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研究生: 古皓偉
論文名稱: 低溫共燒陶瓷系統的束縛燒結
指導教授: 簡朝和
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
中文關鍵詞: 鋇硼矽玻璃低溫共燒陶瓷束縛燒結氧化鋁生胚
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  • 本研究以添加氧化鋁的鋇硼矽可結晶玻璃為主要系統,利用氧化鋁生胚做為束縛層的方法,研究束縛燒結與自由燒結在相同的升溫速率下,緻密化過程與最終所能達到緻密度的差異。研究結果顯示,束縛燒結與自由燒結間並沒有明顯的差異,若從黏性分析的角度來看,在比較由非接觸式雷射光學系統所推算出之束縛燒結下的黏度值;和由熱機械分析儀估算出在自由燒結下的黏度□,發現兩者在趨勢與數量級皆相近,且伴隨著結晶相BaAl2Si2O8的產生,都會使得黏度值有一明顯的劇烈增加。
    此外,由於束縛燒結時,束縛層的目的在於提供一平面張應力,用以抵銷於燒結過程中X-Y平面的燒結驅動力(Driving force),達到束縛燒結的效果。若將根據非接觸式雷射光學系統所求得之實驗上的平面張應力,與熱機械分析儀所得之理論平面張應力作一比較,可看出兩者皆有著同樣的趨勢與差異不大的數值。且若由此平面張應力與輔以黏性流動構成方程式推得之燒結驅動力的比值看來,實驗值與理論值有一良好的近似性,因此在平面張應力較燒結驅動力為小的情況之下,使得束縛燒結時試片並沒有發生如脫層、破裂等缺陷,亦使得此系統在束縛燒結下能得到與自由燒結時相同的緻密結果。


    目錄 1.簡介.....................................................1 2.實驗方法.................................................3 2.1 原料.................................................3 2.2 漿料製備.............................................4 2.3 刮刀製程.............................................4 2.4 非接觸式雷射光學系統的束縛燒結試片準備...............5 2.5 疊壓方式.............................................5 2.6 介電性質試片準備.....................................6 2.7 脫脂除碳.............................................6 2.8 粉末乾壓試片的等溫燒結...............................6 2.9 相對燒結密度□量測...................................7 2.10 結晶性量測..........................................7 2.11 單軸向黏度量測......................................8 2.12 介電性質量測........................................8 3.結果與討論...............................................9 3.1 自由燒結.............................................9 3.1.1 自由燒結之三軸向應變曲線.........................9 3.1.2 自由燒結之相對燒結緻密度.........................9 3.1.3 自由燒結之微結構觀察............................10 3.2 自由燒結之黏性分析..................................10 3.2.1 黏性分析........................................10 3.2.2 自由燒結下的單軸向黏度量測......................13 3.2.3 平面束縛張應力..................................16 3.3 束縛燒結............................................17 3.3.1束縛燒結之Z軸向應變與相對燒結緻密度..............17 3.3.2束縛燒結之微結構觀察.............................17 3.3.3非接觸式雷射光學系統束縛燒結之平面張應力.........18 3.3.4非接觸式雷射光學系統束縛燒結之黏度值.............19 3.3.5束縛燒結平面張應力與燒結驅動力之間關係...........20 3.4 BBSG+Alumina等溫燒結之緻密性、介電性質與結晶行為的影饗 ....................................................21 4.結論....................................................23 5.參考文獻................................................24 圖 目 錄 圖一 週期性施壓與升溫方式圖 圖二 10℃/min升溫至970℃的自由燒結三軸向收縮曲線 圖三 不同升溫速率下自由燒結的相對燒結密度與溫度關係 圖四 自由燒結試片在不同升溫速率下的顯微結構(a) 1 , (b) , (c) 5 , and (d) 10℃/min 圖五 週期性施壓下的Z軸向應變曲線 圖六 週期性施壓下的Z軸向應變率 圖七 不同溫度時之應變率差與外加應力關係 圖八 不同升溫速率下之單軸向黏度□與溫度關係 圖九 不同升溫速率下之熱差分析與溫度關係 圖十 不同升溫速率下IBaAl2Si2O8/ IBaAl2Si2O8+Iα-Al2O3與溫度 關係 圖十一 不同升溫速率下的平面張應力與溫度關係 圖十二 自由燒結的緻密速率與溫度關係圖 圖十三 不同升溫速率下自由燒結與束縛燒結的相對燒結密度 圖十四 自由燒結與束縛燒結的緻密速率與溫度關係圖 圖十五 束縛燒結經1℃/min升溫至970℃後的SEM照片 圖十六 經1℃/min升溫至970℃後的顯微結構 , (free)自由燒結 束縛燒結的 (a) 邊緣處 , (b)界面處 , (c)燒結體內部 圖十七 經10℃/min升溫至970℃後的顯微結構 , (free)自由燒結 束縛燒結的 (a) 邊緣處 , (b)界面處 , (c)燒結體內部 圖十八 雷射量測系統之平面束縛張應力與溫度關係 圖十九. 由雷射系統估算出之平面束縛張應力(a), 與熱機械分析而得之平面束縛張應力(b)比較圖 圖二十. 由雷射系統估算出之束縛燒結黏度□(a), 與熱機械分析而得之自由燒結黏度□(b)比較圖 圖二十一 不同升溫速率下的體黏度與溫度關係 圖二十二 不同升溫速率下的自由燒結驅動力與溫度關係 圖二十三. 實驗所得的束縛張應力與燒結驅動力的比值(a), 和理論 所得的束縛張應力與燒結驅動力的比值(b)比較圖 圖二十四 不同溫度下BBSG+Al2O3相對密度隨燒結時間變化的關係 圖二十五 不同溫度下BBSG+Al2O3隨燒結時間增加與介電常數關係 圖二十六 不同溫度下BBSG+Al2O3隨燒結時間增加與介電損耗關係 圖二十七 不同溫度下IBaAl2Si2O8/ IBaAl2Si2O8+Iα-Al2O3與持溫 時間關係

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