陶瓷材料

課程內容 結晶陶瓷 非結晶陶瓷 玻璃陶瓷 陶瓷製程

陶屬材料 陶屬材料,是同時含有金屬元素與非金屬元素的複雜化合物或固溶體，它們是以離子鍵或共價鍵作結合。典型的陶屬材料是硬、脆，且熔點很高的材科,它們的導電度與導熱度很低，化學安定性與熱安定性良好，並且抗壓強度很高。

離子鍵與共價鍵 離子鍵 離子化合物是由巨大數目之陽離 子與陰離子相吸聚集而成，離子間利用 相異電荷之庫倫靜電力互相結合，此種 正、負離子間吸引力稱為離子鍵。 共價鍵 兩非金屬原子相互靠近時，由於 非金屬不易失去電子，故欲形成化學鍵 必須原子共用電子對形成化學鍵，此種 共用電子對之化學鍵稱為共價鍵。

Q1：你是否使用過液晶螢幕，液晶螢 的玻璃是否為陶瓷材料？ A1： 請思考！！ 按此有詳解

結晶陶瓷 幾乎所有陶屬材料, 其組織內的原子至少都具有一種短程有序排列。可以辨別出陶屬材料內的結晶結構如下: 氯化銫型結構 氯化鈉型結構 閃鋅礦型結構 氟石型結構

陶屬材料的結晶結構 陶屬化合物的典型結晶結構 (a)氯化銫型 (b)氯化鈉型 (c)閃鋅礦型 (d)氟石型 (e)纖鋅礦型

非結晶陶瓷 　　　最重要的非晶質陶瓷材料是玻璃。玻璃是一種未經結晶即硬化且質地堅硬的固體材料。玻璃質組織的產生，是由氧化矽四面體與其他離子群結合而形成一個非晶質的網狀結構固體。

結晶質與玻璃質(非晶質)矽酸鹽的比較。兩者皆具有短程有序排列，但只有結晶質結構才具有長程有序排列 非結晶陶瓷-玻璃 結晶質與玻璃質(非晶質)矽酸鹽的比較。兩者皆具有短程有序排列，但只有結晶質結構才具有長程有序排列

玻璃陶瓷-矽酸鹽玻璃 　　　矽酸鹽玻璃 由純二氧化矽(SiO2)構成，它的熔點很高。然而，一般的矽酸鹽玻璃含有額外的氧化物，這些氧化物係作為玻璃的形成劑(formers)、中間劑(intermediates)與修飾劑(modi-fiers)之用。

形成劑(formers) 具有高結合強度的氧化物，例如矽石，它們的本質是玻璃的形成劑，也是玻璃的主要原料。舉例來說，一般的玻璃材料其成份為二氧化矽，也就是其形成劑為二氧化矽。

中間劑(intermediates) 作為中間劑之用的氧化物，如鉛或鋁的氧化物，結合強度不高;中間劑氧化物本身並不形成玻璃，但它們混入玻璃形成劑的網狀結構中，若以氧化鉛作為中間劑，會使含鉛玻璃產生極高的折射率和色散，可作為天然水晶的替代品。

修飾劑(modifiers) 修飾劑多為鹼金族氧化物如氧化鈉、氧化鉀、氧化鋰等 (如Na2O、K2O、Li2O)，可使玻璃的網狀結構遭受局部破壞而降低黏度，有助於玻璃的熔鑄，但化學抗蝕性變差。

玻璃陶瓷-非矽酸鹽玻璃 由磷化鋁及磷化硼構成的玻璃也具有四面體形的短程結構。然而，硼酸鹽(Borate)(B2O3)玻璃保經由三角形單元(非四面體)結合而形成。一些玻璃是由矽酸鹽與硼酸鹽結合而成。例如，Pyrex玻璃即是矽石中含有大量B2O3的一種玻璃。

