結論

Cu⁴Ti)，Cu/Ti 比例隨遠離 Ti 側而增加；當持溫時間拉長後，只會 形成 CuTi²、CuTi 兩穩定相。

6.抗折量測過程中：

(1)通常 Cu⁴Ti 與 Ag-rich 介面處會有裂縫生成，且 Cu⁴Ti 本身也容 易生成裂縫→造成強度下降。

(2)當 TiO^x與 CuTi^x介面處發生裂縫時，強度會下降許多。

(3)破斷面發生在兩個不同相的介面處分離會比在 Ag-rich 區域內 破斷的強度來的低。

7.950^oC - 6min ZrO²/Ag-Cu-Ti/Ti 試片抗折強度最低：

(1)Ti 側生成 M 相，抗折過程形成裂縫。

(2)ZrO²側有 Cu⁴Ti/Ag-rich 介面處裂縫，還有造成強度大量下降 的 TiO/CuTi²介面處裂縫。

(3)破斷面發生在 ZrO²側的 Cu⁴Ti/Ag-rich 介面處(比破斷面發生在 共晶組織的 Ag-rich 來的低)。

參考文獻

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表2.2 氧化鋯之相變化流程圖

Heating Heating Heating

Monoclinic Tetragonal Cubic Liquid Cooling Cooling Cooling

1170^oC 2370^oC 2680^oC

表 3.1 實驗參數 表 3.1.1 硬焊接合條件表

氧化鋯(ZrO2)/Ag-Cu-Ti/純鈦(Ti)

Brazing Temp.(^oC) Brazing Time (min)

900 6 / 30 / 360

950 6 / 30 / 360

氧化鋯(ZrO²)/Ag-Cu-Ti/氧化鋯(ZrO²)

Brazing Temp.(^oC) Brazing Time (min)

900 6 / 30 / 360

950 6 / 30 / 360

純鈦(Ti)/Ag-Cu-Ti/純鈦(Ti)

Brazing Temp.(^oC) Brazing Time (min)

900 6 / 30 / 360

950 6 / 30 / 360

表 3.1.2 破斷面試片

表 4.1 各條件抗折強度表

6 min 30 min 360 min

900^oC

ZrO₂/ZrO₂ 13.49 MPa 13.05 MPa 9.77 MPa

950^oC

ZrO₂/ZrO₂ 15.62 MPa 12.87 MPa 10.86 MPa

900^oC

ZrO₂/Ti 15.87 MPa 8.48 MPa 4.66 MPa

950^oC

ZrO₂/Ti 3.12 MPa 6.96 MPa 3.07 MPa

900^oC

Ti /Ti 53.21 MPa 51.02 MPa 42.33 MPa

950^oC

Ti /Ti 49.70 MPa 47.52 MPa 41.19 MPa

表 4.2 氧化鋯(ZrO²)/Ag-Cu-Ti/純鈦(Ti)

表 4.2.1 900^oC 持溫 6min ZrO²側破斷面 SEM/EDS 成分表

Phase Ag Cu Ti O

A(TiO₂) - - 29.64 70.36 B(CuTi) 2.32 48.75 48.92 - C(Ag-rich) 79.22 17.26 3.52 -

All results in atom%

表 4.2.2 900^oC 持溫 6min Ti 側破斷面 SEM/EDS 成分

Phase Ag Cu Ti

A(CuTi₂) 1.64 33.48 64.88 B(CuTi) 1.88 48.98 49.14 C(Cu₃Ti₂) 1.21 57.35 41.44 D(Cu₄Ti) 1.76 75.41 22.83 E(Ag-rich) 82.63 16.32 1.05

All results in atom%

表 4.2.3 900^oC 持溫 30min ZrO²側破斷面 SEM/EDS 成分

Phase Ag Cu Ti O

A(TiO₂) - - 38.97 61.03 B(CuTi) 3.28 48.92 47.80 - C(Ag-rich) 82.33 14.96 2.71 - D(Cu₄Ti) 0.95 76.35 21.69 -

All results in atom%

表 4.2.4 900^oC 持溫 30min Ti 側破斷面 SEM/EDS 成分

Phase Ag Cu Ti

A(CuTi₂) 1.72 33.49 64.79 B(CuTi) 1.25 49.89 49.87 C(Cu₃Ti₂) 1.21 58.74 40.05 D(Cu4Ti) 1.95 76.36 21.69 E(Ag-rich) 81.88 15.07 3.05

