丰富多彩、品种繁多，新的材料不断涌现、日新月异，为了研究、制备和开发、应用的 方便，必须对材料进行分类。分类的方法很多，按材料的化学组成分类是基本方法，即 根据材料的化学组成及结构，分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。 各类材料在制备、性能和应用上，都有许多共性。本章将对这三大类工程材料及由它们 组合的复合材料，分别进行讨论。 二、材料的组成、结构与性能 现有材料种类极多，工程技术人员没必要也不可能掌握这些材料的特殊性能和应用 细节，最重要的是记住一条基本原理：材料的性能取决于材料的化学组成和结构。 1.材料的组成和性能 以化学观点看，所有的材料都是由己知的112种元素单质和它们的化合物组成的。 组成不同，便会得到物理、化学性质迥异的物质，这是人们熟知的事实。例如，水20 与过氧化氢0，两种物质的分子中仅相差一个氧原子，但性质上完全不同：前者十分 稳定，后者极易分解：前者呈中性，后者显弱酸性等等。 材料内部某种或某些化学成份在含量上的变化，引起材料性能变化的典型例子是钢 铁。钢铁的性质与其中碳含量密切相关。不含碳或含碳极少(0.04%以下)的铁称熟铁， 其质很软，不能作结构材料使用。含碳量在2.0%以上时称铸铁，其质硬而脆。含碳量在 上述两者(0.7%~1.8%)之间，则称钢。钢兼有较高的强度和韧性，因此在工程上获 得广泛的应用，主要机器零部件和工程结构都是由钢材制成的。与此相似，合金钢的性 能是以合金元素的一定含量为条件的。钢中加铬，可提高钢的耐蚀性，但只有当钢中含 铬量在13%以上时，才能成为耐蚀性强的不锈钢。在结构钢中，合金元素硼一般不得超 过0.003%，若含硼量超过此值，会使该结构钢性能恶化，其塑性特别是韧性将明显下降 甚至出现脆性。 材料的性能与内部的化学组分的密切关系，这可以从杂质对材料性能的影响得到说 明。杂质的存在，会使材料的机械性能、电性能等恶化，因此，提高材料的纯度是增强 材料特性的重要途径。在现代高新技术中，对材料纯度要求越来越高，比如半导体硅的 纯度要求达到812个“9”（即99.999999%^99.9999999999%），才能符合半导体工艺的 要求。另一方面，又要在高纯的硅中有控制地掺入少量的杂质，以提高其半导性能，并 4• • 4 丰富多彩、品种繁多，新的材料不断涌现、日新月异，为了研究、制备和开发、应用的 方便，必须对材料进行分类。分类的方法很多，按材料的化学组成分类是基本方法，即 根据材料的化学组成及结构，分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。 各类材料在制备、性能和应用上，都有许多共性。本章将对这三大类工程材料及由它们 组合的复合材料，分别进行讨论。 二、材料的组成、结构与性能 现有材料种类极多，工程技术人员没必要也不可能掌握这些材料的特殊性能和应用 细节，最重要的是记住一条基本原理：材料的性能取决于材料的化学组成和结构。 1. 材料的组成和性能 以化学观点看，所有的材料都是由己知的 112 种元素单质和它们的化合物组成的。 组成不同，便会得到物理、化学性质迥异的物质，这是人们熟知的事实。例如，水 H2O 与过氧化氢 H2O2，两种物质的分子中仅相差一个氧原子，但性质上完全不同：前者十分 稳定，后者极易分解；前者呈中性，后者显弱酸性等等。 材料内部某种或某些化学成份在含量上的变化，引起材料性能变化的典型例子是钢 铁。钢铁的性质与其中碳含量密切相关。不含碳或含碳极少（0.04%以下）的铁称熟铁， 其质很软，不能作结构材料使用。含碳量在 2.0%以上时称铸铁，其质硬而脆。含碳量在 上述两者（0.7％～1.8%）之间，则称钢。钢兼有较高的强度和韧性，因此在工程上获 得广泛的应用，主要机器零部件和工程结构都是由钢材制成的。与此相似，合金钢的性 能是以合金元素的一定含量为条件的。钢中加铬，可提高钢的耐蚀性，但只有当钢中含 铬量在 13%以上时，才能成为耐蚀性强的不锈钢。在结构钢中，合金元素硼一般不得超 过 0.003%，若含硼量超过此值，会使该结构钢性能恶化，其塑性特别是韧性将明显下降， 甚至出现脆性。 材料的性能与内部的化学组分的密切关系，这可以从杂质对材料性能的影响得到说 明。杂质的存在，会使材料的机械性能、电性能等恶化，因此，提高材料的纯度是增强 材料特性的重要途径。在现代高新技术中，对材料纯度要求越来越高，比如半导体硅的 纯度要求达到 8~12 个“9”（即 99.999999%~99.9999999999%），才能符合半导体工艺的 要求。另一方面，又要在高纯的硅中有控制地掺入少量的杂质，以提高其半导性能，并