陶瓷家族
陶瓷是一個家族的姓,而非單一材料,就像鳥既涵蓋麻雀也涵蓋鴕鳥。這是對這一大家子的初步巡禮。主要的分支,是依金屬所結合的非金屬來分:氧化物(結合氧)、碳化物(結合碳)、氮化物(結合氮)、硼化物(結合硼)、龐大的矽酸鹽一族(由矽-氧單元搭成),以及玻璃(上述任何一種從熔融態凍住而沒有結晶者)。
氧化物,氧化鋁 Al2O3、氧化鋯 ZrO2、氧化鎂 MgO、二氧化矽 SiO2,是最大的一支:穩定、已氧化、以離子性為主,是絕緣體、耐火材料與結構件的主力。碳化物(SiC、B4C、WC)與氮化物(Si3N4、AlN、TiN)以共價性為主,極硬又耐火,用於切削刀具、裝甲與高溫零件。硼化物(TiB2、ZrB2)是能導電、超級耐火的陶瓷,用於最嚴苛的高溫場合。矽酸鹽,黏土、長石、石英、雲母,是造岩礦物,也是所有傳統陶瓷的根基。玻璃則是非結晶的表親,從窗玻璃到光纖都是。
這個家族還有另一種橫切成分的分法:傳統(以黏土為本)對上先進(高純度、工程化)陶瓷。這趟巡禮的重點,是一張心智地圖:一旦你能把一個新材料放上這棵樹(AlN 是氮化物,以共價為主,那就預期它硬、耐火、絕緣),你就能在查任何資料之前先猜出它的性格。這些分支也會彼此模糊:賽隆(sialon)是矽-鋁-氧氮化物,混合了氮化物與氧化物兩個世界;玻璃陶瓷則是被刻意結晶化的玻璃。這個家族有表親也有雜交種,不只有乾淨的物種。
給你四個沒貼標籤的零件,火星塞絕緣體、磨刀石、噴射引擎軸承、酒瓶,你就能叫出它們的家族:氧化物(氧化鋁)、碳化物或氧化物磨料、氮化物(氮化矽)、玻璃,並光憑家族就猜出各自的硬度與耐熱程度。
依非金屬夥伴分類,氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、矽酸鹽、玻璃,就能預測其行為。
這些分支是指引,不是硬牆。氧氮化物(賽隆)、碳氮化物與玻璃陶瓷都刻意跨足兩個家族。