CaZrO3對CaO/ZrO2系陶瓷材料與鈦金屬高溫擴散介面反應的影響

Abstract

以燒結法製備不同組成之CaO/ZrO2(Calcia/Zirconia)複合材料，與鈦(Titanium, Ti)在1atm 氬(Ar)氣氛下，進行1400℃/3 hr之擴散反應，探討CaZrO3含量對CaO/ZrO2系陶瓷複合材料與鈦金屬高溫擴散介面反應之影響。本實驗利用X光繞射(X-ray diffraction, XRD)、掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy, SEM/EDS)，分析擴散反應後介面之微觀結構。實驗結果顯示，20 mol％ CaO/ZrO2是屬於固溶體，而35 mol％ CaO/ZrO2在as sintering時，即有CaZrO3的存在，使得35 mol％ CaO/ZrO2在陶瓷側的反應是傾向先生成CaZrO3 ，Zr原子和O原子同時往Ti側擴散，而Zr會拖慢O擴散進Ti側的速度，因此讓Ti側與陶瓷側的相形成時間沒那麼快，最後，造成35C/65Z的Ti側反應層Ⅰ厚度會大於20C/80Z的Ti側反應層Ⅰ+Ⅱ厚度且35C/65Z在陶瓷側的反應層Ⅱ+Ⅲ的厚度會大於20C/80Z的陶瓷側的反應層Ⅲ的厚度。而35 mol％ CaO/ZrO2、50 mol％ CaO/ZrO2、CZ(CaZrO3)在as sintering時，皆有CaZrO3的存在，而CaZrO3量越多時，越可以有效阻擋Ti、Zr、O相互擴散，故可看到此三組試片的Ti側反應層厚度比起來： 35 mol％ CaO/ZrO2＞50 mol％ CaO/ZrO2＞CZ(CaZrO3)。