第五章 結果與討論
5.2.3 燒結行為
5.2.3.1 不同玻璃配比
比較不同的玻璃成分配比對陶瓷體燒結後緻密化的影響程度，將 各個不同成分配比的陶瓷體之體收縮、體密度、緻密化程度的關係整 理如圖 5-17 、圖 5-18、圖 5-19 所示。
從圖 5-17 可以看出，GA50(硼矽玻璃)之體收縮隨著玻璃含量增 加而增加，在玻璃含量75wt%時到達飽和，上升趨勢減緩，在玻璃含 量 80wt%到達最大體收縮率 40%；而 GP5210(鋅硼矽玻璃)之體收縮 亦隨著玻璃含量增加而增加，在玻璃含量 65wt%到達飽和，體收縮率 在30%左右。推測造成兩種玻璃收縮量差別之原因為：兩種玻璃對陶 瓷之潤濕作用不同所導致。陶瓷+玻璃之燒結機制為液相燒結，在 875℃時低熔點的玻璃熔化成液態與固態的陶瓷粒子共存，液相玻璃
程，減少粉體間的孔洞因而加速體積的收縮，達成較好的緻密性。因 度2.436 g/cm3，而GP5210(鋅硼矽玻璃)之體密度亦隨著玻璃含量增加 而增加，在玻璃含量65wt%到達飽和，最大密度為3.48g/cm3左右，但 由於純硼矽玻璃與純鋅硼矽玻璃之粉體密度有所不同，因此無法從體
WG為玻璃之重量百分比，DG為玻璃之密度，WM為陶瓷之重量百分 比，DM為陶瓷之密度。
不同成分配比的陶瓷體之緻密化程度的關係如圖 5-19 所示，可 以看出隨著玻璃含量的提高緻密化程度亦提高，其中鋅硼矽玻璃 (GP5210) 緻密化因子到將近 0.6 便到達飽和，而硼矽玻璃(GA50)之 緻密化因子可達到將近 0.9，此結果與體收縮率之結果相符，推論為 潤濕(wetting)作用不同所導致。
為了研究玻璃與陶瓷間的潤濕效果，將經 1300℃燒結之純陶瓷 塊材表面研磨拋光，再將玻璃粉末溶於酒精之中，以滴管將玻璃滴在 陶瓷表面上，經 875℃熱處理後，以 SEM 觀察其接觸角(contact angle)，如圖 5-20 所示：圖(a)顯示硼矽玻璃 GA50 與陶瓷之接觸角為 20.7∘，圖(b)顯示鋅硼矽玻璃 GP5210 與陶瓷之接觸角為 59.1∘。由 文獻得知，接觸角之大小與潤濕效應相關，而潤濕效應則對於陶瓷體 積的收縮是非常重要的決定關鍵。
上圖分別為潤濕能力好與不好在固體表面的情況。上圖中，θ 是
θ θ
θθ << 9900∘∘θ θ
GGoooodd wweettttiinngg
θ
θ >> 9900∘∘ P
Poooorr wweettttiinngg
無法形成很好的附著。當θ=180° 時，液體完全形成一個球，液體和 固體幾乎無法附著，此時潤濕性很差液體無法在表面擴展開來，將不 會促進固態粒子間孔隙的縮小。若θ 愈小(如上左圖)潤濕性愈好，液 體可以在表面大範圍的擴展開來以降低表面能。因此，從圖 5-20 之 結果可知，硼矽玻璃GA50 與陶瓷之接觸角較小，因此潤濕性較好。
此結果與體收縮及緻密化因子之結果相符，驗證了先前所作之推論。
5.2.3.2 不同燒結溫度
將玻璃成分配比固定為80wt%鋅硼矽玻璃(GP5210)，比較不同的 燒結溫度對陶瓷體緻密化的影響程度，將各個不同燒結溫度的陶瓷體 之體收縮、體密度、緻密化程度的關係整理如圖 5-21、圖 5-22 所示。
從圖5-21 及圖 5-22 可以看到，80wt%鋅硼矽玻璃(GP5210)之體 密度、體收縮與緻密化因子隨著燒結溫度的上升而下降，到850℃時 下降速率減緩，在900℃之體密度、體收縮與緻密化因子分別為 3.377 g/cm2、28.94%及 0.83；其中在 875℃時之體密度、體收縮與緻密化因 子大約為3.37g/cm2、29%及 0.64，與圖 5-17、圖 5-18 及圖 5-19 中 80wt%
之GP5210 玻璃所得之結果相符。
GP5210 玻璃之玻璃轉換溫度為 560℃，軟化點為 630℃，熔點則 為 720℃，因此陶瓷+80wt%鋅硼矽玻璃(GP5210) 在 700℃燒結時，
相互移動，重新排列並減少孔洞，因此有相當高之緻密程度。在750℃
燒結時，由於此溫度已高於玻璃之熔點，玻璃已熔融為液態並與陶瓷 產生結晶之行為，因此推測有些許氣孔產生，造成緻密程度下降。由 於氣孔之產生，因此隨著燒結溫度升高，則緻密化程度下降。