第 一 題

看到陶瓷的脆性問題，首先應聯想到「化學鍵結性質（離子鍵、共價鍵）」與「微觀晶體結構」。利用微觀物理模型解釋差排（dislocation）為何難以移動（如：離子鍵滑移導致同性相斥、共價鍵具方向性使得阻力極大），進而推導出材料無法產生塑性變形，以及宏觀上對微裂紋尖端應力集中極度敏感的特性。

看到此題，應立即從「微觀結構決定宏觀性質」的原則切入。思考兩者的根本差異：結晶陶瓷具備長程有序的晶格結構，因此變形與「差排（Dislocation）」有關；非晶陶瓷為無序的網路結構，無差排存在，變形與「黏滯流動（Viscous flow）」有關。

看到「比體積-溫度關係圖」，首先要聯想到材料冷卻過程中的相變特徵。解題關鍵在於區分「結晶化」的一階相變（在熔點 Tm 發生體積不連續突降）與「玻璃化」的二階相變特徵（在玻璃轉換溫度 Tg 發生斜率改變）。繪圖時務必標示出 Tm 與 Tg 的位置，並從原子位能井不對稱性的角度，深入解釋曲線斜率（熱膨脹係數）變化的微觀物理意義，以展現材料科學的深度。