The sintering of nanocrystalline anatase-phase TiO2 and corundum-phase Al2O3 powder

奈米科技是我國目前的重點發展項 目，也是全世界都投入競爭的第四次工業 革命重點科技。其中奈米材料的研發更是 基礎要項，牽涉到基礎科學與製程構造等 的研究。為了要能將粒徑介於1~100 nm 的 奈米陶瓷粉末燒製成奈米機械或裝置可以 使用的高密度塊材，同時保留其奈米尺寸 與大表面積的特性，我們必須對奈米陶瓷 粉末之燒結機制有充分的瞭解。然而因為 其燒結機制比起微米及次微米之陶瓷粉末 更加的複雜，所以目前並沒有實際的模型 能夠描述奈米陶瓷材料在其燒結過程中的 變化。此外奈米陶瓷粉末極難分散與壓 坯，故在實際操作上很難燒結到高密度。 我們由一般動力學反應所推導而得的「主 導曲線模型」，已證實在微米級陶瓷粉末之 常壓燒結方面，能估計視燒結活化能及準 確預測燒結體之密度變化，但在奈米級陶 瓷粉末方面，則尚缺乏直接的實驗數據驗 證。本研究利用主導曲線模型分析平均粒 徑在奈米等級的銳鈦礦與剛玉粉末之常壓 燒結緻密化過程。首先測試此燒結實驗之 溫度、時間條件，及所得之相對密度，是 否能夠建立出主導曲線，而後據此曲線預 測其他不同加熱歷程的燒結試驗，結果顯 示預測值與實測值相當吻合；唯此方法所 得之燒結活化能較高，其原因則仍有待進一步研究。The sintering of nanocrystalline ceramic powder is much more complicated than that in a traditional ceramic powder. To date no practical model has been developed to describe the sintering process of nanoceramics. The master curve model, which was developed from general chemical kinetic reactions, has been used successfully in the prediction of the sintering behaviors of micro- or submicron sized ceramic powder. Nanocrystalline anatase (TiO2) and corundum (α -Al2O3) powders were used in this work to test the feasibility of using master curve model to describe their sintering behaviors. Results show the master curve model can be used in both powders, and the average error between the prediction and data was negligible. However, the derived apparent activation energy was higher than expected, and require further study