材料的组成和结构
建筑材料的组成与结构
建筑材料的组成与结构建筑材料是指在建筑行业中所使用的各种材料，包括钢筋混凝土、砖石、木材、玻璃、金属等。
它们的组成和结构对建筑物的质量和稳定性有着重要的影响。
本文将从材料的组成和结构两个方面进行探讨。
一、建筑材料的组成1. 钢筋混凝土钢筋混凝土是建筑中最常用的材料之一。
它由水泥、砂子、石子和钢筋组成。
水泥起到粘合材料的作用，砂子和石子提供了混凝土的骨架结构，而钢筋则增加了混凝土的强度和韧性。
2. 砖石砖石是建筑中最基本的材料之一。
它通常由黏土经过烧制而成。
砖石具有一定的强度和耐久性，可用于建造墙体、地面和隔断等。
3. 木材木材是一种自然的建筑材料，通常用于搭建建筑物的框架结构。
木材由纤维素和半纤维素组成，具有较好的强度和可塑性。
4. 玻璃玻璃是一种透明的建筑材料，由熔化的二氧化硅和其他添加剂制成。
它具有优良的光透性和耐候性，常用于建筑物的窗户和幕墙等部位。
5. 金属金属材料在建筑中有着广泛的应用，包括钢铁、铝合金、不锈钢等。
它们具有较高的强度和可塑性，适合用于制作梁柱、桁架、屋架等结构。
二、建筑材料的结构1. 实体结构实体结构是指由实心材料组成的建筑结构，如砖墙、石墙等。
它们具有一定的强度和稳定性，但施工成本较高。
2. 骨架结构骨架结构通常采用柱、梁、板等构件组成，能够承受较大的荷载，并且施工相对简便。
钢筋混凝土结构和钢结构都属于骨架结构。
3. 幕墙结构幕墙结构是一种由玻璃、金属等材料组成的外墙结构，能够提供隔热、保温和美观的效果。
常见的幕墙材料包括玻璃幕墙和金属幕墙等。
4. 复合结构复合结构是指两种或多种不同材料组合而成的建筑结构，既兼具各种材料的优点，又能弥补其缺点。
如钢筋混凝土与钢结构的组合等。
结论：建筑材料的组成和结构是建筑物稳定性和质量的关键因素。
不同的材料组成和结构形式决定了建筑物在不同环境条件下的稳定性、安全性和美观性。
因此，在设计和施工过程中，需要根据具体情况选择合适的材料和结构形式，确保建筑物的安全可靠和持久使用。
材料的组成和结构材料的组成通常包括化学组成、矿物组成
#材料的组成和结构#材料的组成通常包括化学组成、矿物组成和相组成；材料的结构包括微观结构、细观结构和宏观结构。
#密度、表观密度、堆积密度、密实度、孔隙率、填充率、空隙率#材料的密度等是材料的结构特征参数，属于材料的物理性质，本课程讨论的相关内容包括密度、表观密度、堆积密度、密实度、孔隙率、填充率、空隙率的的概念、计算公式、测试方法及相互关系。
密度指的是材料在绝对密实状态下单位体积的质量；公式为m vρ=（ρ—密度，m —质量，v —绝对密实状态下的体积）；测定方法：李氏比重瓶法；表观密度指材料在自然状态下单位体积的质量，公式为00mv ρ=（0ρ—表观密度，m —质量，0v —在自然状态下的体积），测定方法：量积法；堆积密度指粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量，公式为mv ρ=，，（ρ，—堆积密度，v ，—材料的堆积体积）。
密实度是指材料体积内，固体物质所充实的程度，以D 表示，公式为00100%=100%v D v ρρ=⨯⨯；孔隙率指材料体积内，孔隙体积所占的比例，以P 表示，公式为00(1)100%=(1-)100%v P v ρρ=-⨯⨯；P +D =1。
填充率是指堆积体积中，被散粒材料的颗粒所填充的程度，以D ，表示，公式为00100%v D v =⨯，，；空隙率指散粒材料在某容器的堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例，以P ，表示，公式为0000(1)100%=(1)100%v P v ρρ=-⨯-⨯，，，;P ，+D ，=1。
#材料亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性等与水有关的性质#属于材料的基本物理性质。
亲水性和憎水性与材料在空气中与水接触时被水润湿的程度有关，当0°≤θ（润湿边角）≤90°材料遇水后其表面性能降低，水在材料表面易于扩散，这种与水的亲和性成为亲水性，与此相反，θ＞90°，材料与水接触时不与水亲和，称为憎水性。
吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质，用吸水率表示，有两种表示方法，质量吸水率：%m m m W 100221⨯-=m （m W —材料的质量吸水率，1m —材料在吸水饱和后的质量，2m —材料在干燥状态下的质量），体积吸水率：1200wv m m 1W ==100%v v W v ρ-⨯⨯（W v —材料的体积吸水率，v W —材料吸水饱和时，水的体积，1m —材料在吸水饱和后的质量，2m —材料在干燥状态下的质量，0v —材料在自然状态下的体积，w ρ—水的密度）；吸湿性是指材料在环境中能自发地吸收空气中水分的性质，用含水率表示，公式为100%m m m W 221h ⨯-=（W h —材料的含水率，1m —材料含水时的质量，m 2—材料在干燥状态下的质量）。
材料概论材料的组成、结构与性能各...