玻璃陶瓷-非矽酸鹽玻璃 Pyrex玻璃即是矽石中含有大量氧化硼(B2O3)的一種玻璃，其來源是1912年康寧玻璃公司( Corning Glass )研製出一種含有12％氧化硼之玻璃，這種玻璃具有優異的抗化學腐蝕性。

陶瓷製程－平板玻璃的製程 生產玻璃片與玻璃板的技術 (a)軋延 (b)玻璃浮於液態鍚上方

陶瓷製程－精密陶瓷的製程 結晶質陶屬的成型技術是將顆粒尺寸經控制與遴選過的陶屬粉粒先行與水拌合，然後再塑成所需的形狀。而產生強度適當的生胚。包括壓製、擠製、抽胚及手工塑造在內的各種靜力塑造成型法,皆可應用到這些可塑性的混合物。

結晶質陶屬的成型法 (a)壓製法 (b)靜力壓製法 (c)擠壓法 (d)拉胚法 (e)泥漿澆注法 陶瓷製程－精密陶瓷的製程 結晶質陶屬的成型法 (a)壓製法 (b)靜力壓製法 (c)擠壓法 (d)拉胚法 (e)泥漿澆注法

結晶質陶瓷材料的燒結 在燒結(sintering) 過程中，陶屬製品的硬度與強度將遂漸增高。通常在燒結期間也會發生玻璃化（vitrification）(即熔解)。陶屬製品內的助熔劑或雜質與剩餘的固體起反應而在晶粒的表面上產生一種液相。此液體可協助消彌氣孔，而且冷卻之後此液體變成玻璃。此種作為接合劑之用的玻璃相稱為陶屬健結(ceramic bond)。

Q2:TFT-LCD為何種產品，在台 灣其產值及重要為何？ A2： 請思考！！ 按此有詳解

固態氧化物燃料電池－SOFC 燃料電池係一種直接能源轉換技術(Direct Energy Conversion Techniques)，依電化學反應原理而發電，具有較高的能量轉換效率。燃料電池的發電效率平均在40%以上，所排放的廢熱也易於回收，若用在汽電共生(Cogeneration)上，則可使整體發電效率提高至80%以上，而傳統式火力發電廠之發電效率只有28~38%。　　

固態氧化物燃料電池－SOFC 在商用的固態氧化物燃料電池發展上，是以固態電解質的陶屬材料為基材(substrate)，其組成為： 電解質：~200μm，以完全緻密的添加氧化釔的氧化鋯作為氧離子導體的電解質。　 陰極：~50μm，材質為具有多孔洞結構之添加鍶 的錳酸鑭。 陽極： ~50μm，具有多孔洞結構之鎳／氧化鋯金屬陶瓷複合材料所

固態氧化物燃料電池－SOFC

Q3:固態氧化物燃料電池的問世對 於地球上的生態有何影響？ A3：對於地球上的二氧化碳排放量過大的 　 問題，提供有效的解決方式 請思考！！ 按此有詳解

Q & A END 歡迎指教

A1： 液晶顯示器的玻璃基板，其化學成份為非結晶陶瓷材料，也就是玻璃 。在玻璃板之下方另外還有彩色濾光 片，液晶薄膜及背光模組等元件，其 優點為體積小，無輻射線等，將有取 代傳統陰極管電視之趨勢。 返回

A2： 　　　TFT-LCD為大尺寸液晶顯示器的英文縮寫，台灣最具規模的TFT-LCD廠商以友達光電為首 (營收世界第一)而奇美光電次之，另外尚有其他規模較小的瀭宇彩晶、華映、廣輝等，因此在全球的產業地位有相當高的影響力，更因其中下游的零組件供應鏈完整(趨動IC、徧光板、背光模組等)使我國LCD產業值得樂觀期待。 返回

A3： 固態氧化物燃料電池的發明，對於地球上的二氧化碳排放量過大的問題，提供有效的解決方式，因為固態氧化物燃料電池其燃料為氫化合物，當完成化學反應後只會排放出水，不會燃燒碳化合物，也就不會有二氧化碳的排放。 返回