Что такое структура материалов

Структура материалов - это внутреннее строение, то есть расположение в пространстве частиц разного размера, имеющих между собой устойчивые связи и порядок сцепления. Также к этому понятию относится расположение структурных элементов.

Структура подразделяется на микро- и макроструктуру. К микроструктуре относится расположение и взаимосвязь атомов, молекул и ионов, составляющих вещества. Именно микроструктурой определяется макроструктура - расположение и взаимосвязь макромолекул и кристаллов, составляющих материалы.

Основной формой расположения в пространстве для микрочастиц является кристаллическая решетка. Решетки могут быть разных типов, к примеру, молекулярная, ионная, металлическая. Для твердых тел характерна взаимосвязь положений соседних атомов, поэтому все вещества с кристаллической решеткой имеют форму кристаллов.

Твердое вещество без кристаллической структуры относится к аморфным. Атомы и молекулы в аморфных веществах расположены хаотично, что серьезно затрудняет изучение их структуры. Поэтому о ней приходится судить в основном по косвенным показателям. К примеру, способности плавиться постепенно, без фиксированной температуры плавления. В отличие от аморфных, у твердых тел признаки кристалличности ярко выражены: это геометрическая форма кристаллов, фиксированная температура перехода из одного состояния в другое, анизотропия.

Одному веществу вполне может быть присуще как кристаллическое, так и аморфное строение (кристаллический кварц и кварцевое стекло). Кроме того, существует полиморфизм – различные модификации существования кристаллов при неизменном составе самого вещества. Наиболее ярким примером полиморфизма являются алмаз и графит. И тот и другой – кристаллическая модификация углерода, обладающие совершенно различной твердостью (что еще раз подтверждает важность структуры для качества материалов). Другим хорошим примером могут послужить кристаллические модификации железа при нагревании и охлаждении. В высокотемпературной форме железо хорошо растворяет углерод, при охлаждении переходящий в механическую примесь.

Нельзя сказать, что структура неизменна. Из-за постоянного и непрерывного движения атомов и молекул, взаимодействия вещества с окружающей средой и прочих химических форм движения частиц, структура постоянно изменяется в пространстве и времени. Кажущаяся стабильность структуры макроскопических тел объясняется связями и отношениями структурных элементов, тогда как изменения и переходы их состояний выражаются в теплообменных явлениях и процессах кристаллизации.