材料概论材料的组成、结构与性能各种材料金属、高分子和无机非金属不论其形状大小如何,其宏观性能都是由其化学组成和组织结构决定的。
材料的性能与化学组成、工艺、结构的关系如下：第二章材料的组成、结构与性能2.1 材料的组成2.2 材料的结构2.3 材料的性能只有从不同的微观层次上正确地了解材料的组成和组织结构特征与性能间的关系，才能有目的、有选择地制备和使用选用材料。
化学组成工艺过程本征性能显微结构材料性能2.1 材料的组成材料通常都是由原子or分子结合而成的，也可以说是由各种物质组成的，而物质是由≥1种元素组成的。
按原子or分子的结合与结构分布状态的不同，可分成3类：第二章材料的组成、结构与性能组元、相和组织固溶体聚集体复合体2.1.2 材料的化学组成2.1.1 材料组元的结合形式固溶体、聚集体和复合体第二章材料的组成、结构与性能材料的组元:金属材料多为纯元素，如普通碳钢? Fe&C；陶瓷材料多为化合物，如Y2O3?ZrO2 ?Y2O3&ZrO2组成材料最基本、独立的物质，或称组分。
可以是纯元素or稳定化合物。
相: 具有同一化学成分并且结构相同的均匀部分。
1?m图2-150%ZrO2/Al2O3复合材料的SEM照片* 相与相之间有明显的分界面，可用机械的方法将其分离开。
第二章材料的组成、结构与性能ZrO2Al2O3*各晶粒间有界面隔开，但它们是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的材料，仍属于同一相。
*在相界面上，性质的改变是突变的。
*1个相必须在物理和化学性质上都是完全均匀的，但不一定只含有1种物质。
例如：纯金属是单相材料，钢非纯金属在室温下由铁素体含碳的??Fe和渗碳体Fe3C为化合物组成；普通陶瓷：由晶相1种/几种与非晶相玻璃相组成。
*由成分、结构都不同的几种晶粒构成的材料，则它们属于几种不同的相。
材料的组织第二章材料的组成、结构与性能材料内部的微观形貌。
实际上是指由各个晶粒or各种相所形成的图案。
材料科学四要素
材料科学四要素材料科学是一门研究材料的组成、结构、性能和加工制备的学科，它涉及到多个学科领域，如物理学、化学、工程学等。
在材料科学中，有四个重要的要素，它们是材料的组成、结构、性能和加工制备。
这四个要素相互作用，共同决定了材料的特性和用途。
下面将分别对这四个要素进行详细介绍。
首先是材料的组成。
材料的组成是指材料的化学成分和相对含量。
不同种类的材料由不同的元素或化合物组成，这些成分的种类和比例决定了材料的基本性质。
例如，金属材料的主要成分是金属元素，而陶瓷材料的主要成分是氧化物、硼化物等。
材料的组成直接影响着材料的化学性质和稳定性，因此在材料设计和选择时，要根据具体的使用要求来确定材料的组成。
其次是材料的结构。
材料的结构是指材料内部原子、分子或离子的排列方式和相互作用。
不同的结构形式决定了材料的晶体结构、晶粒大小、晶界、缺陷等特征，从而影响了材料的力学性能、热学性能和电磁性能。
材料的结构可以通过各种分析手段来确定，如X射线衍射、电子显微镜等，这些结构信息对于材料的性能预测和改进具有重要意义。
第三是材料的性能。
材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的物理、化学和力学特性。
材料的性能包括力学性能（如强度、硬度、韧性）、热学性能（如导热性、热膨胀系数）、电磁性能（如导电性、磁性）等。
不同的材料具有不同的性能特点，这些性能特点直接关系到材料的使用范围和条件。
因此，对材料的性能进行全面、准确的评价是材料科学研究的重要内容之一。
最后是材料的加工制备。
材料的加工制备是指通过物理或化学方法将原始材料转化为具有一定形状和性能的成品材料的过程。
材料的加工制备包括原料的提取、精炼、合金化、成型、热处理等多个环节，每个环节都会对材料的组织结构和性能产生影响。
因此，合理的加工工艺和工艺参数选择对于获得优质材料至关重要。
综上所述，材料科学的四要素——组成、结构、性能和加工制备，相互联系、相互影响，共同决定了材料的特性和用途。
1.1 材料的组成、结构与构造
宏观结构
材料的宏观构造是指可用肉眼能观察到的外
部和内部的结构。
细观结构（亚微观结构）
微观结构
1、材料的微观结构
材料的微观结构：原子、分子层次的材料的内部组织状态。
它与材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性、导热性 等重要性质有着密切的关系。 按微观结构分
晶体、 玻璃体、 胶体
（二）材料的构造
