第三章 實驗步驟
3.2 玻璃性質分析
有關 TiO2-Na2O-SiO2-B2O3玻璃系統(簡稱 TN-SB)之實驗流程圖如 Fig. 3.1 所 示。
3.2.1 玻璃合成
Table 3.1 列出於本研究中合成之 TN-SB 玻璃系列，並以莫耳百分比表示各 成分。其製作方法如下：將特定比例之二氧化鈦、碳酸鈉、二氧化矽與硼酸粉末 以酒精做為溶劑，混合調配一 10 vol%之固含量溶液，以供球磨(ball milling) 混合，調配完成之漿料放入球磨 PE 罐中，然後置於球磨機上球磨 20 小時。接著 將完成球磨之漿料以旋轉乾燥機(rotary vacuum evaporator, N-N series, EYELA, Japan)以 40 ˚C 預乾燥一小時，接著將預乾燥之粉末置於電熱爐中以 80
使用 Differential Scanning Calorimetry(DSC, SDT Q600 TA Waters LLC, USA)量測玻璃在不同溫度下玻璃粉體的吸熱及放熱變化。先以標準粉末試樣(例 如 Al2O3)做為連續加熱分析之標準，然後置入不同成分之玻璃粉末，觀察其在加 熱過程中特定吸、放熱性質，例如玻璃轉換溫度(glass transition temperature, Tg)與最大放熱峰(maximum exothermic temperature, Tc)。實驗試樣重量為 30 mg，實驗溫度範圍由室溫至 800 ˚C，以 10 ˚Cmin-1 之升溫速率進行，並通以空
量測在不同溫度下材料因為熱與機械負載產生熱膨脹行為。以玻璃而言可以得到 三個斜率，由第一個斜率得以定義其熱膨脹係數(Coefficient of thermal expansion, CTE)；在轉為第二個正斜率之轉折點時可得到其玻璃轉換溫度，另 外在玻璃轉換溫度以上約 10-20 ˚C 時出現第三個負斜率之轉折，即為玻璃之軟 化點(softening temperature, Ts)。
於試樣製備中，將玻璃塊材切製成 4.0*4.0 cm2面積與 1.0 mm 厚度之試片，
並於其最終測試溫度預退火 1hr，減少玻璃塊材內部之殘留熱應力。測試溫度範 圍在室溫至 550 ˚C，以 10 ˚Cmin-1之升溫速率量測，並施以 0.05 N 之預負載，
通以純氮氣做為實驗氣氛。
3.2.4 玻璃結晶性分析
X 光繞射儀(X-ray diffractometry, TTRAX3, Rigaku, Japan))用以探討玻 璃之結晶形態，試樣準備以粉末為主，鑑定 TN-SB 系列玻璃之玻璃態形成，並將
50 ˚C 為一間隔，持溫 3min 後記錄電阻，接著將量測之電阻值以下列公式(3.1)
利用掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM, JSM 6510, JEOL, Japan)，觀察微結構特性。首先將試片以熱鑲埋條件壓力 4400 psi, 溫 度 150˚C，接著以鑽石拋光液研磨拋光，研磨顆粒大小順序分別為 30、6、1 µm。
觀察時使用二次電子影像(SEI)觀察其表面結構，接著利用能量散射光譜儀 (Energy Dispersive Spectrometer, EDS, Oxford Instruments, UK)分析其表 面成分。工作距離固定為 11 mm，電子大小調整為 SS 45，電子束能量為 15k eV。
3.2.7 密度量測
利用阿基米德原理量測樣品之密度，先將試片置入真空箱中乾燥 4 h，以去 除表面水分，然後量測重量，得一乾重(WD )；接著將樣品置入去離子水(de-ionized Water)中以 100 ˚C 煮沸半小時，去除內部殘留空氣，減少量測的誤差。
3.3 熔融擠出噴頭(melt extrusion nozzle)
3.3.1 加熱體組裝
熱擠出噴頭之加熱體主要包含三個部分。首先為一一端閉口之高純度氧化 鋁料管(Thermotek industrial, Taoyuan, Taiwan)，由於受到玻璃棒材與碳化 矽加熱體直徑的限制，因此須做內、外徑上的配合。玻璃棒材乃用於擠出之胚 料，其外觀與平均直徑如 Fig. 3.2 所示，其平均直徑皆低於 3 mm，因此氧化鋁 料管內徑則定為 3.0 mm。另一方面，由於碳化矽加熱體之內徑與氧化鋁料管之 外徑欲以過渡配合(transition fit)之公差配合，避免氧化鋁料管無法塞入或 易掉出的情況產生，因此氧化鋁料管之外徑選用為 5.20 mm。另外為控制擠出 端之口徑，利用直立式鑽孔機(vertical drilling machine)加工，如 Fig.
3.3(a)所示。用於鑽孔之機台主要包含數個部分：一由流動幫浦(EYELA Micro Tube Pump MP-3)供水之冷卻水管，其於面板旋鈕顯示之質量流率如 Fig. 3.4 所示，此冷卻水提供帶走加工時所產生的熱以及帶走加工時造成之碎屑的能
之實際密度為3.82 ± 0.04 g𝑐𝑚−3，相對密度以氧化鋁本身理論密度為 3.9 g𝑐𝑚−3 比對，可得相對密度為 98%。
3.3.2 澆注材製備
在熱擠出噴頭之三種熱絕緣材料中，澆注材(castable, LCS-A60, Kuan-Ho Refractory Industrial Co., Ltd, Taiwan)可提供良好的熱絕緣性與適當強度，
用於支撐並防止熱擠出噴頭的損壞，其成分為高氧化鋁浸料，包含 65.1% Al2O3 測試法(fiber elongation measurement)測試得出。因此在本研究中，先將 TN-SB 5 玻璃抽成一長 20.0 cm 之玻璃纖維棒，在抽製時須避免過高與過低的溫度