TW200400926A - Method of production and method of quality control for glass ceramic - Google Patents

Description

0926 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 性值T1:係關於具有彈性模數、熱膨脹係數等之期望物 f玍值的玻璃陶蒈 氣k方法及品質管理方法。 【先前技術】 用玻===:基板材、光通_板材為首，使 熱膨脹係數'揚氏於该等領域的材料中，必須對 ^ %氏杈數寺之物性值進行正確的管理。 y ’破_究之期望物性係取決於結晶化度、結晶 强^璃陶瓷的結晶化度，可發現係與熱膨脹係數、 吴數等之間具有相互關係。 玻璃=為對該等物性值進行㈣的手段，係採用自 _ ""生產線取樣’直接測定該等之物性值，並回 化溫度的方法。然而，以非破壞方式來測定熱膨 時^數係非常困難，且在回授到製造條件為止須要相當的 ，本^月之目的在於提供，藉由對熱膨服係數等之無法 J 二皮壞方式杈查的期望物性間接地進行評價，而獲得快 返叩間易的被璃陶資之π曾警探古 品質的玻崎的方::…方法，及以低成本製造高 【發明内容】 如亦即’依據本發明之第1形態’本發明之玻璃陶瓷之 衣造方法，係用以製造具有期望物性值及與該期望 關之物性參數之玻璃陶曼者，其係含有 200400926 預先對與該玻璃陶曼同—組成的 溫度與該物性夕明及 t j文火出、.，口日日化 抖广生之關係、及物性參數與該物性之關係； 數；4 _陶i生產線取樣之玻璃陶f測定該物性參 曰仆亥寺之關係來決定對應於該期望物性值之實際結 ;:=，藉由使生玻璃在該決定之既定溫度下進行熱處 理來生長既定的結晶相。 -二二據本發明之第2形態’本發明之玻璃陶瓷之品 =理方法’係對具有期望物性值及與該期望物性相關之 '丨翏數之玻璃陶竞管理品質之方法，其特徵在 有以下步驟： 加預先對與該玻璃陶曼同一組成的玻璃陶竟求出結晶化 ’皿度與该物性之關係、及物性參數與該物性之關係； 對自該玻璃陶究生產線取樣之玻璃陶究測定該 數； > 依據該等之關係’以使所製造之玻璃陶究對應於該期 望物性值的方式來控制實際結晶化溫度。 於本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理方法中， 較佳者為，該物性為熱膨脹係數，且，該物性參數為密度 。於該物性為熱膨脹係數且該物性參數為密度的場合，較 佳係於預先求出之密度與熱膨脹係數之關係中，於期望= 為 4. 〇 X 1 0-4cm3 . g- 熱膨脹係數範圍，熱膨脹係數相對於密度之斜率的絕對值 以下為佳。 α —石英為佳，具體而言 而且，以該既定的結晶相包含 200400926 ’以該既定的結晶相為石英及二石夕酸經為佳。 又°亥物性茶數為XRD波峰面積強度亦可，此場合， 該既定的結晶相也以包含…，及該既定的結晶相為 α-石英及二矽酸鋰為私 為仏。又，此場合之該XRD波峰面積強 -’較佳係2Θ=26。的石英之波峰面積強度。 者。亥物I1生參數為超音波縱波速度亦可， 熱膨服係數且該物性參數為超音波縱波速度的場合，較= 係於預先求出之縱波速度與熱膨脹係數的關係中’期望^ ’、’、膨脹係數乾圍’熱膨脹係數相對於縱波: 對值為以下。 斜车的、、，巴 於：發明之玻璃陶— 亮之製造方法及品質 所谓之期望物性，係非破壞方 甲 性，係指熱膨脹係數等。 