熱性質與熱震

熔點(melting point)

熔點是結晶固體放棄其有序結構、轉為液體的溫度。它是陶瓷超能力背後的頭號數字:陶瓷的熔點遠比金屬高,這就是為什麼在金屬會軟化、流動的地方,陶瓷仍能勝任。鐵在 1538 度C 熔化、鋁僅在 660 度C,但氧化鎂熔於約 2850、氧化鋁約 2050、氧化鋯約 2700、碳化鉿約 3900 度C——名列所有已知材料中最高的熔點之一。

為什麼這麼高?當熱振動終於壓過把原子固定在位置上的鍵時,晶體才熔化,所以熔點直接讀出了鍵的強度——讀出了定義陶瓷的強大離子-共價鍵中所儲存的晶格能。更深、更強的鍵需要更多的熱才能被搖散。使陶瓷堅硬又耐熱的那同一套鍵結,也使它高熔點;它們是同一種剛性的兩張面孔。體積小、電荷高、堆積緊密的離子(大的馬德隆和、大的晶格能)給出最高的熔點。

實務上有兩點誠實的複雜性值得注意。第一,許多陶瓷並不乾淨地熔化。有些在熔化前就分解(SiC 在約 2700 度C 以上是昇華並分解,而非形成一灘整齊的液體),有些則不諧熔,析出一種組成的固體與另一種組成的液體——莫來石就是經典案例。第二,玻璃根本沒有熔點:沒有晶體可分解,玻璃只是在一段寬廣的溫度範圍內隨黏度下降而逐漸軟化。使陶瓷耐火的極高熔點,也正是它們難以製造的原因:你無法像鑄金屬那樣澆鑄多數陶瓷,這正是為什麼它們改以在熔點以下燒結粉末的方式來建構。

碳化鉿與碳化鉭接近 3900 度C,名列已知熔點最高的固體之列,被研究用於高超音速載具前緣與火箭噴嘴喉部,那裡表面熾白發亮、任何金屬都無法存活。這種極端的耐火度,是極強、極短的共價鍵直接造成的結果。

最高的熔點屬於強共價鍵的碳化物與硼化物——這正是超高溫陶瓷的基礎。

高熔點並不保證高溫下就好用:氧化、分解、或低熔點的晶界相都可能讓陶瓷在遠低於熔點時就退役,因此決定實際極限的是耐火度,而非單憑熔點。

又称
melting temperaturefusion temperature熔化溫度熔融溫度