國立海洋大學應用地球科學研究所報告大綱

礦物岩石也是陶瓷

鄧茂華

你知道石頭也是陶瓷嗎？你知道石頭礦物都算是傳統陶瓷，但卻不是精密陶瓷嗎？精密陶瓷和一般使用的陶瓷餐具、花瓶有甚麼不同呢？為什麼上世紀末80年代曾被譽為精密陶瓷的時代，結果卻看不到它所帶來的革命呢？

其實精密陶瓷早已充斥在你我的身邊。若是沒有精密陶瓷，目前的高科技與驚人的文明發展都不可能。我們將介紹一些精密陶瓷的應用實例，以及現代材料科學如何運用各種原理去設計製造一個性質特殊而且根本不存在的新材料。

I. 陶瓷是甚麼？ ---------------------------------------------------------------------

1. 甚麼是材料科學的陶瓷？

陶瓷的定義：非金屬無機化合物。狹義的定義則指結晶質、不溶於水、在製造或使用過程被加溫至高溫而成型之非金屬無機材料。

（可以略分為傳統陶瓷與精密陶瓷兩大類）

2. 礦物岩石為甚麼也是陶瓷？

3. 南北極的冰是不是陶瓷？ 家中冰箱裏的冰塊是不是陶瓷？

II. 傳統陶瓷 --------------------------------------------------------------------------

1. 陶瓷的歷史演化路徑 （人類演化與新舊石器時代）

2. 黏土礦物的基本構造

3. 考古發現的陶瓷

4. 現代陶瓷藝品

5. 玻璃會不會流動？

III. 精密陶瓷 --------------------------------------------------------------------------

A. 天文望遠鏡的陶瓷

1. 直徑200英吋的玻璃塊

2. 哈伯Hubble太空望遠鏡的玻璃鏡 – 輕格子狀結構

3. Subaru望遠鏡直徑325英吋的玻璃塊

4. 天文觀測：太陽系九大行星

5. 最新發現的宇宙樣貌：正常物質、黑暗物質、黑暗能量。

B. 打不破的陶瓷 （人工合成陶瓷）?

1. 立方晶系氧化鋯（蘇聯鑽 CZ）,

2. 部分安定化氧化鋯 (ZrO₂) 打不破的原理：相變韌化

3. 人工合成藍寶石單晶：Verneuil法、熱交換法

4. 雷射用單晶

C. 太空梭的難題

1. 太空梭隔熱磚

規格要求：重量要輕、能耐很高的溫度、導熱度要很差…

最終成品：陶瓷纖維絲燒製成的低密度隔熱磚

缺點：機械強度不足，造成哥倫比亞號太空梭在返航時分解破碎而墜毀。

2. 太空飛機的引擎

規格要求：重量要輕、能耐1500^oC以上高溫的超合金… 目前仍無解！

D. 其他特別的陶瓷

1. 透光的陶瓷

1. 高壓鈉氣燈內部達3700^oC，要用甚麼透光材料來裝？

2. Lucalox^TM 半透明純氧化鋁管

3. 氧化鋁為什麼會透光？

2. 壓電陶瓷 ─ 石英錶內石英板、聲納、雷達、掃瞄穿隧式顯微鏡…

3. 電光性陶瓷 ─ 飛行員護目鏡、魔術窗戶…

4. 光纖通訊的難題 ─ 光線要通過幾公里厚的材料還看得見！

5. 車用陶瓷 ─ 火星塞也需要絕緣、排氣管的廢氣怎麼轉化？

6. 耐火陶瓷 ─ 煉鋼廠的高爐為什麼不會融化？

7. 軍事用陶瓷 ─ 金屬製的巡弋飛彈怎麼接收衛星訊號？

8. 醫學用陶瓷 ─ 定點放射線治療、人工關節、假牙…

9. 陶瓷與核能 ─ 核廢料要怎麼處置？

10. 燃料電池 ─ 沒有導電陶瓷一定製造不出來！ 陶瓷電解質…