、_竟的物 於本發明之玻璃陶竞之製造方法及品質 所謂之物性來數，在 乃在中， 竞的物性，亦: 進行非破壞方式測定之破璃陶 度等。’、卩⑥度、XRD波峰面《度、超音波縱波速 芦由明之玻璃陶究之製造方法及品質管理方法中， ;”，子與該玻璃陶莞同一組成的玻璃陶究求出結晶化 又物性之關係、及物性參數與該物性 曰曰 測該物性灸叙 、+ 關知’以li 可達成快速且高品質的破璃陶瓷之制、生古 法及品質管理方法。 是之衣造方 方、本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質 較佳係預弁被，A 、吕里方法中， 玻璃陶竞同―組成的破璃陶竞求出結晶 200400926 ^ Λ。亥物性之關係、及物性參數與該物性之關係，並 长出、纟。晶化溫度與該物性參數的關係。 " 本毛明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理方法中， 於玻璃陶竞的密度依存於結晶化度.、结晶’ ，於έ士曰如AA _ — 又了 邳即 、、、、口阳相的岔度與玻3离矩陣的密度大不相同的場合， 佳係物性來數μ宁炎— π 丰父 . ^數6又疋為役度。具體而言，當期望物性為埶膨 脹係數時’於期望的熱膨脹係數範圍，熱膨脹係數二 密度之斜率的絕對值為（Ο·、、—4以下之時： 較佳係將物性參數設定為密度。玻璃陶瓷的密度可 測定’ #由將物性參數設定為密度，可達成熱膨脹 係數精密的品質管理。 服 另一方面，於結晶相的密度近似於玻璃矩陣的穷声的 場合，無法由玻璃陶軸度測定來推測熱膨脹係：：值 。於期望的熱膨脹係數範圍，熱膨脹係數相對於密度 率的絕對值較4·0Χ1〜· Γ1為大時，較佳係將物 性參數設定為XRD波峰面積強度或超音波縱波速度。” 於本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理a方法中， 可使用XRD波峰面積強度作為物性參數。例如，於玻璃陶 曼的主結晶相為α-石英的場合，藉由制χ射線繞射法 對2 Θ =26° 近的特定XRD波峰面積強度進行監測，可對 玻璃陶瓷的品質進行管理。 | 於本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理方法中， 可使用超音波縱波速度作為物性參數。玻螭陶瓷中的超音 波縱波速度]目當地依存於結晶析出量，與結晶化度、熱 ^UU4U0926 膨脹係數等之間具有甚強 經由非破壞方式測定測得 ，藉由測定在玻螭陶資^中 玻璃陶瓷等之期望物性， 理。 的相互關係。超音波縱波速度可 ’適合於簡便的品質檢查。因而 傳播之超音波縱波速度’來推測 可達成簡便的玻璃陶瓷的品質管 作為超音波縱波速度簡便的測定方法 pzt所發出之超音波直接射到試料的方法、 物浸潰於液體中進行測定之水浸法等。 【實施方式] ’有使用藉由 以及將被彳貞測 :本貫施例中’玻璃陶竞的熱膨脹係數，係按照「米 經由熱機械分析之熱膨脹測定方法⑴s R 1618 」測疋出於25〜l〇(TC之平均線膨脹係數。玻 ’係按照「固體比重測定方法（皿_」進行測定射線繞射，係伟用碰去丨丨、去、 ± 、 手'使用紈利浦公司製之全自動粉末 裝置（XRD)。破璃陶警〇立+ ^ Α ώ 身才深、.堯身 现妈陶瓷之旄音波縱波速度’則使用日本 美特立克斯公司製之M〇del_25進行測定。 (貫施例1 )

