項目一　材料的組成、結構及構造

【知識導學】 材料的組成、結構及構造是決定材料性質的內部因素。

一、材料的組成

材料的組成是指材料所含物質的種類及含量，是區別物質種類的主要依據，分為化學組成、礦物組成和相組成。

1.化學組成

材料的化學組成是指構成材料的化學元素及化合物的種類及數量。金屬材料的化學組成通常以其化學元素含量的百分數表示，無機非金屬材料常以各種氧化物的含量表示，有機材料則以各種化合物的含量表示。材料的化學成分，直接影響材料的化學性質，也是影響材料物理性質及力學性質的重要因素。

2.礦物組成

礦物是具有一定的物理力學性質、化學成分和結構特征的單質或化合物。材料的礦物組成是指構成材料的礦物的種類和數量，它直接影響無機非金屬材料的性質。

3.相組成

材料中具有相同物理、化學性質的均勻部分稱為相。一般可分為氣相、液相和固相。

材料的組成不同，其物理、化學性質也不相同。如普通鋼材在大氣中容易生銹，而不銹鋼（煉鋼時加入適量的鉻或鎳）則不易生銹。可見，選用材料時，通過改變材料的組成可以獲得滿足工程所需性質的新材料。

二、材料的結構及構造

材料的結構及構造是指材料的微觀組織狀態和宏觀組織狀態。組成相同而結構與構造不同的材料，其技術性質也不相同。

（一）材料的結構

材料的結構是指材料的微觀組織狀態。按其成因及存在形式可分為晶體結構、非晶體結構及膠體結構。

1.晶體結構

由質點（離子、原子或分子）在空間按規則的幾何形狀周期性排列而成的固體物質稱為晶體。晶體有以下特點：

（1）特定的幾何外形。

（2）各向異性。

（3）固定的熔點和化學穩定性。

（4）結晶接觸點和晶面是晶體破壞或變形的薄弱環節。

2.非晶體結構（玻璃體結構）

非晶體結構是熔融物質經急速冷卻，質點來不及按一定規則排列便凝固的固體物質，屬于無定形結構。非晶體結構內部儲存了大量內能，具有化學不穩定性，在一定條件下易與其他物質起化學反應。

3.膠體結構

粒徑為10-7～10-9 m的固體微粒（分散相），均勻分散在連續相介質中所形成的分散體系稱為膠體。當介質為液體時，稱此種膠體為溶膠體；當分散相顆粒極細，具有很大的表面能，顆粒能自發相互吸附并形成連續的空間網狀結構時，稱此種膠體為凝膠體。

溶膠結構具有較好的流動性，液體性質對結構的強度及變形性質影響較大；凝膠結構基本上不具有流動性，呈半固體或固體狀態，強度較高，變形較小。

凝膠結構由范德華力結合，在剪切力（攪拌、振動等）作用下，網狀結構易被打開，使凝膠結構重新具有流動性；靜置一段時間后，溶膠又慢慢恢復成凝膠。凝膠—溶膠—凝膠的可逆互變性稱為膠體的觸變性。

（二）材料的構造

材料的構造是指材料結構間單元的相互組合搭配情況，亦即材料的宏觀組織狀態。按構造不同，材料可分為聚集狀、多孔狀、纖維狀、片狀和層狀等。

一般而言，聚集狀和多孔狀的材料具有各向同性，纖維狀和層狀構造的材料具有各向異性。構造致密的材料，強度高；疏松多孔的材料密度低，強度也低。

由于材料結構間的組合搭配，材料內部存在孔隙。孔隙對材料的性質影響很大。開口孔隙對材料的抗滲性、抗凍性及抗侵蝕性有不利影響，閉口孔隙對材料的抗滲性、抗凍性及抗侵蝕性的影響則較小。