微結構

    微結構是指材料的微觀結構,以陶瓷材料來說,一般而言,陶瓷學家須觀察1nm至數十微米 ( 微米= 1 x 10-6公尺) ,方能充分了解陶瓷的微結構,而觀察的重點,包含晶界相的存在與否,晶粒的大小及分布,孔隙的多少,第二相的大小及分布,是否有缺陷等等.這些觀察重點皆 對陶瓷的性質有很重大的影響,現舉例說明.

a. 晶界相的存在與否
• 陶瓷對不純物的存在非常敏感,例如當氧化鋁中只要有數百ppm的不純物,在晶界上即可產生玻璃相,這種玻璃相在燒結時是液相,對燒結的影響不易完全了解, 但對 陶瓷的高溫性質卻有害.

b. 晶粒的大小及分布
• 所有材料的強度皆與晶粒大小成反比,但晶粒大小的分布也很重要, 因少數的大晶粒可大幅降低陶瓷材料的強度.

c. 孔隙的多少
• 陶瓷一般由粉末開始製作,再經由燒結,而提高密度,故一般陶瓷產品內多有孔洞殘留,孔洞的多少及分布,對陶瓷的性質有很大的影響,例如陶瓷的強度隨孔洞量的增加,而呈指數方式下降.

d. 第二相的量多少及分布
• 在陶瓷製造過程中,或有雜質顆粒掉入胚體,或刻意加入第二相,做成複合材料,這類第二相量的多少及分布亦對陶瓷材料有很大的影響.

e. 缺陷的存在
• 陶瓷這一種脆性材料,對缺陷的存在非常的敏感,例如在平板玻璃表面用鑽石刀輕輕畫上一道,則輕易的可將平板玻璃分為兩半,若缺陷存在於陶瓷內部,亦會影響陶瓷的強度及其他性質,故缺陷的存在與否為觀察微結構的重點 .

以下有數張典型的微結構的掃瞄式電子顯微鏡的相片,作為例子.

圖三、單相陶瓷(氧化鋁, 晶粒大小約5 微米, 相對密度為 98%)

圖四、 單相陶瓷(氧化鋯, 晶粒大小約0.5 微米, 相對密度>99%)

圖五、 複合材料( 氧化鋯/ 碳化矽短纖維複合材料, 碳化矽短纖原長為 40 微米左右,
佔此複合材料 的10% 體積百分比)


圖六、 缺陷 ( 氧化鋯基地中有一雜質顆粒, 旁有許多缺陷, 使此材料的強度降低)