，效針對期望物性為熱膨脹係數90 X 1 〇-7Κ~ι之製造方法，及以密度作為物性參數之品質管 說明。 的玻璃陶I 理方法加以

以氧化物換算 Si〇2 U20 之質量％為： 75. 3% 9. 9%

K2〇 2. 0% 10 200400926 之生玻螭，於 ........工民六艰取、结晶 ，接著在74〇〜7饥的範圍之各種結晶化溫度下進行3 時熱處理使其結晶化製得玻璃陶£試料。測定此試料的 度及熱膨脹係數1主結晶相為“_石彡，並有 矽酸鋰。 里的 於圖卜圖3中表示此結果。密度與熱膨脹係數係 線性的關係、’結晶化溫度與密度在期望物性附近亦可看作 是一次線性的關係。於目1的曲線，熱膨脹係數相對於穷 度之斜率為19X10-^3 . g-】.Γ]。 " 璃， ，在 瓷，

MgO 0.8% ZnO 0.5% P*2〇5 2. 0% Zr02 2.3% Al2〇3 7. 0% Sb203 0.2%

，✓、一八 Ή 、一"八 CJ'J 在。5。40 c下進行5小時熱處理使其形成結晶核， 广C下進行3小時熱處理使其結晶化而得到破 經測定其密度為2.4693。 由於自圖1 1 1 ,, 的曲線可推測相當於密度2. 4693之熱膨 係數為 85 X 1 y ，故將結晶化溫度提高2°C而變更為7 C繼續進行玻速+ ' 勾I之製造。其結果，可得到具有熱膨 係數為90 X ΗΠμ ^ ^ 之期望物性的玻璃陶曼。 11 200400926 (實施例2) 錄針對期望物性為熱膨脹係數105 X 1〇-?Κ-丨& 瓷之萝i生古、的坡璃陶 衣以万法’及以X]RD波峰強度作為物性 理方法加以說明。 少數之品質管 以氧化物換算之質量％為： 76.1% 10. 0% 1.0°/〇 0.8% 0. 5% 2. 0% 2.3% 7.1% 0.2%

Si〇2

Li2〇 K20 t

Mg〇

ZnO P2O5

Zr02

Al2〇3

Sb203 之生破璃，於54(rc下進行5小時 ，、恳理使其形成级曰社 ，接著在730〜745t的範圍之各種結晶^ 日日核 士 日曰亿/皿度下進行 %熱處理使其結晶化製得玻璃陶瓷試料。 小 疋此试料的你 又、XRD波峰面積強度及熱膨脹係數 … 曰… 數本玻璃陶瓷的主社 曰日相為石英，並有少量的二矽酸鋰。 ° 強度，係求出2 Θ =25. 3。〜26. 7。（ α _石4「 甸積 ㈣μ 石央的[m]波峰 叫谓5$度0 密度與熱膨脹係數的關係如圖4 % _ y U 4所不的曲線。熱膨勝 係數11 0 X I 〇 — 7附近之熱膨脹係數相斟认_ — " 最丨a對於密度的斜率為2. 7 12 200400926 X 1 0_4cm3 · g_1 · K-1。 XRD波峰面積強度鱼埶 烏脹係數的關係，如目5的曲 線所不。熱膨脹係數與XRD波 > ΥΡΠ * Λ 嗶面積強度為—次線性關係 XRD波峰面積強度鱼έ士曰 〇 sa化溫度的關係於期望物性附近 亦可看作為一次绂Μ的Μ & 迎 w,: ，5的曲線中，熱膨脹係 相對於XRD波峰面積強度的斜率為7上1〇 9卜 其次，於玻璃陶竟生產線中，對大致 璃’於540t：下，推；r c m J &瑕 進订5小時的熱處理使苴生 M ^ , ® ^ 7Q9〇^ 玍玖結日日核， ' C下進行熱處理3小時 破璃陶瓷，對豆測定 衣传 、、疋XRD波峰面積強度為1〇〇〇。 由圖5的曲線，可抽宕屮知^^士人νηι^ 推出相畜於XRD波峰面積強度 膨服係數為⑽摩Γ1，故將結晶化溫度降低2 ，、、、731 C，繼續進行玻璃陶瓷的製造。其結果，可 二有熱膨脹係數為⑽晴1之期望物性的玻璃陶 (貧施例3 ) 錄針對期望物性為熱膨脹係數j 〇〇 χ ! 〇_?κ 究之製诰方本Β w敬碉闹 总万沄，及以超音波縱波速度作為物性參數之品質 ^ 方法加以說明。 以氣化物換算 Si02 之質量％為： 67. 4% U2〇 6.2% K20 2.0¾ MgO 2. 0%

13 200400926

ZnO SrO BaOPA Zr02 Al2〇3 Sb2〇3 之生玻璃，於 6.0% 1.7% 2.5% 2. 0% 2. 4% 7. 4% 0. 4% 540°C下進行5 小時熱處理使其形成結晶核

’接著在680〜700°C的範圍之各種結晶化溫度下進行3小 時熱處理使其結晶化製得玻璃陶瓷試料。測定此試料的# 度、超音波縱波速度及熱膨脹係數。其主結晶相為α _白 矽石及-白矽石固溶體。其結果示如圖8〜圖U的曲線。 於圖8中，於熱膨脹係數90 X 1 Ο^Γ1附近之熱膨服係 數相對於密度的斜率約為24 X i〇-4cm3 . g-i . 。於本玻璃 陶瓷組成之場合，由於玻璃矩陣與析出結晶的密度為相同 耘度’故即使因析出結晶之增加而使熱膨脹係數改變，其 密度則幾乎不會改變。因而，由於在此玻璃陶瓷組成中/，' 相較於熱膨脹係數的變動，密度的變動甚小，故無法僅依 據密度來正確地進行熱膨脹係數的管理。