材料的构造：材料宏观的内部组织状态和具 有特定性质的单元组合。 土木工程材料常见的构造形式有：密实构造、 多孔构造、纤维构造、层状构造、散粒构造、 纹理构造。
1、密实构造：材料内部
基本上无孔隙，结构致 密。如钢材、天然石材、
玻璃、玻璃钢等。
特点：强度、硬度较高， 吸水性小，抗渗和抗冻 性较好，耐磨性较好， 绝热性差。
5、散粒状构造：松散颗粒状的材料，有密实颗粒与轻 质多孔颗粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密， 强度高，适合做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨 胀珍珠岩等，因具多孔结构，适合做绝热材料。
陶粒的粒状构造
不同结构的材料，各具不同特性。
1）晶体：
定义：构成晶体的质点（原子、离子、分子） 按一定的规则在空间呈有规律的排列 特性：晶体具有一定的几何外形，固定的熔 点、各向异性，化学稳定性好等。 决定因素：晶体内质点的密集程度和质点间 的结合力。
例如，硅酸盐矿物材料（如陶瓷）的复杂晶
体结构对密集程度不高，且质点间大多是以
共价键联结，变形能力小，因此呈现脆性。
材料的化学成分相同，但形成的晶体结构可 以不同，其性能也就大有差异。如石英和硅 藻土，化学成分同为SiO2，但各自性能完全
材料的组成与结构
红松木
普通玻璃 铝合金
1.55~1.60
2.45~0~2550 2700~2900
——
—— ——
土木工程材料的基本性质
1.2.3.1密实度 材料体积（绝干状态）中固体物质的充 实程度，称为材料的密实度，用D表示。 V 0 —V
P= V0 =1—
土木工程材料的基本性质
1.2.1.3材料的毛体积 指材料在自然状态下的体积，即实体材料的外观体 积（含材料实体和孔隙体积）。一般以V0表示材料的毛 体积。
土木工程材料的基本性质
1.2.1.4材料的堆积体积 指粉状或粒状材料在堆积状态下的总体外观体积。根据 其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可能不同。松散 堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。材料 的堆积体积一般以 V0′来表示。 1.2.2密度、表观密度、体积密度、堆积密度 1.2.2.1密度（density） 指材料在绝对密实状态下单位体积的绝干质量，称为材料 的“绝对密度”，简称密度。
ρ0 =ρ，故密实度D=1或D=100%。对于大多数土木工 程材料， 因ρ0＜ρ，故密实度D＜1 或D＜100%。 1.2.3.2孔隙率 孔隙率是指材料体积内孔隙体积占总体积 的百分率，用P表示，
P= V 0 —V =1— V0
密实度与孔隙率的关系
D+P=1
土木工程材料的基本性质
土木工程材料的基本性质
（2） 非晶体(amorphous solid) 将具有一定化学成分的 熔融物质迅速冷却，质点来不及按一定的规律排列而形成 的内部质点无序排列的固体或固态液体，又称玻璃体。 非晶体物质的特点是：没有 固定的熔点 和几 何形状， 且各向同性。由于非晶体是急速冷却形成的，大量的化学 能未能释放出来，所以非晶体材料具有化学不稳定性，当 条件允许，可能会与其他物质发生化学反应。如：水泥成分
材料的组成、结构与构造及对材料性质的影响
胶合板的层状构造
散粒状构造指呈松散颗粒状的材料，有密实颗粒
与轻质多孔颗粒之分。前者如砂子、石子等，因其 致密，强度高，适合做承重的混凝土骨料。后者如 陶粒、膨胀珍珠岩等，因具多孔结构，适合做绝热 材料。粒状构造的材料颗
粒间存在大量的空隙， 其空隙率主要取决于颗 粒大小的搭配。用作混 凝土骨料时，要求紧密 堆积，轻质多孔粒状材
布朗运动自由移动时，称为凝胶，凝胶具有触变性，
即将凝胶搅拌或振动，又能变成溶胶。水泥浆、新
拌混凝土、胶 粘剂等均表现有触变性。 当凝胶完全脱水则成干 凝胶体，它具有固体的 性质，即产生强度。硅 酸盐水泥主要水化产物 的最后形式就是凝胶体。
水泥凝胶体
小结：材料基本性质间关系
孔隙率增加，密度不变，表观密度降低，强度降低， 吸水率增加，抗渗性降低，抗冻性降低，导热系数减 小。 孔隙率降低，密度不变，表观密度增加，强度增加， 吸水率降低，抗渗性提高，抗冻性提高，导热系数增 加。
规则在空间呈有规律的排列，因此晶体具有一定的
几何外形，显示各向异性，但实际应用的晶体材料，
通常是由许多细小的晶粒杂乱排列组成，故晶体材 料在宏观上显示为各向同性。
晶体内质点的相对密集程度和质点间的结合力，对 晶体材料的性质有着重要的影响。例如在硅酸盐矿