All results in atom%

表 4.2.5 900^oC 持溫 360min Ti 側破斷面 SEM/EDS 成分

Phase Ag Cu Ti

A(CuTi2) 1.65 33.25 65.10 B(CuTi) 1.36 49.28 49.36

All results in atom%

表 4.2.6 950^oC 持溫 6min ZrO²側破斷面 SEM/EDS 成分

All results in atom%

表 4.2.7 950^oC 持溫 6min Ti 側破斷面 SEM/EDS 成分

All results in atom%

表 4.2.8 950^oC 持溫 30min ZrO²側破斷面 SEM/EDS 成分

All results in atom%

表 4.2.9 950^oC 持溫 30min Ti 側破斷面 SEM/EDS 成分

表 4.2.10 950^oC 持溫 360min Ti 側破斷面 SEM/EDS 成分

Phase Ag Cu Ti

A(CuTi₂) 2.11 32.86 65.03 B(CuTi) 1.88 49.02 49.10 E(Ag-rich) 84.19 11.29 4.52

M(CuTi2) 1.91 32.78 65.31

All results in atom%

表 4.3 氧化鋯(ZrO²)/Ag-Cu-Ti/氧化鋯(ZrO²) 表 4.3.1 900^oC 持溫 6min

Phase Ag Cu Ti O

A(TiO₂) - - 29.64 70.36 B(Ag-rich) 80.22 16.34 3.44 -

C(CuTi) 3.62 47.47 48.60 -

All results in atom%

表 4.3.2 950^oC 持溫 6min

Phase Ag Cu Ti O

A(TiO₂) - - 33.48 66.52 B(Ag-rich) 81.63 15.27 3.10 -

C(CuTi₂) 2.62 32.52 64.86 -

All results in atom%

表 4.4 純鈦(Ti)/Ag-Cu-Ti/純鈦(Ti) 表 4.4.1 900^oC 持溫 6min

Phase Ag Cu Ti

A(CuTi2) 1.54 32.66 65.80 B(CuTi) 1.72 48.92 49.36 E(Ag-rich) 84.03 13.21 2.76

All results in atom%

表 4.4.2 900^oC 持溫 30min

Phase Ag Cu Ti

A(CuTi2) 1.49 32.68 65.83 B(CuTi) 1.55 49.18 49.27 E(Ag-rich) 83.63 14.31 2.06

M(CuTi₂) 1.66 32.92 65.42 All results in atom%

表 4.4.3 900^oC 持溫 360min

Phase Ag Cu Ti A(CuTi₂) 1.41 33.45 65.14

B(CuTi) 2.01 48.99 49.00 E(Ag-rich) 86.03 12.21 2.76

M(CuTi₂) 1.44 33.26 65.30 All results in atom%

表 4.4.4 950^oC 持溫 6min

Phase Ag Cu Ti A(CuTi₂) 2.21 31.92 65.87

B(CuTi) 1.65 49.15 49.20 E(Ag-rich) 81.78 16.54 1.68

M(CuTi₂) 2.32 32.11 65.57

All results in atom%

表 4.4.5 950^oC 持溫 30min

Phase Ag Cu Ti A(CuTi₂) 2.15 32.70 65.15

B(CuTi) 1.48 49.33 49.19 E(Ag-rich) 81.53 15.85 2.62

M(CuTi₂) 2.19 32.55 65.26 All results in atom%

表 4.4.6 950^oC 持溫 360min

Phase Ag Cu Ti A(CuTi₂) 1.24 33.16 65.10

B(CuTi) 1.52 49.30 49.18 E(Ag-rich) 84.66 12.77 2.57

M(CuTi₂) 1.25 33.31 65.43 All results in atom%

表 4.5 各條件試片裂縫發生處

表 4.6 各條件試片破斷面發生處

圖2.1 典型氧化鋯與其它氧化物的相圖，選擇不同的成分可得到三種 不同的微結構。

圖2.2 三點及四點抗折強度示意圖

圖 3.1 實驗流程圖

圖3.2 圖3.3 試片規格以及notch後的樣式

圖3.4 鎢鋼夾具

(a)

(b)

圖3.5 (a) 接合示意圖 (b) 完成圖

0 50 100 150 200 250 300 350 400

-0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

-0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

0

-0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

-0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

-2

圖 4.6 純鈦/Ag-Cu-Ti/純鈦應力-應變曲線

(m) 900^oC/6min (n) 900^oC/30min (o) 900^oC/360min

圖 4.7 純鈦/Ag-Cu-Ti/純鈦應力-應變曲線

(p) 950^oC/6min (q) 950^oC/30min (r) 950^oC/360min

-0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

0

-0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

0

Filler ZrO₂側

裂縫

圖 4.8 900^oC 持溫 6 min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 ZrO₂側微觀破斷面 B- TiO₂，B-CuTi，C- Ag- rich

