結論

1. Sample 90T/10Z經過 1500°C/1hr/Ar熱處理後發現ZrO2中的Y在Ti 的溶解度非常的低，不易擴散進入Ti中，而造成大量的Y存在於 ZrO2中。因Y2O3為c-ZrO2的安定劑，可以抑制cubic ZrO2轉變成 tetragonal ZrO2，因此造成cubic ZrO2存在。

2. Sample 70T/30Z 在 1400°C/1hr/Ar 熱處理後生成 β′-Ti，由於 Ti 固溶大量的 Zr 與 O，造成高溫時為 b.c.c 的 β-Ti(Zr, O)晶格嚴重 扭 曲 ， 導 致 無 法 完 全 轉 變 成 α-Ti ， 因 而 形 成 斜 方 結 構

（orthorhombic）的 β′-Ti。與 Sample 90T/10Z 在 1500°C/1hr/Ar

熱處理後所生成的 α-Ti 比較，由 EDS 分析發現 90T/10Z 的 α-Ti 固溶了 11.34 at.% Zr 與 17.71 at.% O；而 70T/30Z 的 β′-Ti 固溶了 21.66 at.% Zr 與 24.15 at.% O。

3. 由實驗當中發現並證明Ti2ZrO會從固相α-Ti中析出，而Ti2ZrO從 α-Ti中析出的理由為Ti金屬在高溫冷卻時，由β-Ti(Zr, O)轉變為 α-Ti(Zr, O)，而在α-Ti(Zr, O)中當Zr與O固溶達到飽和時，即以 Ti2ZrO析出。本實驗中分別在 90T/10Z經過 1400°C及 1300°C熱處 理、70T/30Z經過 1500°C及 1400°C熱處理與 50T/50Z經過 1400°C 熱處理下觀察到Ti2ZrO。

4. 在Sample 30T/70Z的條件下會有cubic TiO生成，而cubic TiO是以 intergranular 的 形 式 存 在 於 α-Ti 與 t-ZrO2-x晶 粒 之 間 。 在Sample 10T/90Z的條件下，觀察到TiO與t-ZrO2-x，是由於ZrO2中的O足夠 使Ti 完 全 氧 化 轉 變 成 TiO ， 並 且 還 造 成 周 圍 的 氧 化 鋯 缺 氧

（ZrO2-x）。

5. 在 Sample 10T/90Z 經過 1500°C 熱處理後由 X-ray 繞射分析可清 楚觀察到 cubic ZrO 生成，其 space group 為 Fm3m，a = 4.602 Å。

參考文獻

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Table 1

Sample

成分表

Sample 成 分 熱處理條件

10T / 90Z 10 at.% Ti + 90 at.% PSZ-3Y

1500°C / 1 hr / Ar 1400°C / 1 hr / Ar 1300°C / 1 hr / Ar

30T / 70Z 30 at.% Ti + 70 at.% PSZ-3Y

1500°C / 1 hr / Ar 1400°C / 1 hr / Ar 1300°C / 1 hr / Ar

50T / 50Z 50 at.% Ti + 50 at.% PSZ-3Y

1500°C / 1 hr / Ar 1400°C / 1 hr / Ar 1300°C / 1 hr / Ar

70T / 30Z 70 at.% Ti + 30 at.% PSZ-3Y

1500°C / 1 hr / Ar 1400°C / 1 hr / Ar 1300°C / 1 hr / Ar

90T / 10Z 90 at.% Ti + 10 at.% PSZ-3Y

1500°C / 1 hr / Ar 1400°C / 1 hr / Ar 1300°C / 1 hr / Ar

Table 2 計算 cubic

ZrO 各晶面之

lattice parameter

a (Å)

(hkl)

^2θ

a(Å)

(111) 33.28 4.6577

(200) 38.58 4.6620

(220) 55.58 4.6716

(311) 66.35 4.6673

(222) 69.78 4.6635

Calculated :

By Bragg condition 2dsinθ = nλ , λ = 1.54010 Å Cubic : d

hkl

=

2 2

2 k l

h a

+ +

Table 3 Ti、Zr 與 O 的離子半徑與原子半徑

r

Ti

(nm) r

Zr

(nm) r

O

(nm)

Ti Ti ²⁺

Ti ³⁺

Ti ⁴⁺

0.146 0.078 0.069 0.064

Zr Zr ⁴⁺

0.160 0.082

O O

2-0.060 0.136

氧化鋯與鈦之擴散反應結果

hexagonal / cubic tetragonal / cubic monoclinic

Fig. 2-1 純鈦之同素晶體結構圖

Fig. 2-2 鈦由β相轉變至α相之晶體結構圖

［From Structure and Properties of Engineering Material, 4th Ed., by R. M. Brick, A. W. Pense and R. B. Gordon.