物材料（如陶瓷）的复杂晶体结构（基本单元为硅
氧四面体）中，质点的相对密集程度不高，且质点
间大多是以共价键联结，变形能力小，呈现脆性。
材料的化学成分相同，但形成的晶体结构可以不同，
其性能也就大有差异。如石英和硅藻土，化学成分
同为SiO2，但各自性能颇不相同。另外，晶体结构 的缺陷，对材料性质的影响很大。
将熔融的物质进行迅速冷却（急冷），使其内部
第一章 建筑材料的组成、结构和构造
2、非晶体结构
非晶体结构是熔融物急速冷却时，质 点来不及排列规则就凝固而成的结构 物。非晶体结构也称为玻璃体、无定 形体。 水泥、粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤 灰等均为非晶体。
非晶体的特点
（1）质点在空间上呈非周期性排列 （2）没有特定的几何外形 （3）具有各向同性的性质 （4）没有固定的熔点 （5）具有较高的化学活性，是一种
复合材料是由两相或两相以上物质 组成的材料，其材料的性质与材料 的相组成和界面特性有密切关系。
界面是多相材料中相与相之间的分界 面，是一个薄区，它的成分和结构与 相内不同，且不均匀，可看作是“界 面相” 。
二 材料的结构和构造
材料的结构、构造是决定材料性质 的极其重要的因素。
（1）微观结构 （2）亚微观结构 （3）宏观结构
宏观结构按孔隙特征分类
( 1 ) 致密结构：基本上是无孔隙存在的 材料。如钢铁、有色金属、玻璃、塑料 等。 ( 2 ) 多孔结构：是指具有粗大孔隙的结 构。如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫 塑料等。 ( 3 ) 微孔结构：是指微细的孔隙结构。 如石膏制品、粘土砖瓦等。
宏观结构按存在状态或构造特征分类
材料的组成、结构和构造 一、 材料的组成
1、化学组成 2、矿物组成 3、相组成
1、化学组成
化学组成指构成材料的化学元素及化合物
的种类及数量。
• 如钢材：铁、碳、硫、磷、硅、锰 • 水泥化合物组成：
SiO2 Fe2O3 MgO
20~24% 2.5~6.0% <5%
CaO 62~67% AL2O3 4~7%
晶体结构的特点 ： （1）质点在空间上呈周期性排列 （2）具有特定的几何外形 （3）具有各向异性的性质 （4）具有固定的熔点和化学稳定性 （5）晶格缺陷是晶体破坏或变形的
建筑材料的组成与结构
建筑材料的组成与结构作为建筑师，对材料的组成与结构必须非常了解，下面就和店铺一起来重新复习复习吧!(一)材料的组成材料的组成不仅影响材料的化学性质，也是决定材料物理、力学性质的重要因素。
1.化学组成化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。
如水泥的化学组成： CaO 62%~67%、SiO2 20%~24%、Al2O3 4%~7%、MgO<5%、Fe2O3 2.5%~6.0%。
根据化学组成可大致地判断出材料的'一些性质，如耐久性、化学稳定性等。
2.矿物组成将无机非金属材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能的组成结构称为矿物。
矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。
例如水泥熟料的矿物组成为： 3CaO?SiO2 37%~60%、2CaO? SiO2 l5%~37%、3CaO?Al2 O37 % ~ l5S%、4CaO?Al2 O? Fe2O3 10%~18%。
若其中硅酸三钙(3CaO?SiO2)含量高，则水泥硬化速度较快，强度较高。
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。
自然界中的物质可分为气相、液相和固相。
建筑材料大多数是多相固体。
凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。
例如，混凝土可认为是骨料颗粒(骨料相)分散在水泥浆基体(基相)中所组成的两相复合材料。
(二)材料的结构1.宏观结构建筑材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。
其尺寸在10-3 m级以上。
按其孔隙特征可分为：(1)致密结构：如钢铁、有色金属、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑料等。
(2)多孔结构：如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料等。
