溼式研磨與漿料性質分析

將配置完成的漿料置入球磨機，利用Al2O3磨球以2400 rpm進行研磨15分 鐘，本實驗所使用的球磨機為NETZSCH所製造的MiniZeta 03，如圖3-2所示。以 研磨過後的漿料進行粒徑分佈量測、沉降測試、表面電位分析、吸附量分析、黏 度量測、顯微結構觀察等性質分析，以確保AZO粉體之分散穩定。

圖3-2. MiniZeta 03濕式球磨機結構圖。

3.1.2.1. 粒徑分佈量測

吸取少量之漿料加入雷射粒徑分析儀（Honeywell，UP150）測量槽中，以 純水為溶劑（折射率為1.33），當粒子經雷射光照射後，利用繞射之原理，由偵 測器偵測繞射強度和角度，再換算成粒徑分佈，偵測範圍3 nm至6 μm。

3.1.2.2. 沉降測試

以添加不同比例之 PMAA-Na 的 15 wt.%漿料，經球磨 15 分鐘後，倒入 50 ml 量筒中密封靜置，並在不同時間觀察其沉降情形。

3.1.2.3. 表面電位分析

漿料以離心機經 3000 rpm 離心轉動 10 分鐘後，取其上層澄清液，再利用界 達電位儀（PEN KEN，INC 501）量測粒子表面所帶之電荷。其原理為偵測粒子 在一固定電壓下的移動速率，進而推算粒子表面的帶電量。

3.1.2.4. 吸附量分析

漿料以離心機經 3000 rpm 離心轉動 10 分鐘後，取其上層澄清液，再利用電 位滴定法，測量分散劑在澄清液中的濃度改變，利用質量守恆原理即可估算得分 散劑在漿料粒子上之吸附量。

3.1.2.5. 黏度量測

將添加不同比例之PMAA-Na的15 wt.%漿料經研磨後，使用應變控制之同軸 黏度計（Brookfield DVⅢ）和感測轉子（RV Spindle Set #1或#4），以不同剪切速 率，分別為γ = 10 S⁻¹與γ = 100 S⁻¹，量測其黏度值，並尋找最佳分散劑之含量，

以確保漿料之分散性，在固定轉速（60 rpm）下量測黏度與剪切速率（Shear Rate，

γ）之相對關係，以觀察漿料之流體行為。

3.1.2.6. 顯微結構觀察

將為添加分散劑與分散性質最佳之漿料以銅網撈起，置入恆溫烘箱烘乾，再 利用Phillips TECNAI F20穿透式電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，

TEM）進行觀察。

3.2. AZO靶材燒結研究 3.2.1. 實驗流程

將添加3 wt.% PMAA-Na之重量百分比15 wt.%的漿料置入球磨機，利用Al2O3

磨球以2400 rpm進行研磨15分鐘，置入恆溫烘箱以110°C烘乾，再將已乾燥之AZO 粉體以Al2O3研缽磨細，並利用200 網目（Mesh）之篩網過篩，完成粉末製備，

後續處理流程如圖 3-3 所示。

圖3-3. AZO靶材燒結研究實驗流程圖。

燒結 (常壓燒結) (兩階段燒結)

成型 粉末製備

熱膨脹儀分析

密度量測 X 光繞射分析 成分分析顯微結構觀察 性質分析

3.2.2. 粉末成型與燒結 3.2.2.1. 粉末成型

取適當重量粉末置入直徑為1英吋之不鏽鋼模具中，再施以15 kpsi之壓力，

以乾壓成型之方法製成直徑1英吋、厚度約5 mm之圓碇，完成生坯製備。

3.2.2.2. 粉末燒結

本實驗採用兩種燒結方式進行研究，分別為常壓燒結法與兩階段燒結法；燒 結的溫度區間，乃經由自組之熱膨脹儀（義守大學熱分析實驗室提供）分析後決 定。

（1） 常壓燒結法：將製備完成之生坯圓碇置於加蓋之Al2O3坩堝中，再放入高 溫爐中進行燒結，升溫速率為每分鐘5°C，持溫溫度分別為700°C、800°C、

900°C、1000°C、1100°C、1200°C與1300°C，持溫時間為6小時，最後以 爐冷之方式進行冷卻，此部分之燒結曲線如圖3-4所示。

圖 3-4. 常壓燒結曲線圖。

（2） 兩階段燒結法：第一階段取適當重量粉末置入直徑為2英吋之石墨模具 中，再施以11 kpsi之壓力，進行熱壓燒結；首先以每分鐘5°C的升溫速率 升溫至150°C，持溫半小時以去除水氣，再以相同的升溫速率升溫至

時間（小時）

溫度（°C）

升溫速率 = 5°C/min

持溫6 小時 爐冷

700°C，並持溫8小時後，將模具取出後空冷至室溫；第二階段將熱壓完成

其中Db為體密度（g/cm³），Wa為試片在空氣中乾重（g），Vb為試片體積（cm³），

Dl為去離子水密度（g/cm³），Ws為試片之飽和含水重（g），S為試片飽和含水後 於水中之懸浮重（g）；將燒結體之體密度除以其理論密度即可得相對理論密度。

3.2.3.2. X光繞射分析

將燒結過後之試片以SRA M18XHF X光繞射儀（X-ray Diffractometer，XRD）

進行分析，X光來源為Cu-Kα靶，波長為0.154 nm，電流與電壓分別為200 mA及 50 kV，掃瞄角度為30至70度，掃描速率為每分鐘4度。

3.2.3.3. 顯微結構觀察

利用鍍金機以電流10 mA、鍍膜時間 100 秒，在燒結體表面及橫截面處鍍上 一層白金，再以 JSM-6500F 場發射式電子顯微鏡（Field Emission Scanning Electron Microscope，FE-SEM）觀察燒結體表面與橫截面顯微結構型態。

3.2.3.4. 成分分析

以Oxford INCA ENERGY 能量分散光譜儀（Energy Dispersive Spectrometer，

EDS）進行元素定性及半定量分析，以點與面掃瞄的方式觀察其化學組成變化。

3.3. AZO薄膜性質分析 3.3.1. 實驗流程

第三部分之實驗流程如圖3-6所示。第一步驟為基板清洗，本實驗以1英吋正 方之Soda-Lime玻璃做為基板，其清洗程序如下所述。將玻璃基板依序置入下列 三種溶液：（1）丙酮溶液；（2）異丙醇溶液；（3）去離子水，均以超音波震盪20 分鐘，再以高壓氮氣吹乾後置入真空腔中。