晶体是具有空间格子构造的固体。一般情况下，晶体具有整齐、规则的外形，确定的化学成分和内部结构。晶体具有相对固定的化学性质，以及相对固定的密度、硬度、熔点、晶格能、热膨胀系数等物理性质。图1-1显示了温度变化时，同组分的晶体、玻璃和液体的体积变化。

1-1晶体和非晶物质

由图1-1可知，晶体具有固定的熔点。在熔点，加热时晶体吸收能量融化成液体，冷却时液体放出热量，析出晶体。在相同的热力学条件下，与同一组成的玻璃体、液体、气体相比，晶体具有最小的内能。在熔点温度以下，品体是物质最稳定的存在形式。一般晶体的内能越高，结合越紧密，熔点越高，并且具有更大的硬度和更小的热膨胀系数。

金属晶体指主要由金属键键合的晶体。由于金属键没有方向性和饱和性，金属晶体中，金属阳离子作最紧密堆积，自由电子运动于金属阳离子之间。金属健使材料具有金属光泽，赋予了材料良好的导电性、导热性、机械加工性以及相对容易失去电子的化学性质。比如，Cu、AI和工业纯铁。

共价晶体指主要由共价键键合的晶体。晶体中原子间由共价键连接。共价键具有方向性、饱和性和很高的健能。其中，金刚石是典型的共价品体。碳化硅和石英品体的共价键成分也很高。通常，共价晶体具有较高的熔点、硬度。

高铝砖

离子晶体指主要由离子键键合的晶体，离子晶体中，阳离子和阴离子互相吸引。离子键没有方向性和饱和性，一般情况下，离子晶体的配位数大，离子堆积比较紧密，结合能较高。离子晶体的特点是具有强烈的红外吸收性能，对可见光透明，低温下电导率低，但高温下电导率高，一些离子晶体也具有很高的硬度和熔点。

氢键品体指主要由氢键键合的晶体。氢键具有一定的离子性。氢键在水、和水合无机盐中是重要的。氢键对于水泥和很多无机结合剂的粘接作用具有意义。

分子晶体指主要由范德华力键合的晶体。分子间的健能小，键合力低。所以，分子晶体硬度和熔点通常较低。

品体结构和化学键的性质对晶体物质的性能具有极为重要的影响。比如，石墨和金刚石具有相同组分，但具有不同的结构，因而具有完全不同的物理性质金刚石晶体和石墨晶体的结构如图1-2所示。

1-2金刚石和石墨的晶体结构对比

由图1-2可知，金刚石晶体中的原子以共价键结合，原子由结合力很高的共价键连成牢固的三维网架结构，从而赋予了金刚石极高的硬度和熔点。石星具有层状结构，层内的原子由共价键结合，层间的原子由金属键结合。所以，石墨虽然具有很高的熔点，但具有很低的硬度、金属光泽以及导电性。

再如，金属品体中的金属键由自由流动的电子组成。金属键没有方向性和饱和性。所以，金属晶体具有很多的滑移系统，易于滑移。从而，金属具有良好的塑性变形行为。无机非金属材料中的共价键具有饱和性和方向性。所以，共价晶体中没有滑移系。离子键虽没有方向性和饱和性，但由于同号离子相斥，只有少数几个滑移系能够满足静电作用要求。离子晶体的滑移系如图1-3所示。

1-3离子晶体的滑移

对于多晶物质，晶粒在空间随机分布，不同的晶粒的滑移系具有不同方向。多晶离子晶体材料没有滑移系。所以，金属材料和陶瓷材料分别具有如图1-4所示氧化铝及低碳钢所代表的应力-应变曲线。

1-4金属和陶瓷的典型应力-应变曲线

由图1-4可知，低碳钢受力后首先产生弹性变形；名义应力达到弹性极限后，产生滑移和塑性变形。随着塑性变形的增加，应力强化作用显现，材料抵抗应力的能力逐步提高，直至到达强度极限；到达强度极限后，材料仍能承受很大的应力，发生可观变形，直至最后断裂。所以，以低碳钢为代表的金属材料具有强而韧的力学特性。

相反，以氧化铝为代表的陶瓷材料应力应变曲线相当陡峭，即弹性模量或硬度很高，受到很大应力作用也只产生很小的变形，但是，一旦应力达到强度极限，裂纹急速扩展，接着就是灾难性断裂，材料随之损坏，所以，以氧化铝陶瓷为代表的无机非金属材料具有硬而脆的力学特性。

图1-3和图1-4揭示了脆性的起源与本质，具有非常重要的理论意义和极大的实用价值。一般认为，脆性破坏的特征是：

①破坏变形小；

②破坏先兆少；

③破坏发生的突然性；

④破坏发展的迅速性；

⑤破坏结果的灾难性；

⑥目前条件下，破坏过程的不可预测性。

脆性是无机非金属材料的本质。尽管无机非金属材料进步很大，新型陶瓷耐火材料的性能明显提高，但还是尽量不要使这些材料受到冲击、热震、集中力的作用。如果受到过大冲击、热震、集中应力的作用，陶瓷耐火材料就可能出现损伤。由于动应力、集中力的作用，损伤的产生和发展都是高度的非平衡过程，都具有不稳定性和不确定性，所以，材料具有不确定的寿命。

另一方面，即使精心维护，陶瓷、耐火材料也难免完全不受到冲击、集中、热震的作用。所以，使用陶瓷、耐火材料作为重要的结构部件时，一定要有预案来防止它们突然损毁而引起的事故。

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