赵 杰 叶 飞 王 清 齐 民

大连理工大学材料学院 辽宁大连 116085

“相”与“组织”是材料类课程中非常重要的概念，又是在教师讲授和学生学习过程中常常讲不明白，需要反复举例让学生体会领悟的概念。在目前的材料科学基础和工程材料教材中，相关概念的定义各有千秋。笔者根据目前一些教材中的定义及教学过程中的体会，提出这两个重要概念的定义供大家商榷。

1 “相”的概念

“相”在材料科学基础和其他材料专业课程中是使用最为频繁的概念之一，一些教材中对其有明确的定义，而有些教材中则定义不明确。对于有明确定义的教科书，也没有统一的叙述。例如：

在潘金生、仝健民、田民波编著的《材料科学基础》(清华大学出版社)中，“相”的定义是：人们把具有相同的(或连续变化的)成分、结构和性能的部分(或区域)称为合金相或简称相。

在胡赓祥、蔡珣、戎咏华编著的《材料科学基础》(上海交通大学出版社)中，“相”的定义是：所谓相，是指合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。

在石力开主编的《材料词典》(化学工业出版社)中，词条“相”的定义是：一个由大量原子或分子组成的系统，在一定的外部约束条件的作用下达到平衡时，系统内形成一个或多个相互区别的均匀区域。具有同样结构与性质的均匀区域便构成一个相。

以上定义对“相”从不同角度进行了叙述，但细致分析，应该说不是很准确，仍然存在问题。例如，按照这些概念，“相”是“部分”或者“区域”，这容易让人费解，也是学生学习中容易迷糊的地方。

英文教材中是怎么定义“相”的呢？“相”的英文名称比较确定：“phase”。在一本英文教材中，是这样定义的，“A phase may be defined as a homogenous portion of a system that has uniform physical and chemical characteristics”。翻译成中文：“相可以定义为系统中的一个均匀部分，它具有均匀的物理和化学特性”。很有意思的是，这里用了“may be defined”，说明编者对于这一定义并不满意。

在美国材料学会(ASM)编写的手册中，对“相”的定义有比较详细的解释。其原文为：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.

根据这一定义，“相”是一个空间区域，并呈现均匀的(或相同的)物理特性。同时，基于此，提出了严格意义和不那么严格意义上的定义。从严格意义上讲，均匀的物理特性意味着“相”所占据空间的物理特性要绝对相同，任何变化都会使其不是一个“相”。例如，一个试样的不同部位所受的重力场有变化，则不是一个“相”。当然，这是从物理学家的角度得到的推论。从材料研究者的角度，需要“不那么严格意义上的定义”。“相”是相图上的一个单相区，“相”允许在一个相区中物理特性的连续变化，“相”实际上与“相区”的概念没有很大的区别。

参照国内外这些描述，“相”的定义中应该叙述以下性质：“相”是一个系统(或称聚集体，或空间区域)；“相”具有相同的晶体结构，或聚集状态(为了说明液相或气相)；在相图中位于一个单相区称为一“相”，允许物理特性的连续变化。基于此，本文试着提出“相”的概念供商榷：“相”是一个由大量原子或分子组成的空间区域(或聚集体、或系统)，具有相同的晶体结构或聚集状态，在相图中位于一个单相区中，允许物理特性的连续变化。

2 “组织”的概念

“组织”也是材料学知识中一个很重要的概念，并且经常要求学生掌握“相”与“组织”的区别，要掌握用“相组成物”和“组织组成物”标识相图。而对“组织”有明确定义的教科书较少。在给学生讲述“组织”时，一般需要反复举例，说明在什么情况下可以称为“组织”，在什么情况下称为“相”。似乎“组织”是一个需要学生深刻意会的重要概念。

在潘金生、仝健民、田民波编著的《材料科学基础》中，这样定义“组织”：在一定的外界条件下，一定成分的合金可以由若干不同的相组成，这些相的总体便称为合金的组织。细致思考，这一概念仍然不能准确定义“组织”。例如：单相也可以称为“组织”，并且按照上述定义也不能很好地理解塑形变形后形成的“纤维组织”。在一些教材中，将“组织”与“微观组织”或“显微组织”之间模糊化处理，但“微观组织”体会起来是一个泛指的概念，而“组织”则有具体的对象特征，如“魏氏组织”“共析组织”“带状组织”等。

互联网上有人这样说明组织：“组织则可以理解是一种结合形态。比如共晶组织，就是共晶转变是同时析出的两种相结合形成的一种形态；还有比如冷变形金属晶粒被压扁，拉长，形成纤维组织，其实就是一种形态，回复仅是消除一定的加工硬化(降低位错密度)，形态没变化，只有再结晶后成变成等轴晶，也就是转变成了等轴晶组织。组织可以由多个相组成，但不能说是由相构成组织的”。可以看出，“组织”似乎成为一个需要深刻意会的重要概念。

一个很有意思的感觉是，“组织”好像是汉语中才特殊强调的概念。当查阅英文中是怎么定义“组织”时，似乎没有一个明确的对应词汇。如果翻阅英语教材中与汉语“组织”相关的内容时，有如下词汇可以对应：microstructure，structure，constitution，constituent等。这里，“microstructure”能够对应的情形更多些，但这个词本身的涵义应该比“组织”更宽泛些，与汉语的“微观组织”类似。“structure”有时是指晶体结构，也不能和汉语“组织”准确对应。汉语中“相组成物的相图”和“组织组成物的相图”在英语中可以用“phase diagram”和“constitutional diagram”标识。“组织”还有一个对应词汇“organization”，但显然不是材料科学中“组织”所表达的意思。由于“组织”这个概念的特殊性，也许我们可以创造一个词汇“zuzhi-structure”，以丰富材料科学的英语词汇。

根据“组织”表示的对象，可以初步归纳出以下几点：“组织”可以是单相也可以是多相；“组织”应该在微观尺度上具有特定的形态以相互区别；不同“组织”的性能各有特点。基于此，本文也试着提出“组织”的概念供商榷：“组织”是具有(可相互区别的)特定微观形态和性能的空间区域(或聚集体、或系统)，可以是单相也可以是多相。