顯微組織及其發展

封閉孔隙(closed porosity)

另一種氣孔是你搆不著的那種:一個完全封在固體內部的空洞,與外表面、也與其他氣孔隔絕,就像凍在冰塊深處的氣泡、或埋在麵包正中央的葡萄乾。這就是封閉孔隙(closed porosity)。把產品浸到水裡,什麼也進不了這些氣孔,因為沒有通道通向它們——它們是沒有門的密室。因此一件產品外表可能摸起來、測起來都不透水,內部卻仍藏著空洞。

封閉孔隙是燒結的終局。在最終階段,一旦坯體越過約 90 到 95 % 的理論密度,晶粒之間原本連續的開放通道便縮頸、掐斷,斷成一串串各自獨立的圓潤口袋,通常坐落在數顆晶粒交會的角落。此時這些口袋只能靠原子從氣孔表面擴散進周圍晶格才能縮小,這是個緩慢的過程——更糟的是,任何困在裡面的氣體(來自燒成氣氛或黏結劑燒除)會隨氣孔縮小而累積壓力並反抗,於是最後一兩個百分點的孔隙最難去除。若晶粒越過它的氣孔繼續長大,氣孔便被困在單一晶粒深處,那裡擴散最慢,可能永遠出不來。

這正是為什麼燒得更熱或更久,並不總能得到更緻密的陶瓷——這是本領域最大的反直覺之一。激進的燒成會使晶粒粗化,而失控的晶粒會把氣孔困在自己內部,永久凍結封閉孔隙。工業上的解法是熱等靜壓(HIP):在高溫下以高壓氣體擠壓產品,讓外部壓力壓倒困住氣體的反抗,把最後的封閉氣孔壓垮。封閉孔隙也有用途——刻意造出的封閉氣孔可做成輕量、封閉氣室的隔熱材,且不會吸水。

一批透明氧化鋁出爐時帶著淡淡的乳白,而非清透。切片後看見一撮撮僅約一微米的封閉氣孔,各自被困在晶粒內。追加一道 1200 bar 的熱等靜壓循環把它們壓垮,下一批便清透到可以隔著它讀文字。

每顆晶粒只要有一個微米級的封閉氣孔,就足以散射光線,把透明陶瓷變得乳白。

一旦氣孔被困在晶粒內部,一般的無壓燒結幾乎永遠無法去除它,因為本體晶格是最慢的擴散路徑。教訓是:在氣孔消失前先讓晶粒維持細小,而不是反過來。

又稱
isolated porositysealed porosity孤立孔隙閉孔率