圖9係表示超音波縱波速度與熱膨脹係數的關係 熱膨脹係、數9GX1G1—1附近之熱膨脹係數相對於超音 波速度的斜率之絕對值為2.5X10-、S. _-丨.^。曰 接著，於玻璃陶瓷生產線中，對大致相同組成的 0於 波縱 生玻

14 200400926 璃，於 540 下，mr 進仃5小時的熱處理使其生成結晶核， 接著’再^。°下進行_ 3小時使其結晶化，製得 玻璃陶宽，對其測定超音波縱波速度而# 5. 752_/ // sec ;圖9的曲線中，由於相當於超音波縱波速度 以SeC之熱膨脹係數為1 03 X 1 (Π1，故將結晶 度降低2 C ’史更為688。(：，繼續進行玻璃陶瓷之製造。 其結果’可製得具有熱膨脹係數4⑽χ1()_7Γΐ之期望物 性的玻璃陶曼。 ^本表明係預先取得以非破壞方式容易測定之物性參數（ ,波峰強度、超音波縱波速度等）、與熱膨脹係數 ’之：田取決於析出結晶量之玻璃陶瓷的期望物性之間的 a ;’；由破璃陶瓷生產線中取樣之玻璃陶瓷的物性袁 數的測定值來推定 # " , 物性，错此，可達成低成本且快速 的玻璃陶瓷之品質管理。 【圖式簡單說明】 (—)圖式部分 、、圖1為表示本發明之玻璃陶兗之製造方法及品質管理 方法：所求出之密度與熱膨脹係數的關係之曲線圖； 、、圖2、為表示本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理 •斤长出之結晶化溫度與密度的關係之曲線圖； 理圖3 A為表示本發明之玻璃陶莞之製造方法及品質管 中所I出之結晶化溫度與熱膨脹係數的關係之曲線 圖 iwj 4 兔主一 線圖；不玻璃陶瓷之密度與熱膨脹係數的關係 方法二+為表不本發明之玻螭陶瓷之製造方法及品質管理 曲線圖； 波锋面積強度與熱膨脹係數的關係之 m 方法ΐ所6长為表示本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理 曲線圖出之結晶化溫度與χ肋波峰面積強度的關係之 方年2 :表不本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理 戍Τ所求出> # s 、，Ό日日化溫度與熱膨脹係數的關係之曲線圖； 圖 8 真本- 線圖.‘、7F玻璃陶瓷之密度與熱膨脹係數的關係之曲 圖 9 , 方、i 不本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理 線圖. < 趄曰波縱波速度與熱膨脹係數的關係之曲 圖w為表示本發明之玻璃陶竞之製造方法及品質管王里 · θ法中所求屮 s 的 、，’°日日化、服度與超音波縱波速度的關係之曲 方、圖11為表示本發明之玻璃陶瓷之製造方法及品質管理 /中所求出之結晶化溫度與熱膨脹係數的關係之曲線圖。 (二）元件代表符號 益 »、、、 16

Claims (1)

1. 200400926 拾、申請專利範圍： 1 · 種玻續陶瓷之製造方法’其係用以製造具有期 望物性值及與該期望物性相關之物性參數之玻璃陶瓷者， 其特彳政在於，係含有以下步驟： 預先對與该破璃陶瓷同一組成的玻璃陶瓷求出結晶化 度與δ亥物性之關係、及物性參數與該物性之關係； 對自該玻_ £生產線取樣之玻璃陶究測定該物性灸 數； > 該期望物性值之實際結 之既定溫度下進行熱處

   依據該等之關係來決定對應於 晶化溫度，藉由使生玻璃在該決定 理來生長既定的結晶相。 t 2.如申請專利範圍第 其中，該物性係熱膨脹係數 3·如申請專利範圍第 其中，該物性參數係密度。 4.如申請專利範圍第 其中，該物性為熱膨脹係數 求出之在、度與熱膨服係數間 數範圍，熱膨脹係數相對於 1 0_4cm3 . g-1 · K_1 以下。 項之玻螭陶瓷之製造方法， 項之破璃陶竟之製造方法， ’該物性泉赵^歎為遂、度；於的關係中，^A —ώ 於期望的熱膨 岔度之斜遂, 午的絕對值為L β、圾. 、〜晶相係包冬 匕3 « -石英 5項之坡螭m立 巧闹究之製」 以及〜矽酸鋰。 5 ·如申請專利範圍第 製造方法，其中’該既定的 6.如申請專利範圍第 其中’該既定的結晶相為^