(3)微孔结构：如石膏制品、烧勃士制品等。
按存在状态或构造特征分为：(1)堆聚结构：如水泥混凝土、砂浆、沥青混合料等。
(2)纤维结构：如木材、玻璃钢、岩棉等。
(3)层状结构：如胶合板、纸面石膏板等。
(4)散粒结构：如混凝土骨料、膨胀珍珠岩等。
材料的化学组成结构和构造
V0 P 100 % V0
附加题1 假设
1m3 砼需用1m3石子，石子的空隙 由砂填充，砂子的空隙又由水泥浆填充。 已知石子的表观密度为2.70g/cm3，堆 积密度为1500kg/m3，砂子的表观密度 为2.60g/cm3，堆积密度为1400kg/m3， 求该中砂，石用量各是多少kg？水泥浆 体积是多少m3？
亲水性材料θ≤90°材料与水分子之间的
亲和力大于水本身分子之间的内聚力。 润湿角θ≤90°憎水性材料θ＞90°材料 与水分子之间的亲和力小于水本身分子之 间的内聚力，θ＞90°
2.吸水性——吸水率W吸
吸水性：材料在水中吸收水分的性质，以质 量吸水率或体积吸水率表示。
m2 m1 Ww 100% m1
m含水 W含 m干
m湿 m干 W含 100% m干
m湿 m干 1 W含
m湿 m干 W含m干
含水率
为5%，砖的外形尺寸为 240×115×53mm,经烘干磨细后测得 绝对密实体积为962cm3，试求此砖 的密度，体积密度，孔隙率和密实 度。
2.材料的密实度和孔隙率 （1）密实度
0 V D 100% 100% V0
（2）孔隙率是指孔隙在材料体积中所占的比 例。
VP P 100 % V0
3.材料的填充率与空隙率 V （1）填充率 D 100%
V0
0 100%
（2）空隙率空隙率：散粒材料在自然堆积状
Qd K HAt
6.抗冻性——抗冻等级Fn
材料抵抗冻融循环破坏的能力。
冻融次数或抗冻等级Fn表示。 F100(砼):
材料科学深入了解材料属性
材料科学深入了解材料属性材料科学是一门研究材料的组成、结构、性能和制备的多学科综合性科学。
深入了解材料属性对于材料科学的研究和应用具有重要意义。
本文将从材料的组成、结构和性能三个方面，介绍材料科学中对材料属性的深入了解。
一、材料的组成材料的组成是指材料的基本成分和元素组成。
不同的材料具有不同的组成，决定了材料的基本性质。
在材料科学中，常用的材料分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料等。
金属材料主要由金属元素组成，具有高强度、导电性等优良性能；无机非金属材料以氧化物为主要成分，如陶瓷材料、塑料材料等；有机高分子材料主要由碳、氢、氧等元素组成，如塑料、橡胶等。
进一步了解材料的组成，可以通过化学分析、质谱分析等手段进行。
二、材料的结构材料的结构是指材料内部的原子、分子或离子的排列顺序和空间位置关系。
材料的结构对其性能和功能起着决定性影响。
晶体结构是材料中最常见的结构之一，通过晶体学方法可以确定材料的晶体结构。
晶体结构的了解可以帮助科学家和工程师掌握材料的热稳定性、机械性能等。
此外，非晶态和纳米结构也是研究材料结构的重要方向。
通过电子显微镜等仪器和技术可以观察和研究材料的结构特征。
三、材料的性能材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的特点和特性。
不同的材料具有不同的性能，如机械性能、热性能、电性能、光学性能等。
深入了解材料的性能可以为材料的合理选择和应用提供科学依据。
例如，了解材料的力学性能可以为工程设计中的材料选取及结构设计提供参考，了解材料的热性能可以为能源开发、储存等领域提供支持。
通过材料测试和分析技术，可以获得材料的力学性能、热性能、电性能等数据，进一步了解材料的特性。
结论材料科学的发展为深入了解材料属性提供了丰富的理论和实验基础。
只有深入了解材料的组成、结构和性能，才能对材料进行科学合理的选取、应用和改进。
通过不断深入研究材料，材料科学家和工程师能够开发出更优良的材料，推动科技进步和社会发展。
材料的结构与组成
材料的结构与组成材料科学是现代工业和科技领域中极为重要的一门学科，其研究的对象就是各种材料的结构与组成。
材料的结构与组成是材料学的核心内容，对材料的性能和应用具有决定性的影响。
有很多材料都是由化合物、元素或分子组成的，而所有材料的结构与组成都必须遵循物理化学规律。
材料的结构如果想要了解材料的结构，首先需要掌握区分几种基本的结构类型。
材料学中的结构分类主要可以分为晶体结构、非晶态结构和连续薄膜结构等几种类型。
晶体结构是材料科学研究中比较常见和重要的结构类型。
