趙 杰 葉 飛 王 清 齊 民

大連理工大學(xué)材料學(xué)院 遼寧大連 116085

“相”與“組織”是材料類課程中非常重要的概念，又是在教師講授和學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中常常講不明白，需要反復(fù)舉例讓學(xué)生體會(huì)領(lǐng)悟的概念。在目前的材料科學(xué)基礎(chǔ)和工程材料教材中，相關(guān)概念的定義各有千秋。筆者根據(jù)目前一些教材中的定義及教學(xué)過(guò)程中的體會(huì)，提出這兩個(gè)重要概念的定義供大家商榷。

1 “相”的概念

“相”在材料科學(xué)基礎(chǔ)和其他材料專業(yè)課程中是使用最為頻繁的概念之一，一些教材中對(duì)其有明確的定義，而有些教材中則定義不明確。對(duì)于有明確定義的教科書，也沒(méi)有統(tǒng)一的敘述。例如：

在潘金生、仝健民、田民波編著的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》(清華大學(xué)出版社)中，“相”的定義是：人們把具有相同的(或連續(xù)變化的)成分、結(jié)構(gòu)和性能的部分(或區(qū)域)稱為合金相或簡(jiǎn)稱相。

在胡賡祥、蔡珣、戎詠華編著的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》(上海交通大學(xué)出版社)中，“相”的定義是：所謂相，是指合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開(kāi)的均勻組成部分。

在石力開(kāi)主編的《材料詞典》(化學(xué)工業(yè)出版社)中，詞條“相”的定義是：一個(gè)由大量原子或分子組成的系統(tǒng)，在一定的外部約束條件的作用下達(dá)到平衡時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)相互區(qū)別的均勻區(qū)域。具有同樣結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的均勻區(qū)域便構(gòu)成一個(gè)相。

以上定義對(duì)“相”從不同角度進(jìn)行了敘述，但細(xì)致分析，應(yīng)該說(shuō)不是很準(zhǔn)確，仍然存在問(wèn)題。例如，按照這些概念，“相”是“部分”或者“區(qū)域”，這容易讓人費(fèi)解，也是學(xué)生學(xué)習(xí)中容易迷糊的地方。

英文教材中是怎么定義“相”的呢？“相”的英文名稱比較確定：“phase”。在一本英文教材中，是這樣定義的，“A phase may be defined as a homogenous portion of a system that has uniform physical and chemical characteristics”。翻譯成中文：“相可以定義為系統(tǒng)中的一個(gè)均勻部分，它具有均勻的物理和化學(xué)特性”。很有意思的是，這里用了“may be defined”，說(shuō)明編者對(duì)于這一定義并不滿意。

在美國(guó)材料學(xué)會(huì)(ASM)編寫的手冊(cè)中，對(duì)“相”的定義有比較詳細(xì)的解釋。其原文為：The term"phase" refers to that region of space occupied by a physically homogeneous material.However, there are two uses of the term: the strict sense normally used by physical scientists and the somewhat looser sense normally used by materials engineers.In the strictest sense, homogeneous means that the physical properties throughout the region of space occupied by the phase are absolutely identical,and any change in condition of state, no matter how small,will result in a different phase.For example, a sample of solid metal with an apparently homogeneous appearance is not truly a single-phase material, because the pressure condition varies in the sample due to its own weight in the gravitational field.In a phase diagram, however,each single-phase field is usually given a single label,and engineers often find it convenient to use this label to refer to all the materials lying within the field, regardless of how much the physical properties of the materials continuously change from one part of the field to another.This means that in engineering practice, the distinction between the terms "phase" and "phase field" is seldom made, and all materials having the same phase name are referred to as the same phase.

根據(jù)這一定義，“相”是一個(gè)空間區(qū)域，并呈現(xiàn)均勻的(或相同的)物理特性。同時(shí)，基于此，提出了嚴(yán)格意義和不那么嚴(yán)格意義上的定義。從嚴(yán)格意義上講，均勻的物理特性意味著“相”所占據(jù)空間的物理特性要絕對(duì)相同，任何變化都會(huì)使其不是一個(gè)“相”。例如，一個(gè)試樣的不同部位所受的重力場(chǎng)有變化，則不是一個(gè)“相”。當(dāng)然，這是從物理學(xué)家的角度得到的推論。從材料研究者的角度，需要“不那么嚴(yán)格意義上的定義”?！跋唷笔窍鄨D上的一個(gè)單相區(qū)，“相”允許在一個(gè)相區(qū)中物理特性的連續(xù)變化，“相”實(shí)際上與“相區(qū)”的概念沒(méi)有很大的區(qū)別。

