基礎:什麼是陶瓷?

氮化物陶瓷

氮化物陶瓷把金屬或矽和氮結合起來。明星是氮化矽 Si3N4(強韌、耐熱震的引擎與軸承零件)、氮化鋁 AlN(一種幾乎像金屬般導熱的電絕緣體,是電子散熱的珍品),以及氮化鈦 TiN(鑽頭上那層金色硬塗層)。氮位於碳與氧之間,而氮化物在性格上也介於共價的碳化物與離子的氧化物之間。

金屬-氮鍵有強烈共價性,帶來硬度、高剛性與耐火性。氮化矽是最出色的結構陶瓷:它交錯的細長晶粒賦予它異常高的破裂韌性與極佳的耐熱震性(你可以把它燒到通紅再淬冷),這正是它被用於渦輪增壓器轉子與混合式軸承滾動元件的原因。氮化鋁則是絕緣體規則的例外中之例外:它擋住電流,卻靠其剛硬的輕原子晶格,透過晶格振動(聲子)極佳地傳導熱。

氮化物可作軸承、切削刀具、引擎元件、LED 與功率電子基板(AlN),以及兼具裝飾與功能的硬塗層(TiN)。和碳化物一樣,氮化物不是氧化物,所以在熱空氣中會氧化,不過氮化矽同樣以二氧化矽皮自我保護。賽隆(sialon),矽-鋁-氧氮化物,刻意把氧化鋁溶進氮化矽裡,把氮化物與氧化物兩個家族揉合成可調配的刀具材料,正好提醒我們:這些分支會彼此雜交。

讓鑽頭更耐用的那層金色塗層就是氮化鈦(TiN),一種噴成薄皮的硬質耐火氮化物。旁邊,氮化矽(Si3N4)軸承在引擎裡飛轉,正是因為它在急速加熱與冷卻時抗開裂。

金屬或矽加氮:共價、硬、耐火;Si3N4 是耐熱震的韌性冠軍,AlN 則是會導熱的絕緣體。

氮化物涵蓋很寬的性格範圍,從強韌的結構陶瓷 Si3N4,到會導熱的絕緣體 AlN,再到金色的 TiN 硬塗層,所以光報出家族只能部分縮小其行為範圍。