結論

1. 不銹鋼與鈦箔在 950^oC 持溫一小時下就會反應產生(Ni,Fe)Ti2、 (Fe,Ni)Ti ’ + β-Ti、(Fe,Ni)Ti、σ phase 四層反應，升溫到 1050^oC 多產生一層α-Fe ，升到更高溫 1150^oC 鈦箔完全反應成液相不銹 鋼反應側只剩下(Fe,Ni)Ti、σ phase 、α-Fe 三層。

2. Ti-Ni-Ti 多層箔片在 950^oC 就會依序生成 Ti2Ni、TiNi、TiNi3三相 而且左右對稱，而且在鈦箔內會析出針狀α-Ti。升溫到 1050^oC 因 鐵鎳的大量擴散導致鈦箔內的針狀α-Ti 消失，升到更高溫 1150^oC 鈦箔完全消耗變成以TiNi 為基底，在基底中有許多不同形貌的 TiNi3生成物。

3. 鈦箔會與氧化鋯生成 TiO2-x的氧化物，再更高溫下氧化還原反應更 加劇烈TiO2-X也有增厚的趨勢。

4. 1250^oC 下已完全變成液相且反應相拉長， 鈦氧化物中的氧可介由 液態擴散到中間反應層形成TiO、Ti2O3，在液態冷卻時會先在固態 不鏽鋼鈦氧化物生成γ-(Fe,Ni) ，最後在形成以γ-(Fe,Ni) 、TiNi3

交錯的基底。

5. 在 1050^oC 不同持溫下不鏽鋼與鈦箔的反應在 0.1 小時極短時間 生成(Ni,Fe)Ti2 、(Fe,Ni)Ti、σ相 3 層反應相，0.5hr 會生成 5 層反應相，隨著持溫時間增加鈦箔被不銹鋼側的鐵鎳持續消耗 最後只會剩下α-Fe、σphase 和 (Fe,Ni)Ti。

6. 在 1050^oC 下鈦箔與鎳箔在短時間(1~3hr)之反應為 Ti2Ni/TiNi /TiNi3依序層狀排列，隨持溫時間增加使Ti2Ni 形貌會從層狀變 成小球狀在反應後母材TiNi 產生；TiNi 層會經時間拉長後變成 母材均勻分佈其中，TiNi3為最安定之生成相且在 TiNi 基底會有 針狀的反應物產生。

參考文獻

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Table. 2-1. 燃料電池分類

Fig. 2-1. 固態氧化物燃料電池之單元^[8]

Fig. 2-2. 固態氧化物燃料電池工作原理

Table. 2-2. 活性填料硬焊接合文獻

M.Ghosh,S.Chatterjee et al.10

YSZ/Palco(65Pd-35Co)/304 s-s Annealing at

850^oC-950^oC for 5 min

OM，SEM/EDS，TGA Not clear discuss M. Singhet a.l¹¹ YSZ/72Ag-28Cu/304 s-s Annealing at 820^OC YSZ/93Au-5Ni-2Ti/304 s-s Annealing at 700^oC for

5 min

SEM/EDS，TGA Not clear discuss M. Singhet al.³

Table. 2-3. 熱壓擴散接合文獻

Type of sample Annealing Condition Analyzing Instruments Reaction Products References 304 s-s/Cp-Ti Annealing at 850^oC-900^oC for 1 hr OM, EPMA, XRD σphase，FeTi

