基礎:什麼是陶瓷?
碳化物陶瓷
碳化物陶瓷把金屬或矽和碳結合起來。著名成員有碳化矽 SiC(金剛砂,砂紙與磨刀石上的黑色顆粒)、碳化硼 B4C(已知最硬的材料之一,用於防彈裝甲),以及碳化鎢 WC(切削刀具的刀尖或原子筆的滾珠)。若說氧化物是已燒盡的一支,碳化物就是類鑽石的一支,極硬且高度共價。
碳與矽的電負度相近且中等,所以像 Si-C 這樣的鍵大多是共價且具方向性,很像鑽石中的鍵。這換來極高的硬度(SiC 與 B4C 都逼近硬度表頂端,僅次於鑽石)、很高的剛性,就 SiC 而言還有高熱傳導(它能像金屬一樣散熱),以及優異的耐火性。許多碳化物還會導電,這一點和典型氧化物不同。
SiC 出現在磨料、煞車碟、泵浦密封、高功率電子元件,以及太空望遠鏡的反射鏡上;WC 則是燒結碳化物切削刀具中的硬質相(以鈷黏結);B4C 用於裝甲與中子屏蔽。誠實的陷阱在於氧化:因為碳化物尚未氧化,它們在熱空氣中會慢慢與氧反應。SiC 靠著長出一層保護性的二氧化矽皮(被動氧化)而能撐到很高的溫度;防護較差的碳化物則會劣化,所以碳化物常保留給惰性、還原或有保護的環境使用,恰好是氧化物取捨的鏡像。
黏在砂紙上、閃著暗光的顆粒就是碳化矽(SiC):它的共價、類鑽石鍵使它硬到能磨鋼,而它導熱好到可在高功率電子元件中當散熱片。
金屬或矽加碳:共價、極硬、剛、耐火,但在熱空氣中會氧化。
碳化物並未預先氧化,所以在熱空氣中可能燒起來。SiC 靠長出一層保護性二氧化矽而存活;正是這層被動氧化皮讓它能用到約攝氏1600度。
另见