首頁 奇妙的材料:改變世界的12種化學物質和它們背後的科學傳奇

從日用陶瓷到新型陶瓷

作為工藝品和藝術品的陶瓷已經發展到了極致,同時在日常生活中,陶瓷作為日常用品與人們朝夕相伴,成為不可或缺的生活用品。不知道那位為製作白瓷獻出了生命的伯特格爾,看到今天在日用品商店就能買到大量的質優價廉的白瓷餐具會有何感想。

從最開始的用普通黏土燒製的素陶,到精選顆粒均勻的黏土燒製的優質陶器,最終發展出了使用高嶺土等礦物質性黏土燒製的瓷器。一言概之,陶瓷發展史的主線就是加強對原料的精選、控製好燒製溫度,從而獲得更豔麗、更堅硬的產品。

在現代化學技術的助力之下,除了能精煉出純度無限接近100%的原料之外,還能精確控製材料的粒徑、燒製的溫度。在這些前提條件之下,性能遠超普通陶瓷的新產品——新型陶瓷得以問世。

這種憑借高科技所生產的陶瓷,徹底拋棄了風格之類的藝術領域的一切元素,單純追求材料的性能,最終成了徹底顛覆傳統陶瓷範疇的全新材料。其中就有牙科醫療填充材料,一些高強度材料甚至能製作銳利的陶瓷刀具。由於新型陶瓷具有優良的耐熱性,航天飛機及大型電子加速器上都少不了它的身影。

覆蓋新型陶瓷外殼的航天飛機進入大氣層時的想象圖

新型陶瓷具備這些特殊性能的關鍵在於分子結構具有極高的均一性。搭積木的時候大家都有過這樣的經驗,如果中間少了一塊積木或者積木表麵不平整,當壘到一定高度或超出一定負荷時,就會從有缺陷的地方開始崩塌,導致整個積木搭建的結構全部垮掉。與此同理,多種元素混雜而成的黏土在燒製之後,必然隱藏著眾多結構上的缺陷,而新型陶瓷采用高純度原料燒製而成,並且通過嚴格控製燒製溫度,大幅減少了分子結構上的缺陷。

此外,新型陶瓷的原料與普通黏土大相徑庭,能根據需要自由調整成分中的元素。例如,在陶瓷內部形成電容或電極,使陶瓷本身具有導電性。後文關於磁鐵的內容中將會介紹的鐵氧體陶瓷等超強磁性材料,當下炙手可熱的研究方向——高溫超導材料中也有新型陶瓷的身影。