熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion）

幾乎所有東西受熱都會略微變大、遇冷則收縮——鐵軌在大熱天會伸長，玻璃罐蓋沖了熱水後會鬆開。熱膨脹係數，寫作 alpha（或 CTE），就是材料每升高一度、以長度分率表示的伸長量：alpha =（1/L）(dL/dT)，其中 L 是長度、T 是溫度。像 8 x 10^-6 每克耳文這樣的典型值，代表一根一公尺長的棒子每升溫一度就伸長 8 微米。整體而言，陶瓷相較於金屬與塑膠膨脹得非常少。

它們為什麼會膨脹，又為什麼膨脹得這麼少？把兩個原子之間的鍵想像成一根彈簧，但是一根不對稱的彈簧：把原子推近比拉開更困難，所以能量井的底部並不對稱（這種不對稱稱為非諧性 anharmonicity）。當熱讓原子以更大的振幅擺動時，因為井的遠側較淺，平均間距便逐漸向外偏移。強、深、對稱的鍵膨脹得少；弱、鬆、不對稱的鍵則膨脹得多。這就是為什麼鍵結強的陶瓷 alpha 很低：熔融矽石約 0.5 x 10^-6 /K、氧化鋁約 8 x 10^-6、MgO 約 13 x 10^-6，而鋁金屬約在 23 x 10^-6。對等向性固體而言，體膨脹約為線膨脹的三倍。

熱膨脹是陶瓷工程中最關鍵的數字之一。膨脹匹配，你就能把陶瓷封接到金屬上、給陶器上釉而不龜裂、或黏上一層能撐過反覆溫度循環的塗層；膨脹不匹配，你就在零件裡埋下會使它開裂的應力。低膨脹是刻意設計出來的：堇青石（cordierite）與鋰鋁矽玻璃陶瓷的 alpha 接近零，這就是為什麼玻璃陶瓷爐面與堇青石觸媒轉化器載體能承受從火焰到冰塊的溫度劇變。最重要的是，alpha 是熱應力與熱震方程式中的首項——低 alpha 是承受突然溫度變化最強而有力的一個槓桿。