臺灣博碩士論文加值系統

本研究將切削廢液裏之碳化矽有效的再利用於電子產業之高溫燒結承載基板。大量切削廢液主要是含有矽泥的切削油，這些矽泥中含有碳化矽、矽及氧化矽。如果可以有效進行回收，不僅可以有效利用這些廢棄物並減少切削廢液處理的成本，亦能將碳化矽與矽回收再利用來降低對環境的衝擊。高溫燒結承載基板是以回收碳化矽為基板，在表面覆蓋一層釔安定氧化鋯。本實驗利用粉末自體研磨來減少粉末粒徑與銳角，經過造粒後成功將回收的碳化矽粉末製作成基板，碳化矽錠經高溫燒結1400 °C ~ 1550 °C後，分析其顯微結構、相結構、成分分析與熱膨脹率等。然後使用溶膠凝膠法製備SiO2中間層，利用旋轉塗佈法將SiO2凝膠塗佈在碳化矽基材上，塗佈轉速分別為500 rpm、1000 rpm、1500 rpm、2000 rpm，熱處理溫度分別為1050 °C、1200 °C、1350 °C，分析塗佈轉速對塗佈厚度的影響，及熱處理溫度對組成成分與顯微結構之影響。再將ZrO2披覆於碳化矽基板上，再燒結1450 °C使其附著於SiC錠，製作出SiC/ZrO2 複合陶瓷基板。本研究引入SiO2中間層成功改善ZrO2披覆層與碳化矽基板匹配性問題。本實驗亦使用電漿噴塗將ZrO2直接噴塗在碳化矽錠上，去比較傳統噴塗與電漿噴塗ZrO2兩者之間的差異。

In this study, we effectively reused recycling SiC powders which are came from cutting waste oil in the electronics industry. The main purpose is to make recycling SiC powders as high temperature substrates. Waste oil mainly contains silicon mud which includes the silicon carbide, silicon and silicon oxide. If silicon mud can be reused effectively, the treatment cost should be decreased, and environment impacting should be also reduced. High temperature sintering substrate is made by recycling SiC powders, then coating a layer of yttrium stabilized zirconia on the surface. In the experiment, the powders self-grinding were carried out in order to reduce the particle size and the acute angle. After self-grinding, SiC powders were successfully made into a substrate. The SiC disc was sintered at a high temperature from 1400 °C to 1550 °C. The specimens were analyzed such as phase evolution, microstructure, component, thermal expansion rate etc. The SiO2 was coated by sol-gel method as middle layer.We used spin coating to coat the SiO2 sol-gel, spin coating speed is 500 rpm, 1000 rpm, 1500 rpm and 2000 rpm. The middle layer’s heat treatment temperature is 1050 °C, 1200 °C and 1350 °C. The Y-ZrO2 layer was coated on the SiC substrates. SiO2 middle layer was successfully to improve the mismatch between ZrO2 coatings and SiC substrates. In this study, ZrO2 was also sprayed on SiC by using plasma spraying. We compared the difference between the plasma spraying and the spraying.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第 1 章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 4
第 2 章 文獻回顧 5
2.1 碳化矽的介紹[11] 5
2.2 氧化鋯的介紹 8
2.2.1 氧化鋯基本性質 8
2.2.2 氧化鋯的應用 10
2.2.3 固相燒結 11
2.2.4 液相燒結 13
2.3 溶膠凝膠法 14
2.3.1 溶膠凝膠法簡介 14
2.3.2 溶膠凝膠法的合成程序 14
2.3.3 金屬醇鹽與醇鹽的水解與縮合反應[22] 15
2.3.4 溶膠凝膠的老化過程 16
2.3.5 溶膠凝膠法的相關應用 16
2.4 薄膜披覆方法 17
2.4.1 浸鍍法 17
2.4.2 旋轉塗佈法 18
2.4.3 噴霧法 18
2.5 電漿噴塗 19
2.5.1 電漿原理 19
2.5.2 電漿熔射[28] 21
第 3 章 實驗方法 24
3.1 實驗材料 24
3.1.1 碳化矽粉末製備 24
3.1.2 氧化矽溶液製備 24
3.1.3 氧化鋯粉末製備 26
3.2 實驗流程 27
3.2.1 碳化矽塊材製備 27
3.2.2 旋轉塗佈中間層SiO2製程 28
3.2.3 傳統噴塗ZrO2複合塊材製程 29
3.2.4 電漿噴塗ZrO2複合塊材製程 29
3.3 實驗設備 30
3.3.1 球磨機 30
3.3.2 手動壓模機 31
3.3.3 旋轉塗佈機 32
3.3.4 傳統噴塗槍 33
3.3.5 電漿噴塗機 34
3.3.6 高溫燒結爐 35
3.4 分析儀器 36
3.4.1 燒結密度分析(體密度) 36
3.4.2 能量分散X射線螢光光譜儀(XRF) 37
3.4.3 熱機械分析儀(Thermo Mechanical Analysis , TMA) 38
3.4.4 X光繞射儀(X-ray diffraction, XRD) 39
3.4.5 掃描式電子顯微鏡 (SEM) 40
3.4.6 雙束型聚焦離子束(DB-FIB) 41
3.4.7 穿透式電子顯微鏡(TEM) 42
3.4.8 維克氏硬度儀 43
3.4.9 熱傳導分析儀 44
第 4 章 結果與討論 45
4.1 SiC粉末分析 45
4.1.1 相結構分析 45
4.1.2 顯微結構 47
4.1.3 熱機械分析儀Thermomechanical Analysis (TMA) 50
4.2 不同燒結溫度對SiC塊材之研究 51
4.2.1 緻密性(體密度) 51
4.2.2 相結構分析 52
4.2.3 顯微結構 53
4.2.4 維克氏硬度 60
4.2.5 熱傳導率分析 61
4.3 中間層(SiO2)塗佈條件之研究 62
4.3.1 轉速對塗佈厚度之影響 62
4.3.2 熱處理溫度對SiO2塗佈層組成成份、顯微結構之影響 65
4.4 噴塗ZrO2塗層之研究 68
4.4.1 中間層披覆厚度對機械性質之影響 68
4.4.2 熱衝擊對相結構、機械性質之影響 72
4.5 電漿噴塗ZrO2塗層之研究 76
4.5.1 披覆厚度對機械性質之影響 76
4.5.2 熱衝擊對相結構、機械性質之影響 80
第 5 章 結論 83
參考文獻 85
作者簡介 89

參考文獻
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