低介電常數鈣硼矽玻璃之特性研究 - 陶瓷暨電子材料實驗室
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由 DTA 曲線(圖 2)顯示,隨著升溫速<br />
率之增加 CaB2O4 之結晶放熱峰(Tp)向高溫<br />
偏移,放熱峰半高寬亦隨之變寬,原因是<br />
CaB2O4 結晶成長,因此 CaB2O4 成核結晶之活<br />
化能,可由 Kissinger 方程式(1)計算。<br />
⎛ A ⎞ Q<br />
ln ⎜ ⎟<br />
⎜<br />
= − + C<br />
T ⎟<br />
(1)<br />
2<br />
⎝ RT<br />
x ⎠<br />
x<br />
其中A 是加熱速率,Tx是結晶峰溫度,Q是活<br />
化能,k 是 Boltzmann 常數,而 C 則是 常<br />
數。將 ln ( A / Tx 2 )對 1/ Tx做圖,可以得<br />
Kissinger 曲線圖,由直線斜率便能算出結晶<br />
活化能為296(KJ/mole) [ 13]。文獻中Ca、B及<br />
Si在矽酸鹽玻璃中擴散所需的活化能範圍是<br />
175~295、345、及320~550(KJ/mole),由此<br />
可以推論主要是Ca在矽酸鹽玻璃中擴散所需<br />
的活化能。<br />
Ray 及 Augus and Benne 等人之研究<br />
[14-15]指出,Avrami 指數(n),可用方程式 (2)<br />
計算。<br />
2<br />
n = 2.<br />
5×<br />
R×<br />
Tx<br />
÷ ( w×<br />
Q)<br />
(2)<br />
Tx= 結晶峰溫度,T0 = 開始結晶溫度,W =<br />
Tx-T0。<br />
CBS-950 玻璃之Avrami 指數隨著升溫<br />
速率之增加而減小,升溫速率為3 o C/min之<br />
Avrami指數為3.9,顯示是3維的晶粒體結晶成<br />
長機制,由於低Avrami 指數 表示表面結晶<br />
機制大於體結晶機制或表示結晶之尺寸小,<br />
表面孕核的效果遠大於體成核,然而高<br />
Avrami 指數表示成核速率增加,當n值大於<br />
2.5則表示為結晶控制反應,當n值大於4則表<br />
示為多種結晶控制反應,故推論CBS-950其結<br />
晶機制為體成核中的3維晶粒成長,。<br />
此外由 CBS-950 玻璃燒結體密度與燒結<br />
時間關係之實驗結果可得知燒結時間對燒結<br />
之影響,燒結 30 min 顯示具有較高之體密<br />
度,其原因是液相燒結時間足夠填補空隙同<br />
時結晶尚未成長,由 XRD 及體密度之分析可<br />
以證實。<br />
(3)XRD 分析:<br />
起始之玻璃粉末及混合後之CBS-975、<br />
CBS-950與CBS-925,在燒結前後之XRD分析<br />
結果如表2所示。CBS-950燒結前由Tridymite<br />
及非晶質玻璃所組成,燒結後主相為CaB2O4<br />
結晶相,並有少量之CaSiO3及CaB2O5之結晶<br />
相生成。結果顯示高溫玻璃CBS-9有穩定<br />
CaB2O4之趨勢,Ca在矽酸鹽玻璃中擴散生成<br />
CaB2O4為主要機制。<br />
表 2 玻璃燒結前後之 XRD 分析結果<br />
(4)玻璃燒結收縮分析:<br />
圖 3 各種玻璃燒結收縮曲線圖<br />
各種玻璃燒結收縮曲線如圖3 所示,
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