   17 200400926 7. 如中請專利範^圍第1項之玻璃陶資^制 其中’該物性參數為XRD波峰面積強度。 8. 如申請專利範圍f 7項、之玻璃陶 其中，該既定的結晶相係包含α—石英。 “方法’ 9. 如申請專利範圍帛8項之玻璃陶曼之製 其中，忒既疋的結晶相為α -石英及二矽酸鋰。 1。·:申請專利範圍第8或"項之玻 方法，其中，該XRD波峰面積強度為2θ=26。 ^ 之XRD波峰面積強度。 勺〇：-石央 U·如申請專利範圍第i或第2項之玻，陶㈣造 方法’其中，該物性參數為超音波縱波速度。 ^ 12. 如申請專利範圍第U項之玻璃陶究之製造方法 ’其中，該物性為熱膨脹係數’該物性參數為超音波縱波 速度；於預先求出之縱波速度與熱膨脹係數的關係中’，於 ^望的«脹絲_，熱㈣純相對於 率的絕對值為以下。 逆又之斜 13. -種玻璃陶瓷之品質管理方法，其係對具 物性值及與該期望物性相關表 " 關（物性，數之破璃陶瓷管理品 貝之方法，其4寸徵在於，係包含以下步驟： 預先對與該玻璃陶究同一组成的玻璃 溫度與該物性之關係、及物性參數與該物性之關係一化 對自該玻璃陶£生產線取樣之玻璃陶竟敎該 數； > 依據該等之關係，以使所製造之玻璃陶究對應於該期 18 望物性值的方式來 八不k制貫際結晶化溫度。 士申S青專利範圍第1 g工g t #王產 方法，其中…“离陶免之品質管理 中’该物性係熱膨脹係數。 B11 古土15· *中請專利範圍帛13項之玻 方法，其中，該物性參數係密度。 瓦之以管理 16.如申請專利範圍第丨5項之玻 方法，其中，該物 瓷之品質管理 物丨生為熱杉脹係數，該物 於預先求出之宓声彻枯W 注参數為逸、度； 之-度與熱膨脹係數間的關 以下 膨脹係數範圍，熱膨脹係數相對於密度=立的熱 4. OX l〇-4cm3 · g-i . Κ-ι „ _ 斜率的絕對值為 Η·如申請專利範圍第13〜16項中任一 5 之品質管理方法，並φ _ 項之玻ϊ离陶瓷 。 ，、中’該既定的結晶相係包含^石英 18.如申請專利範圍第 方争，1 Ψ ^ 7項之玻璃陶瓷之品質管理 方法，其中，該既定的結晶相 吕理 iq , * _ ^ 石央及二石夕酸鐘。 19·如申请專利範圍第a工百夕士 士 方法，苴中，节妝阽奋* 、玻璃陶瓷之品質管理 等 〃中㈣性參數為咖波♦面積強^ 2〇·如申請專利範圍S 19項之^ 古、车，^ 頁之破璃陶瓷之品質管理 方法，其中，該既定的結晶相 “理 你巴含α -石英。 21. 如申請專利範圍第20馆夕+ ,、 古、表，f cb 4 ^之破璃陶究之品質管理 方法，其中，該既定的結晶相 貝吕理 〇〇 , * ^ 勹α石央及二矽酸鋰。 22. 如申请專利範圍第2〇 質管理方法，其中，該4弟2】項之玻璃陶竞之品 _石革之YRD、出 A 〆峰面積強度為26» =26。的α 石央之XRD波峰面積強度。 39 200400926 23 質管理 24 方法， 縱波速 ’於期 之斜率 拾壹、 如 .如申請專利範圍帛13<f 14J員之玻璃陶究之品 方去，其中，該物性參數為超音波縱波速度。 申明專利範圍第23項之玻璃陶變ι之品質管理 其中，該物性為熱膨脹係數，該物性參數為超音波 度’於預先求出之縱波速度與熱膨脹係數的關係中 2的熱膨脹係數範圍，熱膨脹係數相對於縱波速度 的絕姆值為8X1(T5" s . . Γ1以下。 圖式： 次頁 20