裂縫發生在 CuTi 相，並且往 Ag-rich 相生長

Filler ZrO₂側

裂縫

圖 4.9 900^oC 持溫 6min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 ZrO₂側微觀破斷面 B- TiO₂，B-CuTi，C- Ag- rich

Filler Ti 側

圖 4.10 900^oC 持溫 6min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 Ti 側微觀破斷面

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.11 900^oC 持溫 6min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 Ti 側微觀破斷面放大圖 B- CuTi₂，B- CuTi，C- Cu₃Ti₂，D- Cu₄Ti，E- Ag-rich

裂縫發生在 Cu₄Ti 相，並且往 Ag-rich 生長

Filler ZrO₂側

裂縫

圖 4.12 900^oC 持溫 30min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 ZrO₂側微觀破斷面(SEI) 圖 4.13 900^oC 持溫 30min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 ZrO₂側微觀破斷面(BEI)

B- TiO₂，B- CuTi，C- Ag-rich，D- Cu₄Ti

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.14 900^oC 持溫 30min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 Ti 側微觀破斷面 B- CuTi₂，B- CuTi，C- Cu₃Ti₂，D- Cu₄Ti，E- Ag-rich 裂縫發生在 Ag-rich 與 Cu₄Ti 接合處

最左側 Ag-rich 邊界可以發現一些晶相被撕扯的外觀，

可得知破斷面在 Ag-rich 相

Filler ZrO₂側

圖 4.15 900^oC 持溫 360min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 ZrO₂側微觀破斷面 B- TiO₂ ，B-fracture(最外側 Ag-rich)

持溫 360min 後 ZrO₂側再研磨過程幾乎已經全部 fracture 長時間的持溫會使空孔的生成數目增加且更加完整，空孔 過多使其結構變弱，研磨過程即破壞

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.16 900^oC 持溫 360min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 Ti 側微觀破斷面 A - CuTi₂，B- CuTi，

裂縫發生在 AB 之間

Filler ZrO₂側

裂縫

圖 4.17 950^oC 持溫 6min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 ZrO₂側微觀破斷面 B- TiO₂，B- TiO，C- CuTi₂，D- Cu₄Ti

裂縫發生在 TiO 相與 CuTi₂之間，且發現 Ag-rich 相拍攝不到，

可了解在抗折強度測量過程 Cu₄Ti 與 Ag-rich 經過壓力之下分 離了，破斷面在 Cu₄Ti 處，(1)CuTi₂與 TiO (2) Cu₄Ti 與 Ag-rich 兩種接合在抗折強度量測過程中均會發生裂縫，造成抗折強 度下降

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.18 950^oC 持溫 6min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 Ti 側微觀破斷面 B- CuTi₂ ，B- CuTi，C- Cu₃Ti₂，D- Cu₄Ti，

E- Ag-rich，M-CuTi₂ (針狀)

Ag-rich 與 CuTi₄相的接合並不好，當測量抗折強度時，在此 處發現裂縫；而在 M 區發現裂縫會從 A、M 兩相間產生，

且裂縫會往 M 相生長；破斷面在 Ag-rich 相

Filler ZrO₂側

裂縫

圖 4.19 950^oC 持溫 30min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 ZrO₂微觀側破斷面(SEI) B- TiO₂ ，B- Ti₂O₃ ，E- Ag-rich

C-可分兩層右側 CuTi、左側 Cu₄Ti (BEI 下可看到兩層)

裂縫發生在 Ti₂O₃與 CuTi 之間，對照 950^o持溫 6min ZrO₂側：

TiO_x相與 CuTi_x相接合並不好，抗折過程會產生裂縫。

破斷面在 Ag-rich 相

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.20 950^oC 持溫 30min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 Ti 微觀側破斷面 A -CuTi₂，B- CuTi，C- Cu₃Ti₂，D- Cu₄Ti，

E- Ag-rich，M- CuTi₂(針狀)

裂縫發生在 CuTi₄相，且往 Ag-rich 相生長，可知 Ag-rich 與 CuTi₄相的接合並不好，當測量抗折強度時，會在此處發現 裂縫；而在 M 區發現裂縫會從 A、M 兩相間產生，且裂縫 會往 M 相生長。破斷面是發生在 Ag-rich 相，在最左側可以

看到細微的不平整表面。

Filler ZrO₂側

圖 4.21 950^oC 持溫 360min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 ZrO₂側微觀破斷面 B- TiO₂，B- fracture (EDX 得最左側為 CuTix 相)

