材料的三大類

要看清陶瓷是什麼，先看它不是什麼會很有幫助。工程師使用的幾乎每一種固體，都落入三大類，依原子如何鍵結而區分：金屬（銅、鋼、鋁）、陶瓷（氧化鋁、玻璃、磚）與高分子（塑膠、橡膠）。第四群複合材料則刻意結合其中兩者（例如玻璃纖維強化塑膠），以兼得兩者之長。

這三類的差別在鍵的層次，其餘一切都由此而來。金屬共享一片自由電子海，所以閃亮、導熱導電，而且，因為原子面能彼此滑移，會彎而不斷（有延展性）。陶瓷用的是固定的離子-共價鍵，電子被釘在原子上，所以又硬、又剛、又耐火、又絕緣、又脆。高分子是以碳為主的長鏈，彼此間靠弱作用力維繫，所以輕、柔、低熔點、易塑形。一份速記：要它導電又能彎？金屬。要它耐熱耐磨但可接受開裂風險？陶瓷。要便宜、輕、又柔？高分子。

這張三分地圖是整門學問的框架，也是誠實陳述陶瓷所提供與所付代價的方式。陶瓷勝在需要硬度、剛性、耐熱耐化學、或電絕緣之處；輸在需要韌性、延展性或抗衝擊寬容度之處，那恰恰是金屬的強項。工程有很大一部分，就是在選對類別，或是把它們結合：陶瓷基複合材料就借用了高分子世界的纖維把戲，把脆的陶瓷變得更韌。認識這三大類，告訴你的不只是陶瓷是什麼，還有何時該伸手去拿它。