Материаловедение и физика материалов рассматривают широкий спектр
веществ, применяемых в технике и науке. Основой классификации служат
физико-химические свойства, кристаллическая структура, происхождение, а
также функциональное назначение. Ниже приведены основные подходы к
систематизации материалов.
Классификация по
агрегатному состоянию
Твердые материалы
- Кристаллические (металлы, минералы, керамика,
полупроводники). Их отличает наличие дальнего порядка, периодическая
решётка, а также четко определённые физико-механические свойства:
твердость, модуль упругости, теплопроводность.
- Аморфные (стекло, полимеры, некоторые сплавы). В
них отсутствует дальний порядок, атомы или молекулы расположены
хаотично.
Жидкие материалы
- Традиционные жидкости (расплавы металлов, стеклообразные
жидкости).
- Жидкие кристаллы — промежуточное состояние между твердым и жидким,
обладающее анизотропией свойств.
Газообразные среды Используются в виде
технологических атмосфер (например, при получении кристаллов или
нанесении покрытий).
Классификация по
происхождению
- Природные материалы: минералы, древесина, природные
полимеры (целлюлоза, каучук), биоматериалы.
- Искусственные и синтетические материалы: металлы и
сплавы, керамика, синтетические полимеры, композиционные материалы.
Классификация по
химическому составу
Металлы и сплавы Отличаются высокой
электропроводностью, теплопроводностью и пластичностью. Примеры: железо
и его сплавы (сталь, чугун), алюминий, медь, титан.
Неорганические неметаллические материалы
- Керамика (оксиды, карбиды, нитриды).
- Стекла (силикаты, боросиликаты, кварцевые стекла).
- Минералы и каменные материалы.
Органические материалы
- Полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол).
- Биополимеры (белки, ДНК, целлюлоза).
Композиты Материалы, состоящие из нескольких
фаз, каждая из которых сохраняет свои свойства, но в совокупности они
обеспечивают новые характеристики. Примеры: углепластики,
стеклопластики, металл-матрица с керамическим наполнителем.
Классификация по
кристаллической структуре
- Ионные кристаллы (NaCl, MgO). Прочные, твердые, но
хрупкие; низкая электропроводность.
- Ковалентные кристаллы (алмаз, кремний, карбид
кремния). Исключительная твердость, высокая температура плавления.
- Металлические кристаллы (Fe, Cu, Al). Высокая
электропроводность и пластичность.
- Молекулярные кристаллы (CO₂, I₂, органические
соединения). Связь слабая, свойства зависят от межмолекулярных
взаимодействий.
Классификация по
функциональному назначению
Конструкционные материалы Используются для
создания деталей и конструкций, где важны прочность, пластичность,
сопротивление усталости. Примеры: сталь, титановые сплавы,
углепластики.
Функциональные материалы Обладают особыми
физическими свойствами:
- Электропроводящие (медь, алюминий, графит).
- Полупроводниковые (Si, Ge, GaAs).
- Диэлектрические (керамика, стекло, пластики).
- Магнитные (ферромагнетики, ферриты).
- Оптические (стекла с определённым показателем
преломления, кристаллы для лазеров).
Специальные материалы
- Жаропрочные (тугоплавкие металлы, суперсплавы).
- Коррозионностойкие (нержавеющие стали, титановые сплавы,
полимеры).
- Радиоактивные и радиационно-стойкие (урановые соединения, бериллий,
специальные керамики).
- Биоматериалы (имплантационные сплавы, биополимеры).
Классификация по
механическим свойствам
- Хрупкие материалы (стекло, керамика).
- Пластичные материалы (металлы, некоторые
полимеры).
- Высокоэластичные материалы (каучуки,
эластомеры).
Классификация по
энергетическим критериям
- Теплопроводные (медь, серебро, графит).
- Теплоизоляционные (пенополимеры, пористая керамика,
минеральная вата).
- Энергоаккумулирующие (аккумуляторные материалы,
ионные проводники).