持溫 360min 後 ZrO₂側再研磨過程幾乎已經全部 fracture

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.22 950^oC 持溫 360min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/Ti 的 Ti 側微觀破斷面 B- CuTi₂，B- CuTi，E- Ag-rich，M- CuTi₂ (針狀)

Ag-rich 與 CuTi 相的接合並不好，當測量抗折強度時，會在 此處發現裂縫；破斷面是發生在 Ag-rich 相，在最左側可以看 到細微的不平整表面。

Filler ZrO₂側

裂縫

圖 4.23 900^oC 持溫 6min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/ZrO₂ 微觀破斷面 B- TiO₂，B- Ag+Cu rich，C- CuTi

裂縫產生在 TiO₂與 CuTi 之間

Filler ZrO₂側

裂縫 圖 4.24 900^oC 持溫 360min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/ZrO₂ 微觀破斷面

B- TiO₂，B- Ag+Cu rich，C- CuTix

裂縫產生在 TiO₂與 CuTix 之間與 CuTix 相 持溫 360min 研磨後接合處大多 fracture

Filler ZrO₂側

裂縫

圖 4.25 950^oC 持溫 6min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/ZrO₂ 微觀破斷面 B- TiO₂，B- Ag+Cu rich，C-CuTi₂

裂縫產生在 CuTi₂與 Ag+Cu rich 之間，且在 Ag-rich 區 可以發現許多細微的裂縫

Filler ZrO₂側

裂縫

圖 4.26 950^oC 持溫 360min ZrO₂/Ag-Cu-Ti/ZrO₂ 微觀破斷面 A-TiO₂，B- Ag+Cu rich，C-CuTi

裂縫產生在 CuTi 相與 Ag+Cu rich 之間

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.27 900^oC 持溫 6min Ti/Ag-Cu-Ti/Ti 微觀破斷面 B- CuTi₂，B- CuTi，E- Ag-rich

裂縫發生在 filler 區 (Filler 區中 A 靠近 Ti 側，B 靠近中間富 銀區) 。裂縫起始：CuTi 相往中央延伸

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.28 900^oC 持溫 30min Ti/Ag-Cu-Ti/Ti 微觀破斷面 B- CuTi₂，B- CuTi，E- Ag-rich，

M- CuTi₂(針狀)

裂縫起始：CuTi 相往中央 Ag-rich 延伸

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.29 900^oC 持溫 360min Ti/Ag-Cu-Ti/Ti 微觀破斷面 B- CuTi₂，B- CuTi，E- Ag-rich

M- CuTi₂(針狀)

裂縫起始：CuTi 相往中央 Ag-rich 延伸

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.30 950^oC 持溫 6min Ti/Ag-Cu-Ti/Ti 微觀破斷面 A- CuTi₂，B- CuTi，E- Ag-rich

M- CuTi₂(針狀)

裂縫在 AB 之間、BE 之間

在 E 區可以看到細微的裂縫在晶界中生成

Filler Ti 側

裂縫

圖 4.31 950^oC 持溫 30min Ti/Ag-Cu-Ti/Ti 微觀破斷面 B- CuTi₂，B- CuTi，E- Ag-rich

M- CuTi₂(針狀)

裂縫在 AB 之間，往 Ag-rich 區域延伸 在 E 區可以看到細微的裂縫在晶界中生成

Filler Ti 側

圖 4.32 950^oC 持溫 360min Ti/Ag-Cu-Ti/Ti 微觀破斷面 B- CuTi₂，B- CuTi，E- Ag-rich

M- CuTi₂(針狀)

裂縫從 B 往 Ag-rich 生長 E 區會發現延晶與穿晶的裂縫

圖 4.33 900^oC 持溫 6min ZrO2/Ag-Cu-Ti/Ti 試片破斷示意圖

圖 4.34 900^oC 持溫 30min ZrO2/Ag-Cu-Ti/Ti 試片破斷示意圖

圖 4.35 900^oC 持溫 330min ZrO2/Ag-Cu-Ti/Ti 試片破斷示意圖

圖 4.36 950^oC 持溫 6min ZrO2/Ag-Cu-Ti/Ti 試片破斷示意圖

圖 4.37 950^oC 持溫 30min ZrO2/Ag-Cu-Ti/Ti 試片破斷示意圖

圖 4.38 950^oC 持溫 360min ZrO2/Ag-Cu-Ti/Ti 試片破斷示意圖

在文檔中 利用銀銅基銲料接合氧化鋯與純鈦之強度測試與其機械性質 (頁 45-105)