Fe2Ti，Fe2Ti4O

M. Ghosh, S. Chatterjee¹⁴ 304 s-s/Cp-Ti Annealing at 800^oC-900^oC for 1.5 hr OM, EPMA, XRD σphase，FeTi

Fe2Ti，Fe2Ti4O Cr2Ti

M. Ghosh, S. Chatterjee¹⁵

17-4s-s/ Cp-Ti Annealing at 850^oC-950^oC for 2hr OM, SEM/BSE, EPMA, XRD

λ+χ+α-Fe，λ+χ λ+Fe2Ti，λ+α-Fe FeTi+β-Ti，λ+FeTi

S. Chatterjee et al.¹⁶

304s-s/Cu/Cp-Ti Annealing at 850^oC-950^oC for 1.5hr OM, SEM/BSE, SEM/EDS,

S. Chatterjee et al.¹⁷

304 s-s/Cp-Ti Annealing at 850^oC-950^oC for 2hr OM, SEM/BSE, EPMA,

Table. 2-4. 局部過度液相連接文獻 Ni3Si，TiNi，TiNi3

Zheng Chenaet al.²³

Al2O3/80Ni20Cr/304s-s

Al2O3/80Ni20C/Al2O3

SEM/EDS，MPD Not clear discuss Huiping Duanet al.²⁴

Fig. 3-1. 實驗流程圖

SEM/EDS

制備氧化鋯不鏽鋼試片

製備Ti Ni箔片

接合試片表面處理 鑲埋、切接合完成試片

管型爐中燒結

Fig. 3-2. 夾具示意圖

(a)

(b)

(c)

(d)

Fig. 4-1. 8Y 氧化鋯利用 Ti-Ni-Ti 多層箔片接合 316L 不鏽鋼的 SEM/BEI 全景圖 (a)950^oC, (b)1050^oC, (c)1150^oC, (d)1250^oC 持溫一小時。

(a)

(b)

(c)

(d)

Fig. 4-2. 8Y 氧化鋯利用 Ti-Ni-Ti 多層箔片接合 316L 不鏽鋼的模擬示意圖 (a)950^oC, (b)1050^oC, (c)1150^oC, (d)1250^oC 持溫一小時。

Fig. 4-3. Ti-Ni 二元相圖

(a)

(b)

Fig. 4-4. (a)Fe-Ni-Ti 三元液相線圖，(b) 1000^oCFe-Ni-Ti 三元相圖。

Fig. 4-5. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經950^oC/1hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔側反 應層放大圖(BEI)

Table. 4-1. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經950^oC/1hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔側反 應層定量分析(EDS)

Ti Cr Fe Ni

(Ni,Fe)Ti

₂

68.4 10.3 21.3

(Fe,Ni)Ti’ 59.1 3.6 22.9 14.4

β-Ti

76.8 5.1 15.2 2.9

(Fe,Ni)Ti 52.2 5.3 33.7 8.8

σ phase

5.3 32.3 56.8 5.6

All results in atomic%

Fig. 4-6. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/1hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔側反 應層放大圖(BEI)。

Table. 4-2. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/1hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔側 反應層定量分析(EDS)。

Ti Cr Fe Ni

(Ni,Fe)Ti

₂

68.2 13.2 18.6

(Fe,Ni)Ti’ 57.6 3.6 27.4 11.4

β-Ti

78.3 4.9 14.1 2.7

(Fe,Ni)Ti 47.2 6.3 37.8 8.7

σ phase

4.3 34.6 57.8 3.3

α-Fe

28.4 68.3 3.3

All results in atomic%

Fig. 4-7. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1150^oC/1hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔側反 應層放大圖(BEI)。

Table. 4-3. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1150^oC/1hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔側 反應層定量分析(EDS)。

Ti Cr Fe Ni

(Fe,Ni)Ti 42.0 8.0 39.7 10.3

σ phase

9.6 21.7 62.4 6.3

α-Fe

24.3 70.3 5.4

All results in atomic%

Fig. 4-8. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經950^oC/1hr 擴散反應後 Ni 箔 Ti 箔側反應 層放大圖(BEI)。

Table. 4-4. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經950^oC/1hr 擴散反應後 Ni 箔 Ti 箔側反 應層定量分析(EDS)

Ti Fe Ni

Ti

₂

Ni 66.4 6.9 26.7

TiNi 50.9 49.1

TiNi

3

25.8 74.2

All results in atomic%

(e)

Fig. 4-9. (a)至(d)為 I. Rampin 等人所研究的α-Ti 生成機構(e)α-Ti 橫截面圖。

Fig. 4-10. (a)316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1150^oC/1hr 擴散反應後 Ti 箔 Ni 箔側 反應層放大圖(BEI)；(b)反應物的放大圖。

