项目一　材料的组成、结构及构造

【知识导学】 材料的组成、结构及构造是决定材料性质的内部因素。

一、材料的组成

材料的组成是指材料所含物质的种类及含量，是区别物质种类的主要依据，分为化学组成、矿物组成和相组成。

1.化学组成

材料的化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。金属材料的化学组成通常以其化学元素含量的百分数表示，无机非金属材料常以各种氧化物的含量表示，有机材料则以各种化合物的含量表示。材料的化学成分，直接影响材料的化学性质，也是影响材料物理性质及力学性质的重要因素。

2.矿物组成

矿物是具有一定的物理力学性质、化学成分和结构特征的单质或化合物。材料的矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量，它直接影响无机非金属材料的性质。

3.相组成

材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。一般可分为气相、液相和固相。

材料的组成不同，其物理、化学性质也不相同。如普通钢材在大气中容易生锈，而不锈钢（炼钢时加入适量的铬或镍）则不易生锈。可见，选用材料时，通过改变材料的组成可以获得满足工程所需性质的新材料。

二、材料的结构及构造

材料的结构及构造是指材料的微观组织状态和宏观组织状态。组成相同而结构与构造不同的材料，其技术性质也不相同。

（一）材料的结构

材料的结构是指材料的微观组织状态。按其成因及存在形式可分为晶体结构、非晶体结构及胶体结构。

1.晶体结构

由质点（离子、原子或分子）在空间按规则的几何形状周期性排列而成的固体物质称为晶体。晶体有以下特点：

（1）特定的几何外形。

（2）各向异性。

（3）固定的熔点和化学稳定性。

（4）结晶接触点和晶面是晶体破坏或变形的薄弱环节。

2.非晶体结构（玻璃体结构）

非晶体结构是熔融物质经急速冷却，质点来不及按一定规则排列便凝固的固体物质，属于无定形结构。非晶体结构内部储存了大量内能，具有化学不稳定性，在一定条件下易与其他物质起化学反应。

3.胶体结构

粒径为10-7～10-9 m的固体微粒（分散相），均匀分散在连续相介质中所形成的分散体系称为胶体。当介质为液体时，称此种胶体为溶胶体；当分散相颗粒极细，具有很大的表面能，颗粒能自发相互吸附并形成连续的空间网状结构时，称此种胶体为凝胶体。

溶胶结构具有较好的流动性，液体性质对结构的强度及变形性质影响较大；凝胶结构基本上不具有流动性，呈半固体或固体状态，强度较高，变形较小。

凝胶结构由范德华力结合，在剪切力（搅拌、振动等）作用下，网状结构易被打开，使凝胶结构重新具有流动性；静置一段时间后，溶胶又慢慢恢复成凝胶。凝胶—溶胶—凝胶的可逆互变性称为胶体的触变性。

（二）材料的构造

材料的构造是指材料结构间单元的相互组合搭配情况，亦即材料的宏观组织状态。按构造不同，材料可分为聚集状、多孔状、纤维状、片状和层状等。

一般而言，聚集状和多孔状的材料具有各向同性，纤维状和层状构造的材料具有各向异性。构造致密的材料，强度高；疏松多孔的材料密度低，强度也低。

由于材料结构间的组合搭配，材料内部存在孔隙。孔隙对材料的性质影响很大。开口孔隙对材料的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性有不利影响，闭口孔隙对材料的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性的影响则较小。