晶体是由一些被规则排列成周期性结构的离子、原子或分子组成的固体，具有高度的有序性和周期性，因此晶体结构很稳定。
晶体的结构主要通过晶格和晶系来描述。
晶格是一组规则的点阵，表示晶体中原子、分子或离子的空间排列情况。
晶系是晶体的晶格形状和对称性的几何描述，包括七种基本的晶系。
材料科学者通过研究晶体结构中晶格和晶系的性质，可以了解到晶体材料的成分、物理性质和化学性质。
除了晶体结构，还有非晶态结构。
非晶态结构是材料学中比较特殊的结构类型，也成为无定形结构。
非晶体是一种没有规律排列的固态物质，它缺少晶体的周期性和有序排列。
一般的非晶体材料都是由化合物或元素的液态熔体快速冷却得到的，具有无定形的形态和非晶态的结构。
非晶态结构的材料具有一些独特的物理和化学性质，如高硬度、高强度等。
另一种比较常见的结构类型是连续薄膜结构。
连续薄膜结构是通过薄膜沉积方法得到的一种新型材料。
薄膜材料是一些厚度在纳米、亚微米甚至更小尺度的材料，由于其较小的厚度特性，导致了其表面活性和力学性能等方面具有很多独特的性质和应用。
材料的组成一个材料的组成可以被理解为描述材料构成的原子或分子的种类及其比例的一个完整的列表。
这种成分的描述可以用一系列化学或物理性质来区分不同的材料，如密度、原子核荷质比、电子数目等。
在材料的组成中，主要成分包括原子、分子和化合物。
原子是指化合物或元素中最小的粒子，对于化合物而言，原子的种类和比例决定了材料的性质和应用。
829材料科学基础
829材料科学基础材料科学基础是材料科学与工程学科体系的重要组成部分，是材料科学研究的基础。
829材料科学基础课程是一门初级课程，旨在培养学生对材料科学基本概念、基本理论和基本方法的了解和应用能力。
本文将从材料的组成、结构与性能、材料制备和材料表征四个方面介绍829材料科学基础的相关内容。
一、材料的组成材料的组成是指材料的基本构成元素。
材料可以分为金属材料、聚合物材料和无机非金属材料等。
金属材料主要由金属元素组成，具有良好的导电、导热和机械性能；聚合物材料由有机高分子化合物构成，具有良好的可塑性和绝缘性能；无机非金属材料主要由无机化合物组成，具有高温耐磨、耐腐蚀等特性。
不同材料的组成决定了其性能和用途。
二、材料的结构与性能材料的结构与性能是指材料的内部结构与外部性能之间的关系。
材料的结构包括晶体结构和非晶态结构。
晶体结构是指材料的原子、离子或分子按照一定的规则排列而成的有序结构，具有明确的晶体面和晶体轴；非晶态结构是指材料的原子、离子或分子无规则地排列而成的无序结构。
材料的性能包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
不同材料的结构与性能决定了其在不同应用领域的适用性。
三、材料的制备材料的制备是指将原材料加工、改性或合成成为具有一定形状和性能的材料的过程。
常见的材料制备方法包括熔融法、溶液法、气相法和固相法等。
熔融法是将原材料加热至熔点后冷却固化，形成固态材料；溶液法是将原材料溶解在溶剂中，通过溶剂的挥发或沉淀等方式得到固态材料；气相法是将原材料蒸发或分解后在气相中沉积成固态材料；固相法是将原材料以固态形式进行反应或烧结得到固态材料。
不同的制备方法能够得到不同形状和性能的材料。
四、材料的表征材料的表征是指通过实验和测试等手段对材料的性能进行评估和分析。
常见的材料表征方法包括显微镜观察、X射线衍射、电子显微镜、热分析和力学测试等。
显微镜观察能够直观地观察材料的形貌和结构；X射线衍射可以确定材料的晶体结构；电子显微镜可以观察材料的微观结构和成分；热分析可以测量材料的热学性能；力学测试可以评估材料的力学性能。
材料的结构和组成
(b) The fractions of proeutectoid ferrite and pearlite are determined
(c) sum of these two ferrite fractions
4. 钢和铸铁 teel and Cast Iron
(1) 钢——碳含量低于1.2%（重量）的铁碳合金。 在金属中，普通碳钢、低合金钢<5%镍、铬。 (2) 铸铁——碳含量高于2% （重量）的铁碳合金。有 灰色铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁。 灰铸铁， 2.5—3.5 %， 钢 +片状石墨
5个单相区，
7个两相区
三条特征线
三条水平线，
2． 典型铁碳合金结晶过程分析
（1）共析钢 eutectoid steel 0.77%C
（2）亚共析钢 hypoeutectoid steel 0.0218~0.77%C
