基礎:什麼是陶瓷?
化學惰性
為什麼要用陶瓷去襯爐子、坩堝或化學反應器?因為陶瓷多半拒絕反應。化學惰性就是陶瓷抵抗被周遭環境侵蝕、溶解或腐蝕的能力,這些環境包括酸、鹼、熔融金屬、熱氣體、體液。一只瓷盤對檸檬汁無動於衷;一根氧化鋁管能載送灼熱的腐蝕性氣體,那氣體卻會把鋼吃掉。
原因又在鍵結。許多陶瓷、尤其是氧化物,本身就已是它們各元素燒盡了的、完全反應過的、能量最低的形式:氧化鋁就是鋁已經與氧結合完畢,所以幾乎沒有多餘的化學能可靠再反應去獲得。(這也是為什麼金屬會朝氧化物腐蝕,而陶瓷多半不會:陶瓷就是那個終點。)強而有力的離子-共價鍵也把每個原子牢牢抓住,讓來犯者找不到鬆動的電子或下手的著力點。速率也要緊:即使一個反應在熱力學上有利,它在室溫下也可能慢到無關緊要。
惰性是一段範圍,不是絕對。二氧化矽玻璃會慢慢溶於氫氟酸與熱的強鹼;有些氮化物與碳化物在熱空氣中會氧化(慢慢長出一層保護性氧化皮);某些玻璃在水中會析出離子。所以工程師談的是在特定條件下的化學耐久性。而在惰性成立之處,它價值連城:耐酸磁磚、盛熔融金屬的坩堝、浸在燃燒燃料中的火星塞絕緣體,以及能在體內安坐數十年而不溶解的生醫植入物(氧化鋁髖關節、氧化鋯牙冠)。
化學家寧可用氧化鋁或二氧化矽坩堝、而非金屬坩堝來加熱反應,因為陶瓷不會跟著攪和:它能在攝氏1500度下承受熔融鹽與腐蝕性煙氣,那樣的環境幾乎會溶解或氧化任何金屬容器。
陶瓷往往就是已氧化、能量最低的形式,所以幾乎沒有什麼可再反應。
惰性取決於條件,並非絕對:二氧化矽會被氫氟酸侵蝕,許多非氧化物陶瓷在熱空氣中也會慢慢氧化。務必註明環境。
又称
另见