Copyright.1977 By McGraw-Hill, New York. Used with

Fig. 2-3 合金元素對鈦結晶相之影響

Cooling Cooling Cooling

Monoclinic Tetragonal Cubic Liquid Heating Heating Heating

1170°C 2370°C 2680°C

Fig. 2-4 氧化鋯之相變化流程圖

Fig. 3-1 實驗流程圖

分析用試片之製備

Ti 與 PSZ-3Y 粉末之壓塊與燒結 Ti 與 PSZ-3Y 粉末之製備

穿 能 X

透 量 光

式 分 粉

電 散 末

子 光 繞

顯 譜 射

微 儀 儀

鏡

Fig. 3-2 Ti 與 PSZ-3Y 粉末製備流程圖

依比例配置 Ti 與 PSZ-3Y 混體

球研磨（Ball mixing）

烘 乾（150°C）

過 篩（80 mesh）

裝 瓶

造 粒（Granulation）

實 驗 用 粉 末

研 缽 研 磨

10 20 30 40 50 60 70 80

10 20 30 40 50 60 70 80

Fig. 4-3 Sample 10T/90Z、30T/70Z、50T/50Z、70T/30Z 與 90T/10Z 經過 1500°C/1hr/Ar 熱處理後之 X-ray 繞射圖

10 20 30 40 50 60 70 80

Fig. 4-4 Sample 10T/90Z、30T/70Z、50T/50Z、70T/30Z 與 90T/10Z 經過 1400°C /1hr/Ar 熱處理後之 X-ray 繞射圖

10 20 30 40 50 60 70 80

Fig. 4-5 Sample 10T/90Z、30T/70Z、50T/50Z、70T/30Z 與 90T/10Z 經過 1300°C /1hr/Ar 熱處理後之 X-ray 繞射圖

10 20 30 40 50 60 70 80

Fig. 4-6 Sample 10T/90Z、30T/70Z、50T/50Z、70T/30Z 與 90T/10Z 經過 1200°C /1hr/Ar 熱處理後之 X-ray 繞射圖

Fig. 4-7 Sample 90T/10Z經過 1500°C/1hr/Ar熱處理後(a) α-Ti(Zr, O)與c-ZrO_2-x(Y, Ti)之明視野像(BFI)；(b) α-Ti(Zr, O)之EDS分析光 譜；(c) α-Ti(Zr, O)之SADP, Z.A.=[01 ]；(d) c-ZrO12 _2-x(Y, Ti)之EDS 分析光譜；(e) c-ZrO_2-x(Y, Ti)之SADP,Z.A.=[112]；(f) c-ZrO_2-x(Y, Ti)

α-Ti Ti₂ZrO

(a) (b)

(c) (d)

[0001] _{α-Ti Ti}

2ZrO [001]

- //

(1000) - _α-Ti

(0110)- _α-Ti

(110)- _Ti2ZrO

(010)- _Ti2ZrO (1000) _α-Ti // (010) - _Ti2ZrO

Fig. 4-8 Sample 90T/10Z經過 1400°C/1hr/Ar熱處理後(a) α-Ti(Zr, O)與Ti₂ZrO共存之明視野像(BFI)；(b) α-Ti(Zr, O)之EDS分析光譜 (亮條紋)；(c) α-Ti與Ti₂ZrO之SADP, Z.A.=[0001] _α-Ti//[001]_Ti²_ZrO； (d) Ti₂ZrO之EDS分析光譜(暗條紋)。

Fig. 4-9 Sample 90T/10Z經過 1300°C/1hr/Ar熱處理後(a) α-Ti 與Ti₂ZrO之明視野像(BFI)；(b) α-Ti之EDS分析光譜(亮條紋)；

(c) α-Ti與Ti₂ZrO之SADP, Z.A.=[1213] _α-Ti // [112] _Ti2ZrO；(d) Ti₂ZrO之EDS分析光譜(暗條紋)。

(a)

t-ZrO_2-x(Ti)

α-Ti(Zr, O)

(b)

011 - T 111 - -

[011]

(c)

(d)

T

[0112] -2110

-2021 -

(e)

