■耀德講堂 / 邱耀弘 博士
楔子
各位ASMM的讀者大家好，接下來Dr. Q為大家帶來一些非常關鍵的基礎知識，作為粉末技術的入門秘籍，這些秘籍不光是給粉末壓制(PM)或金屬粉末注射成型(MIM)而已，也不光是金屬材料，包含金屬、陶瓷以及高分子聚合物等，甚至是食物如麵粉、奶粉等，Dr. Q將由基礎探討來讓大家理解粉末技術的物理、化學、數學。而這些內容也將分為下列章節逐期連載於本雜誌中：「Part I. 微量成分對鋼鐵金屬材料有何影響？」、「Part II. 什麼是粉末最佳的形貌？」、「Part III. 固體的特殊性」、「Part IV. 三觀製程──粉末技術的結構變化」。
Part III. 固體的特殊性
第三篇要談的是固體。眾所周知，任何物體是由基本粒子的聚集所構成，假設在一大氣壓狀態下由溫度冷到高溫其狀態依序為固-液-氣-等離子，但實際上物質四態中還有混淆不清的，Dr. Q幫各位讀者整理成如表1所示，請大家參考。
是不是感覺很複雜？感覺已經超過自然科學或是物理學的範疇了，對吧？其實讀者們不用驚訝，我們實際在工業應用，已經常的使用到表1內的各種物質狀態，只是我們還控制如時間、壓力、引力、溫度、密度、尺度、速度、流量、濕度……等參數（如表2）。
相(Phase)
在討論固體之前，我們先理解描述物質的狀態名詞，請見如表3的描述，Dr. Q在表中整理歸納了包含百度/Wiki等的說法。
其中，等離子態=等離子體=等離子相/氣態=氣體=氣相/液態=液體=液相大多是沒有爭議的，不過也有例外，例如氧(O2)與臭氧(O3)或是氫(1H)/氘(2H)/氚(3H)，這些稱為同素性形體(Allotrope)──相同元素組合形成不同結構，這表示物質的豐富特性。
但是固態=固體=眾多固相，這眾多固相實在是令人費解，對吧？
奇特的固體
在表1狀態所描述的四種物質狀態中，原子與分子在空間中處在活躍狀以等離子/氣/液三種形態都是如此，除非你把溫度降下來使其變成固體，那這些原子和分子會怎樣呢？它們會降低粒子本身的能量並且找個位置安定下來，這便是物質的固化。所以，每一種固體物質會出現不同的相（準晶體或是晶體的結構）便是必然的。
就舉水為例子吧！用顯微鏡觀察雪花，也就是冰晶，即便到現代科學這麼先進的技術，還沒有辦法找出全部的固相水的結構，如圖1所示，透明的水因為結冰後的結構改變導致光線偏折，這讓雪花看起來成為白色，而固態的多相就可以很容易理解了吧？
如果不能理解，那就舉碳元素形成──鑽石 / 石墨 / 木炭為例，三種不同固相卻是同一種元素構成，總不會去買石墨當結婚戒指來用。看圖2就知道碳的三個重要的固相──鑽石(Diamond) / 石墨(Graphite) / 富勒稀(FullereneC60)，同素異形體和固態多相性就可以很容易明白。
跨越三觀與三態的固態粉末
在粉末行業中，我們還要注意到固體的尺寸大小和其表面形貌，細微的粉末會有如氣態物質飛揚散佈，較為粗的粉末能夠如液態物質到處流動，對粉末集合後給予壓力或是能量（雷射、電阻熱）使其燒結固化成塊狀固態物質，粉末技術可以是一種同時控制固態物質具有三態特性的技術，必須要謹慎的分析。
更要注意我們常用的粉末是以微觀等級的微米級粉末，經過粉末成型得到宏觀等級的釐米(cm)製品。將粉末由微觀固態物質到介觀固態物質，再到最後的宏觀固態物質，最終製品可能由幾兆顆粉末固化完成，真的如佛經所說的聚沙成塔，令人讚歎人類的智慧。
Part III. 小結
粉末除了具有固態物質的特性也把其他液、氣態物質特性一起展現，我們注意到利用粉末有液態物質的特性拿來做為成型過程的粉末輸送、填充模穴，我們小心翼翼地防止有如氣態物質的細小粉末飛揚與洩漏，以確保粉末製成品的重量 / 尺寸的穩定，甚至推展到工業製造的安全性──氣態粉塵有爆炸和引起工作人員的呼吸病症之疑慮。為了解科學，Dr. Q強調一切必須循科學的方法，按部就班地去做好功課，歡迎閱讀本文並希望讀者們喜歡。