（3）过共析钢 hypereutectoid steel 0.77~2.11%C
由电子。 Metallic bonding: ion cores electron cloud(sea of electrons)
2. 金属晶体结构 Clystal Structures of Metals （1）随温度变化 （2）室温下有三种：
体心立方结构 面心立方 密堆六方 较高强度、硬度和熔 具有良好塑性 强度低，塑 点但塑性和韧性差 和韧性 性和韧性差 Li, Na, K(S1) Au, Ag, Cu(d10s1) Mg, Ti, Zr(d2s2) Ni,Pd, Pt (d8s2) Cr, Mo, W (d5s1) 晶胞内 原子数 2 4 6 点阵常数 4R/3 4R/2 ——
（4）共晶白口铸铁 4.3%C
（5）亚共晶白口铸铁
化学基础中的材料化学
化学基础中的材料化学材料科学是一门跨学科的科学，它涵盖了物理学、化学、材料科学和工程学等多个学科。
而材料化学作为其中的一部分，主要研究材料的组成和结构以及材料在化学反应中的性质和应用。
本文旨在介绍化学基础中的材料化学知识。
材料组成和结构材料的组成和结构是材料化学的基础。
材料可以分为无机材料和有机材料两大类。
无机材料如金属、陶瓷和玻璃等，由无机化合物组成；而有机材料如塑料、纤维和胶体等，由有机分子组成。
材料的结构可以分为晶体结构和非晶体结构两种。
晶体结构是由晶体单元和晶体的对称性所决定的，一个晶体单元包含了一组排列有序的原子或分子，原子或分子间通过共价键和离子键连接。
而非晶体结构则是没有长程序列的结构，它是由临近的原子或分子紧密堆积形成的。
材料的化学反应性质材料在化学反应中的性质受其组成和结构的影响。
材料化学家可以通过对材料的组成和结构进行调控，以达到对其性质的控制。
例如，氧化物是一种普遍的无机材料，它们的结构和组成决定了它们在化学反应中的活性和选择性。
材料化学家可以通过调节氧化物的结构和组成，来实现对其反应性质的控制。
材料的应用材料化学的目的是开发可以满足各种需求的新材料。
新材料的应用可以涵盖从纳米器件到建筑物和交通工具等各个领域。
材料化学家可以通过对材料的组成和结构进行调控，使材料具有特殊的物理和化学性质。
例如，人造黄蜂飞行器中的复合材料就是一种具有微观结构控制的新材料，它具有轻盈、高强度和耐磨损等特点，可用于制作航空器和汽车零部件等。
结语材料化学是一门跨学科的科学，其重要性越来越受到人们的重视。
材料化学家可以通过对材料的组成和结构进行调控，以实现新材料的发展和应用。
未来的发展将继续向着材料的微观控制方向前进，这需要材料化学家的不断探索和创新。
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②大分子链的类型
碳链高分子
Types
高分子主链由相同的碳原子以共价键相连接。这类高分 子多数由加聚反应生成，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯 乙烯等。
CH2 CH2 n
X
Cl
CH3
COOCH3
X
这类高聚物不易水解，易加工，易燃烧， 易老化，耐热性较差。
高分子主链上除有碳原子以外，还有其他类型的原子如氧、氮、硫等存在并以 共价键相连接，即主链由两种或多种原子构成。这类高分子主要由缩聚反应或 开环聚合反应生成，如聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺等。
Model
(1) 大分子链的形成方式及键接形式 形成方式----加聚、缩聚
键合形式----共价键（方向性、饱和性）
(2) 结构单元的键接方式（几何构型 Geometric
Configuration） （链节）
加聚 n
CH2
CH2
CH2
CH2 n
聚合度＝简单重复单元的个数
Cl
Cl 结构单元＝简单重复结构单元＝单体单元
元素高分子
CH3 Si CH3 O
n
这类高聚物的特点是具有无机物的热稳定 性、有机物的弹性和塑性。但强度较低。
无机高分子
主链既不含碳原子，也不含有机取代基，纯粹由其他元 素构成，如聚二氯一氮化磷等。这类元素的成链能力较 弱，分子量不高，容易水解，多数还处于研究阶段。
梯形聚合物
分子主链不是单链而是象“梯子”或“双股螺旋线”。如聚丙 烯晴纤维加热时，升温过程中环化，芳构化形成梯形结构（进 CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 一步升温可得碳纤维），可作为耐高温高聚物的增强填料。 CH CH CH