Fig. 4-10 Sample 70T/30Z 經 過 1500°C/1hr/Ar 熱 處 理 後 (a) t-ZrO2-x(Ti)與α-Ti(Zr, O)之明視野像(BFI)；(b) t-ZrO2-x(Ti)之 SADP, Z.A.=[011]；(c) t-ZrO_2-x(Ti)之EDS分析光譜；(d) α-Ti(Zr, O)

(a)

t-ZrO2-x(Ti)

α-Ti(Zr, O)

(b)

[100]

T 001-

011 -

(c)

(d)

[1123]- - - T

1100 - 0111 -

(e)

Fig. 4-11 Sample 70T/30Z 經 過 1300°C/1hr/Ar 熱 處 理 後 (a) t-ZrO2-x(Ti)與α-Ti(Zr, O)之明視野像(BFI)；(b) t-ZrO2-x(Ti)之 SADP, Z.A.=[100]；(c) t-ZrO_2-x(Ti)之EDS分析光譜；(d) α-Ti(Zr, O)之SADP, Z.A.=[1123]；(e) α-Ti(Zr, O)之EDS分析光譜。

α-Ti(Zr, O)與Ti₂ZrO之明視野像(BFI)；(b) α-Ti(Zr, O)之EDS分析 光譜(亮條紋)；(c) α-Ti (Zr, O)與Ti₂ZrO之SADP, Z.A.=[1213] _α-Ti //

[011] _Ti2ZrO；(d) Ti₂ZrO之EDS分析光譜(暗條紋)。

α-Ti

(a) Ti2ZrO

(b)

(c)

T

[1213] - - _α-Ti // [122]_Ti2ZrO (1010) - _α-Ti

(0101) - _α-Ti

(420)_Ti2ZrO (442)-

Ti2ZrO

(1010) - _α-Ti // (022)- - ^Ti2ZrO -

(d)

Fig. 4-13 Sample 70T/30Z 經 過 1400°C/1hr/Ar 熱 處 理 後 (a) α-Ti(Zr, O)與Ti₂ZrO共存之明視野像(BFI)；(b) α-Ti(Zr, O)之EDS 分 析 光 譜( 亮 條 紋 ) ； (c) Ti₂ZrO 之 SADP, Z.A.=[1213 ]_α-Ti //

[122]_Ti2ZrO；(d) Ti₂ZrO之EDS分析光譜(暗條紋)。

Fig. 4-14 Domagala et al.所提出之Ti-ZrO2系統的相圖

Matrix α-Ti (Zr, O)

Fig. 4-15 Ti₂ZrO在Matrix α-Ti (Zr, O)中不同接合介面之析出成長形狀 A面: 低遷移率之半整合性邊界（Low-mobility semi-coherent interfaces）

B面: 高遷移率之非整合性邊界（High-mobility incoherent interfaces）

(b)

Fig. 4-16 Sample 70T/30Z經過 1400°C/1hr/Ar熱處理後(a) β′-Ti(Zr, O) 與 c-ZrO_2-x(Ti) 之 明 視 野 像 (BFI) ； (b) c-ZrO_2-x(Ti) 之 micro diffraction pattern, Z.A.=[012]；(c) c-ZrO2-x(Ti)之EDS分析光譜；(d) β′-Ti(Zr, O)之EDS分析光譜；(e) β′-Ti(Zr, O)之SADP, Z.A.=[021]；

(f) β′-Ti(Zr, O)之SADP, Z.A.=[122]。

t-ZrO_2-x(Ti)與α-Ti(Zr, O)之明視野像(BFI)；(b) t-ZrO_2-x(Ti)之EDS 分析光譜；(c) t-ZrO_2-x(Ti)之SADP, Z.A.=[013]；(d) t-ZrO_2-x(Ti) 之SADP, Z.A.=[113]；(e) α-Ti(Zr, O)之SADP, Z.A.=[01 ]；(f) 12 α-Ti(Zr, O)之EDS分析光譜。

α-Ti(Zr, O)、Ti2ZrO與t-ZrO2-x(Ti)共存之明視野像(BFI)；(b) α-Ti(Zr, O) 之 EDS 分 析 光 譜 ； (c) Ti₂ZrO 之 SADP, Z.A.=[1213 ]_α-Ti //

[133]Ti²ZrO；(d) Ti2ZrO之EDS分析光譜(暗條紋)；(e) t-ZrO2-x(Ti)之

(a) 高溫狀態

(b) 冷卻狀態

Fig. 4-19 (a)與(b)分別為 Sample 50T/50Z 在高 溫與冷卻狀態時，經 1400°C/1hr/Ar 擴散反應後 的生成機構圖。

(b) t-ZrO_2-x(Ti)、TiO(Zr)與α-Ti(Zr, O)之明視野像(BFI)；(b) t-ZrO_2-x(Ti) 之EDS分析光譜；(c) t-ZrO_2-x(Ti)之SADP, Z.A.=[001]；(d) t-ZrO_2-x(Ti) 之SADP, Z.A.=[011]；(e) α-Ti(Zr, O)之SADP, Z.A.=[01 ]；(f) 12 α-Ti(Zr, O)之EDS分析光譜。

