基礎:什麼是陶瓷?
無機非金屬固體
這一長串詞是陶瓷定義的骨幹,三個字各排除一樣東西。固體排除了液體與氣體;陶瓷能保持自己的形狀。無機排除了生物體與塑膠那種以碳鏈為主的化合物(有機化學);陶瓷主要由金屬與氧、氮、碳這類非金屬結合而成。非金屬則排除金屬本身,銅、鋼、鋁,它們鬆散共享的電子海使其閃亮、可彎、能導電。
更精確地說:無機指的是不以碳-氫鏈為基礎,不過碳本身,例如碳化矽 SiC,甚至鑽石,在這裡也算作類陶瓷。非金屬指的是鍵結為離子鍵與/或共價鍵,而非金屬鍵;電子被釘在特定原子上,而不是自由遊走。正是這一點,沒有自由電子海,使得多數陶瓷不太導電也不太導熱,且既不閃亮也不具延展性。對照一下:食鹽 NaCl(無機、非金屬,卻溶於水又不需燒製,是個邊界案例),對上教科書級的陶瓷氧化鋁 Al2O3。
這個定義有模糊的邊緣,而這是誠實的科學,不是含糊。石墨與鑽石是純碳(一種元素,此處姑且算無機),常因其硬度與耐火性而被歸入陶瓷一類。有些陶瓷確實會導電:氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)能傳導氧離子,銅氧化物則會超導。所以非金屬描述的是鍵結與來源,並不保證導電度為零。
摩一摩鋼湯匙和氧化鋁坩堝:湯匙是金屬,可鍛、閃亮、能導電,而坩堝是無機非金屬固體,又硬、又不反光、又絕緣,因為它的電子被鎖在原子上,而不是共享於電子海中。
這三個字各排除一件事:不是液體、不是有機、不是金屬。
無機非金屬講的是鍵結與來源,不是鐵律般的性質規則:少數陶瓷會導電,而碳(石墨、鑽石)就落在邊界上。
另见