Hale Waihona Puke 缩聚O mHO R OH + mHOOC R' COOH O R O C R' O C n 聚合度
结构单元
结构单元
重复结构单元（链节）
Composition and Structure of Polymeric Materials What is the different, compared with metallic materials and Inorganic-nonmetalic Materials Polymer Chain elements Types, Bonding Model Conformation
CH C N N CH C N CH C N 脱氢 C C C C N C N C 聚合 环化 C N C N C N
这类聚合物的特点：热稳定性好，因为受热时链不易被打断， 即使几个链断了，只要不在同一个梯格中不会降低分子量。
2. 结构单元及键接方式
Repeating Mer Unit and Bonding
高分子材料的结构层次
3-42
高分子链的结构 Polymer Chain
1． 大分子链的组成 Composition
①组成元素： C N Si O P S 有机 无机 元素
element
有机
As Se
并非任何原子都能生成高分子链，只有元素周期表中第 金属 ⅢA、ⅣA、ⅤA和ⅥA族中的一部分非金属元素才可能生 /有机 成高分子链，如C、Si、N、O、S等元素具有较强的成键 能力，但N、O元素需在特殊条件下才可能生成高分子链。
3-41
高分子材料组成和结构的基本特征 Typical Feature
Chapter 4
1921年Staudinger 提出高分子的概念 ① 分子量大，分子量分布 104~107，Mn(数均分子量), Mw(重均分子量) ② 高分子链多种形态 ③ 分子链间力：范氏力为主，部分化学键
分子内共价键
④ 结构的多层次性
分子的化学结构及聚集态结构（决定材料的基本类型及材 料组成相的结构） 材料的显微组织结构（组成材料的各相的形态、大小、数 量和分布等） 宏观组织结构 显微组织结构 材料结构从宏观到微观可分为： 微观结构
3-4 高分子材料的组成和结构
Composition and Structure of Polymeric Materials
Composition and Structure of Polymeric Materials
侧重与金属和无机非金属材料对照 高分子材料结构的多层次性概貌 大分子链的组成和结构特点 大分子链的内旋转、柔性和构象 大分子链间的相互作用与聚集态结构模型 结晶构象与晶体结构特点 取向态结构 合成聚合物和天然高分子的主要类型 聚合物共混材料的微结构特点、界面
第三章 材料的组成和结构Compositions
and Structures of Materials
材料的结构和组成是决定材料性能的基础。
是合理地设计、制造和选用材料的基础。 本章是物质结构理论的应用。
主要内容
3-1 材料组成和结构的基本内容
3-2 金属材料的结构和组成 3-3 无机非金属材料的结构和组成 3-4 高分子材料的结构和组成 3-5 复合材料的结构和组成
3-1 材料组成和结构的基本内容 Principal Contents of Materials Composition and Structures 材料的组成： 构成材料的基本单元的成分及数目
材料的结构：材料的组成单元（即原子或分子）之间相互吸引和 相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
包括：构成材料的原子的电子结构（决定化学键的类型）
杂链高分子
CH2
R O
O
n
O O C O R' O C O R' C n n
聚甲醛
聚酯
NH
R
NH
C
聚氨酯
这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的，因主链带极性， 易水解，醇解或酸解 优点：耐热性好，强度高
缺点：易水解
这类聚合物主要用作工程塑料
主链中不含碳原子，而是由 Si 、 B 、 As 等元素和 O 元 素组成，但在侧链上含有有机取代基团。这类高分子 兼具无机和有机高分子特性，如有机硅高分子。
Aggregational Structures Packing Amorphous Crystalline Orientational
polymeric materials Artificial, Synthetic Natural Polymer Blends Morphology
高分子材料的组成和结构