(f)

011 - 100-

(g)

T 200

121-

[012]

(h)

T

[013]

200 031-

(i)

T

[111]

202 - 220-

(j)

Fig. 4-20 Sample 30T/70Z 經過 1500°C/1hr/Ar 熱處理後(g) TiO(Zr) 之SADP, Z.A.=[012]；(h) TiO(Zr)之 SADP, Z.A.=[013]；(i) TiO(Zr) 之SADP, Z.A.=[111]；(j) TiO(Zr)之 EDS 分析光譜。

(a)

t-ZrO2-x

t-ZrO2-x

t-ZrO2-x

-Ti(Zr, O) TiO

(b)

α _Zr

(c)

T 020 - 200

[001]

(d)

220- T 022 -

[111]

Fig. 4-21 Sample 30T/70Z 經 過 1400°C/1hr/Ar 熱 處 理 後 (a) t-ZrO_2-x(Ti)、α-Ti(Zr, O)與TiO(Zr)之明視野像(BFI)；(b) t-ZrO_2-x(Ti) 之EDS 分 析 光 譜 ； (c) t-ZrO_2-x(Ti) 之 SADP, Z.A.=[001] ； (d) t-ZrO2-x(Ti)之SADP, Z.A.=[111]。

(e) (f) (f)

T

[0112]- - 2110- - 0111 -

T

(g)

[001]

110 - 010 -

T (h)

[011]

111- 200

Fig. 4-21 Sample 30T/70Z 經過 1400°C/1hr/Ar 熱處理後 (e) α-Ti(Zr, O)之 SADP, Z.A.=[0112]；(f) α-Ti(Zr, O)之 EDS 分析光 譜 ；(g) TiO(Zr) 之 SADP, Z.A.=[001] ； (h) TiO(Zr) 之 SADP, Z.A.=[011]。

t-ZrO_2-x(Ti)、TiO(Zr)與α-Ti(Zr, O)之明視野像(BFI)；(b) t-ZrO_2-x(Ti) 之EDS分析光譜；(c) t-ZrO_2-x(Ti)之SADP；(d) TiO(Zr)之EDS分析 光 譜 ；(e) TiO(Zr) 之 SADP, Z.A.=[013] ； (f) TiO(Zr) 之 SADP, Z.A.=[012]。

(a) 高溫狀態

(b) 冷卻狀態

Fig. 4-23 (a)與(b)分別為 Sample 30T/70Z 在高 溫與冷卻狀態時，經擴散反應後的生成機構圖。

(a) (b) TiO(Zr)與t-ZrO2-x(Ti)之明視野影像(BFI)；(b) TiO(Zr)之EDS分析 光 譜 ； (c) TiO(Zr) 之 SADP, Z.A.=[001] ； (d) TiO(Zr) 之 SADP, Z.A.=[011]；(e) t-ZrO2-x(Ti)之SADP, Z.A.=[011]；(f) t-ZrO2-x(Ti)

(a)

TiO(Zr)

t-ZrO2-x

(b)

(d)

[011]

T 111- 200 (c)

[001]

T 010 - 110 -

(e)

[001]

200 - T 020

-(f)

Fig. 4-25 Sample 10T/90Z經過 1400°C/1hr/Ar熱處理後(a) TiO(Zr) 與t-ZrO_2-x(Ti)之明視野像(BFI)；(b) TiO(Zr)之EDS分析光譜；(c) TiO(Zr)之SADP, Z.A.=[001]；(d) TiO(Zr)之SADP, Z.A.=[011]；(e) t-ZrO2-x(Ti)之SADP, Z.A.=[001]；(f) t-ZrO2-x(Ti)之EDS分析光譜。

diffraction ring；(e) t-ZrO2-x(Ti)之EDS分析光譜。

(a) 高溫狀態

(b) 冷卻狀態

Fig. 4-27 (a)與(b)分別為 Sample 10T/90Z 在高 溫與冷卻狀態時，經擴散反應後的生成機構圖。

在文檔中 以粉末燒結法製作氧化鋯與鈦混體之微觀結構分析 (頁 49-89)