固体表面的某些使用性能和装饰性能，在模具制造、轧辊设计、冷兵器、热武器、汽车板、深冲板和精密零件加工等行业曾经风靡一时。而这些微区熔化或者汽化前的固体表面完全看不到任何棱角，熔化（汽化）过程也是一瞬间完成的。

再比如有人提到的激光内雕，则是另外一种无关。

使用激光会聚技术，将不至于引起外部固体熔化的激光束会聚到内部指定位置，使该点（微区）能量密度最大且可调，令其获得短暂高温，即可实现激光内雕。但微区熔化（软化）并不基于固体棱角变小，因为里面根本没有棱角啊，而且也不会发生可观察到的熔化快慢现象。

这些塑料或玻璃内雕工艺品，可以在世界各地旅游景点和工艺品商店或网店买到。其实对这些工艺品而言，雕刻微区并不需要达到熔点或者熔化，只要能够引起视觉效果（透光性发生变化）即可。何况这些固体大部分并没有固定的熔点，这是非晶态固体的一种基本性质。

二，内热源导致的熔化

一些导电固体可以通过感应加热熔化，或者直接电阻热熔化（如保险丝熔断），后者显然不太容易观察到问题中出现的两个现象。

但一般放入感应炉坩埚的固体，大部分还是外热源传热，感应内加热的对象是比如说是作为坩埚的石墨本身。感应加热的升温过程与电源频率有关，频率越高，感生电流的集肤效应^[3]越明显，所以一些情况下，感应加热固体本身导致的熔化过程，亦接近外部加热。

还有一些含某种极性分子成分的固体可以用微波加热，但是否能达到熔化（物理变化）而不是烧焦（化学变化）的程度，却不容易判断；加热进程的终点也不容易准确预测。但简单情况例外，比如冰在微波炉中熔化（融化），大家可以亲自观察：

用冰块在家中微波炉做个实验，结果一清二楚。不过现在家用微波炉的加热范围比较大，热效率较高。建议使用五角星模具，尽量做的薄一些，掰断成尖锐棱角。

三，固体及其熔化过程的复杂性

固体物质实在很多，且难以准确定义。

我们不可以想当然地认为金属、高分子、无机非金属三大材料就可以涵盖大部分固体（对地球或天体星球来说大体如此），何况复合材料这个大坑，可以装得下任何别的固体，比如动物植物微生物，虽然有物理学家一本正经地证明猫属于流体。

常态尺度下的固体还有晶体和非晶体之分，两类固体的熔化规律很不一样，其实是有很多不可相互替代的熔化规律。比如单晶体和多晶体、多晶体和多相晶体的熔化规律差别都很大，而非晶体的情况就更加复杂了，从来没有人试图寻找非晶体的熔化规律，但研究比如说玻璃熔化规律的人倒是不少。

多数日用陶瓷产品含有较多玻璃相，如果一枚陶瓷碎片正好有尖角处结晶相多玻璃相少，那么即便是外部加热，即便是有过热，这个尖角也完全可能不是最先熔化的部分。

另一方面，当固体尺度小到微纳米的时候，熔化过程也会大大不同，这个前面有提到。

同样的，当固体尺度足够大的时候，比如流星，熔化过程同样充满未知。

因此，泛泛讨论固体的任何宏观性质、现象和过程都没有太大意义，无论是实用价值、研究价值或者知识价值，比如下面这个例子。

四，固体的扩散

这个问题与熔化并没有多少相似性。

以常见的多晶体材料为例，固体内部的扩散可以有晶内扩散、晶界扩散和表面扩散等^[4]。扩散的宏观规律显然没有棱角优先或者越来越快的规律，而微观机制更与熔化过程无可比较。

不过二者的关系又十分亲近，毕竟都是基本粒子运动嘛。前述第一部分提到固液相区因温度变化而成分调整时，肯定需要扩散帮忙。只不过有的成分向固相扩散，有的成分向液相扩散，不太在意温度梯度影响，对棱角也不敏感，速度通常会越来越慢。

五，前面三个例外情况简说

1. 熔化中的汽化现象。与固体本性有关，与过热度有关，通常整体受热加速棱角变圆过程，对后续熔化影响不大。同样，对能够引起局部加热汽化的热源来说，棱角与非棱角部位也没有什么差别。
2. 没有棱角的固体。除无机物固体外，天然固体物质带棱角的不多。所以棱角变圆现象不明显，外慢内快的熔化规律也不明显，这里原因复杂，不再引申。有兴趣的读者可以找找玻璃纤维制造工艺的前端技术资料看。
3. 没有熔化态的固体。我们暂时无法想象熔化的人或者动物或者植物是什么样子，我们也不是特别清楚这些东西是不是固体。还有一类叫做热固性高分子材料的东西，一般也熔化不了。这样也就不存在问题中提到的两个现象。

最后对问题补充说几句：

熔化时有没有几率将一个物体切开（即中间熔化的快，因为熔化的本质为分子运动）

现有自然界与人造物体可以在任何状态下被切开，几率百分百，只要东西别太大。

断裂也是一种分子运动，切断不过是外力作用大些的被切物体局部分子运动。

切断不同材料和不同尺寸物体的方法和工具有无数种，比玄幻兵王小说丰富万倍。

分子运动这个概念本身意义不大，比如熔化和放屁都涉及分子运动，但都远远不止分子运动，更何况分子运动的方式也是千奇百怪哦。

参考

1. ^ https://www.laserax.com/laser-texturing
2. ^ https://www.laserax.com/blog/how-laser-engraving-work
3. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect
4. ^ https://www.uio.no/studier/emner/matnat/kjemi/KJM5120/v05/undervisningsmateriale/KJM5120-Ch5-Diffusion.pdf