參照國(guó)內(nèi)外這些描述，“相”的定義中應(yīng)該敘述以下性質(zhì)：“相”是一個(gè)系統(tǒng)(或稱聚集體，或空間區(qū)域)；“相”具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，或聚集狀態(tài)(為了說(shuō)明液相或氣相)；在相圖中位于一個(gè)單相區(qū)稱為一“相”，允許物理特性的連續(xù)變化?；诖?，本文試著提出“相”的概念供商榷：“相”是一個(gè)由大量原子或分子組成的空間區(qū)域(或聚集體、或系統(tǒng))，具有相同的晶體結(jié)構(gòu)或聚集狀態(tài)，在相圖中位于一個(gè)單相區(qū)中，允許物理特性的連續(xù)變化。

2 “組織”的概念

“組織”也是材料學(xué)知識(shí)中一個(gè)很重要的概念，并且經(jīng)常要求學(xué)生掌握“相”與“組織”的區(qū)別，要掌握用“相組成物”和“組織組成物”標(biāo)識(shí)相圖。而對(duì)“組織”有明確定義的教科書較少。在給學(xué)生講述“組織”時(shí)，一般需要反復(fù)舉例，說(shuō)明在什么情況下可以稱為“組織”，在什么情況下稱為“相”。似乎“組織”是一個(gè)需要學(xué)生深刻意會(huì)的重要概念。

在潘金生、仝健民、田民波編著的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中，這樣定義“組織”：在一定的外界條件下，一定成分的合金可以由若干不同的相組成，這些相的總體便稱為合金的組織。細(xì)致思考，這一概念仍然不能準(zhǔn)確定義“組織”。例如：?jiǎn)蜗嘁部梢苑Q為“組織”，并且按照上述定義也不能很好地理解塑形變形后形成的“纖維組織”。在一些教材中，將“組織”與“微觀組織”或“顯微組織”之間模糊化處理，但“微觀組織”體會(huì)起來(lái)是一個(gè)泛指的概念，而“組織”則有具體的對(duì)象特征，如“魏氏組織”“共析組織”“帶狀組織”等。

互聯(lián)網(wǎng)上有人這樣說(shuō)明組織：“組織則可以理解是一種結(jié)合形態(tài)。比如共晶組織，就是共晶轉(zhuǎn)變是同時(shí)析出的兩種相結(jié)合形成的一種形態(tài)；還有比如冷變形金屬晶粒被壓扁，拉長(zhǎng)，形成纖維組織，其實(shí)就是一種形態(tài)，回復(fù)僅是消除一定的加工硬化(降低位錯(cuò)密度)，形態(tài)沒(méi)變化，只有再結(jié)晶后成變成等軸晶，也就是轉(zhuǎn)變成了等軸晶組織。組織可以由多個(gè)相組成，但不能說(shuō)是由相構(gòu)成組織的”?？梢钥闯?，“組織”似乎成為一個(gè)需要深刻意會(huì)的重要概念。

一個(gè)很有意思的感覺(jué)是，“組織”好像是漢語(yǔ)中才特殊強(qiáng)調(diào)的概念。當(dāng)查閱英文中是怎么定義“組織”時(shí)，似乎沒(méi)有一個(gè)明確的對(duì)應(yīng)詞匯。如果翻閱英語(yǔ)教材中與漢語(yǔ)“組織”相關(guān)的內(nèi)容時(shí)，有如下詞匯可以對(duì)應(yīng)：microstructure，structure，constitution，constituent等。這里，“microstructure”能夠?qū)?yīng)的情形更多些，但這個(gè)詞本身的涵義應(yīng)該比“組織”更寬泛些，與漢語(yǔ)的“微觀組織”類似。“structure”有時(shí)是指晶體結(jié)構(gòu)，也不能和漢語(yǔ)“組織”準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。漢語(yǔ)中“相組成物的相圖”和“組織組成物的相圖”在英語(yǔ)中可以用“phase diagram”和“constitutional diagram”標(biāo)識(shí)?！敖M織”還有一個(gè)對(duì)應(yīng)詞匯“organization”，但顯然不是材料科學(xué)中“組織”所表達(dá)的意思。由于“組織”這個(gè)概念的特殊性，也許我們可以創(chuàng)造一個(gè)詞匯“zuzhi-structure”，以豐富材料科學(xué)的英語(yǔ)詞匯。

根據(jù)“組織”表示的對(duì)象，可以初步歸納出以下幾點(diǎn)：“組織”可以是單相也可以是多相；“組織”應(yīng)該在微觀尺度上具有特定的形態(tài)以相互區(qū)別；不同“組織”的性能各有特點(diǎn)。基于此，本文也試著提出“組織”的概念供商榷：“組織”是具有(可相互區(qū)別的)特定微觀形態(tài)和性能的空間區(qū)域(或聚集體、或系統(tǒng))，可以是單相也可以是多相。