Table. 4-5. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1150^oC/1hr 擴散反應後 Ti 箔 Ni 箔側反 應層定量分析(EDS)。

Ti Cr Fe Ni

TiNi

₃

acicular

26.9 2.6 6.4 65.1

TiNi

₃

Strip-like

27.4 72.6

TiNi

3

feather-like

27.9 3.0 69.1

基底

45.8 7.1 47.1

Fig. 4-11. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經950^oC/1hr 擴散反應後氧化鋯 Ti 箔側反 應層放大圖(BEI)

Table. 4-6. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經950^oC/1hr 擴散反應後氧化鋯 Ti 箔側反 應層定量分析(EDS)

All results in atomic%

Fig. 4-12. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/1hr 擴散反應後氧化鋯 Ti 箔側 反應層放大圖(BEI)

Fig. 4-13. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1150^oC/1hr 擴散反應後氧化鋯 Ti 箔側反 應層放大圖(BEI)

Fig. 4-14. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1250^oC/1hr 擴散反應後基底反應層放大 圖(BEI)。

Table. 4-7. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1250^oC/1hr 擴散反應後基底反應層定 量分析(EDS)。

Ti Cr Fe Ni O

γ-(Fe,Ni)

8.8 10.1 36.5 44.6 TiNi

₃

24.7 2.0 10.9 62.4

TiO 48.2 51.8

Ti

₂

O

₃

40.6 59.4

All results in atomic%

Table. 4-8. 316L S-S/Ti-Ni-Ti/ZrO2 系統下溫度效應生成相圖表

●, observed; X, none; ● acicular strip feather TiNi3 also observed:● acicular α-Ti also observed:▲ TiO Ti2O3 also observed

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Fig. 4-15. 8Y 氧化鋯利用 Ti-Ni-Ti 多層箔片接合 316L 不鏽鋼的 SEM/BEI 全景 圖在1050^oC 下分別持溫(a)0.1, (b)0.5, (c)1, (d)3,(e)36 小時。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Fig. 4-16. 8Y 氧化鋯利用 Ti-Ni-Ti 多層箔片接合 316L 不鏽鋼的模擬示意圖 在1050^oC 下分別持溫(a)0.1, (b)0.5, (c)1, (d)3,(e)36 小時。

Fig. 4-17. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/0.1hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔側 反應層放大圖(BEI)

Table. 4-9. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/0.1hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔 側反應層定量分析(EDS)

Ti Cr Fe Ni

(Ni,Fe)Ti

2

67.0 1.7 15.7 15.6

(Fe,Ni)Ti 50.3 5.4 35.9 8.4

σ-phase

4.2 26.7 63.5 5.6

All results in atomic%

Fig. 4-18. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/36hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔側 反應層放大圖(BEI)

Table. 4-10. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/36hr 擴散反應後不鏽鋼 Ti 箔 側反應層定量分析(EDS)

Ti Cr Fe Ni

β-Ti 89.8 0.8 7.2 1.3

(Fe,Ni)Ti 44.8 6.1 35.0 14.1

σ-phase 6.4 25.3 61.4 6.9

α-Fe 29.4 65.9 4.7

All results in atomic%

Fig. 4-19. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/3hr 擴散反應後 Ni 箔 Ti 箔側反 應層放大圖(BEI).

Table. 4-11. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/3hr 擴散反應 Ni 箔 Ti 箔側反 應層定量分(EDS)

Ti Fe Ni

Ti

₂

Ni 64.6 4.6 30.8

TiNi

₃

26.7 5.0 68.3

基地

48.6 5.0 50.4

All results in atomic%

Fig. 4-20. 316L S-S/Ti-Ni-Ti foils/ZrO2經1050^oC/36hr 擴散反應後 Ni 箔 Ti 箔側 反應層放大圖(BEI).

Table. 4-12. 316L S-S/Ti-Ni-Ti/ZrO2 系統下生時間影響成相圖表

●, observed; X, none; ● acicular TiNi3: ● acicularα-Ti also observed

在文檔中 鈦-鎳-鈦箔層接合固態氧化物燃料電池中316L不鏽鋼與釔安定氧化鋯界面反應 (頁 47-81)