不同配比之鈦酸鈣鋇(Ba1-xCaxTiO3)晶纖生長｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	陳智勇 Chi-Yung Cheng
論文名稱：	不同配比之鈦酸鈣鋇(Ba1-xCaxTiO3)晶纖生長
指導教授：	陳志臣 Jyh-Chen Chen
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 機械工程學系 Department of Mechanical Engineering
畢業學年度：	89
語文別：	中文
論文頁數：	54
中文關鍵詞：	鈦酸鈣鋇、晶體生長、雷射加熱提拉生長法、Ba1-xCaxTiO3
外文關鍵詞：	barium calcium titanium, crystal growth
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固態燒結法製作陶瓷材料，然後使用雷射加熱提拉生長法(LHPG)生
長不同配比鈦酸鈣鋇晶纖，本研究共製作了BaTiO3、Ba0.9Ca0.1TiO3、
Ba0.8Ca0.1TiO3等配比之晶纖。
本研究也嘗試著使用不同的陶瓷當晶種來生長鈦酸鈣鋇晶纖，一
般生長鈦酸鋇均是使用鈦酸鍶(SrTiO3)為晶種，本研究也嘗試著使用
BaTiO3、Ba0.9Ca0.1TiO3、Ba0.8Ca0.1TiO3等陶瓷當作晶種來生長同配比
之鈦酸鈣鋇晶纖。
在成功的生長出晶纖後，在檢測方面，經由XRD檢測所得使用
SrTiO3、Ba0.9Ca0.1TiO3、Ba0.8Ca0.1TiO3等為晶種所生長之晶纖仍保有
長方體結構，並隨著Ca含量的增加，a軸與c軸之晶格常數呈現減
少。而以DSC與TMA來檢測立方體轉變成長方體與長方體轉變成
斜方體之相轉變溫度，發現隨著Ca含量的增加晶體的兩個相轉變溫
度均呈現降低的趨勢。另外使用EPMA檢測出我們所生長出來的晶
纖具有一定的均勻性，且隨著Ca含量的增加，Ba含量減少。此外對
於晶體的鐵電域我們可以在OM下以穿透式的方式清楚的看到90∘
鐵電域。

目 錄
摘 要.......................................................I
誌 謝......................................................II
目 錄....................................................IIII
圖 表 目 錄.................................................V
第一章 緒論.................................................1
1.1 簡介....................................................1
1.2 文獻回顧................................................2
1.3 研究目的................................................4
第二章 實驗設備、材料與研究方法.............................7
2.1陶瓷製作.................................................7
2.1.1鈦酸鋇與鈦酸鈣鋇陶瓷的製作.............................7
2.1.2鈦酸鍶陶瓷的製作.......................................7
2.2 實驗設備................................................8
2.2.1 CO2雷射系統...........................................8
2.2.2 光學組件系統..........................................8
2.2.3 拉升傳動系統..........................................9
2.2.4 熱相測溫系統..........................................9
2.3長晶過程................................................10
2.4 晶體後續處理及檢測.....................................11
X光粉末繞射儀(X-Ray Powder Diffractometer, XRD)............11
熱微差掃描分析儀(Differential Scanning Calorimetry, DSC)...11
熱機械性質分析儀(Thermal Mechanical Analyzers).............12
電子微探儀(Electron-probe Microscope Analysis, EPMA).......12
光學顯微鏡(Optical Microscope).............................12
蝕刻(Etching)..............................................13
第三章 結果與討論..........................................14
3.1鈦酸鋇與鈦酸鈣鋇晶纖生長................................14
鈦酸鋇(BaTiO3)晶纖的生長...................................14
鈦酸鈣鋇(Ba1-xCaxTiO3)晶纖生長.............................14
3.2檢測結果................................................15
3.2.1 XRD檢測..............................................15
3.2.2 DSC測定相變溫度......................................17
3.2.3 熱機械性質分析(TMA)檢測相變溫度......................18
3.2.4 EPMA檢測晶纖元素含量之分佈...........................19
3.2.5 光學顯微鏡(Optical Microscope)觀察鐵電域與長晶界面...20
第四章 結論................................................22
參考文獻...................................................24
圖 表 目 錄
表一 鈦酸鋇(BaTiO3)特性....................................27
圖1-1(a) BaTiO3 — CaTiO3 系統相圖.........................28
圖1-1(b) BaTiO3 — CaTiO3系統相圖中A部分之放大圖...........29
圖2-1 鈦酸鈣鋇Ba1-xCaxTiO3陶瓷、材料棒之製程圖.............30
圖2-2 鈦酸鋇(BaTiO3)與鈦酸鈣(CaTiO3)瑕燒溫度示意圖.........31
圖2-3 鈦酸鈣鋇Ba1-xCaxTiO3瑕燒溫度示意圖...................32
圖2-4 鈦酸鈣鋇Ba1-xCaxTiO3燒結溫度示意圖...................33
圖2-5 鈦酸鈣鋇之粉末、陶瓷、與材料棒.......................34
圖2-6 鈦酸鍶SrTiO3燒結溫度示意圖...........................35
圖2-7 雷射加熱長晶系統.....................................36
圖2-8 生長方向示意圖.......................................37
圖3-1 使用不同晶種所生長的鈦酸鋇(BaTiO3)晶纖
(a)鈦酸鍶(SrTiO3)陶瓷 (b)鈦酸鋇(BaTiO3)陶瓷
(c)鈦酸鈣鋇(Ba0.9Ca0.1TiO3)陶瓷............................38
圖3-2 鈦酸鍶為晶種生長之晶纖(a) Ba0.9Ca0.1TiO3、
(b) Ba0.8Ca0.2TiO3鈦酸鋇為晶種生長之晶纖
(c) Ba0.9Ca0.1TiO3、(d) Ba0.8Ca0.2TiO3.....................39
圖3-3 以Ba0.9Ca0.1TiO3為晶種所生長之不同配比鈦酸鈣鋇晶纖
(a)BaTiO3、(b)Ba0.9Ca0.1TiO3、(c)Ba0.8Ca0.2TiO3
以Ba0.8Ca0.2TiO3為晶種所生長之不同配比鈦酸鈣鋇晶纖
(d)BaTiO3、(e)Ba0.9Ca0.1TiO3、(f)Ba0.8Ca0.2TiO3............40
圖3-4 陶瓷粉末XRD繞射圖形(a)BaTiO3、(b)Ba0.9Ca0.1TiO3、
(c)Ba0.8Ca0.2TiO3、(d)長方體鈦酸鋇JCPDS繞射圖..............41
圖3-5 鈦酸鍶為晶種所生長的不同配比鈦酸鈣鋇晶纖XRD繞射圖形
(a)X=0、(b)X=0.1、(c)X=0.2、(d) 長方體JCPDS繞射圖..........42
圖3-6不同配比鈦酸鈣鋇為晶種所生長的鈦酸鋇晶纖XRD繞射圖形
(a)X=0、(b)X=0.1、(c)X=0.2、(d)六面體鈦酸鋇JCPDS繞射圖.....43
圖3-7鈦酸鍶為晶種生長的不同配比鈦酸鈣鋇晶體
a軸與c軸晶格常數的變化圖...................................44
圖3-8 DSC量測相變溫度 (a)為不同配比時之居禮溫度的關係圖
(b)為不同配比時長方體轉變成斜方體相變溫度的關係圖..........45
圖3-9 研究結果與參考文獻之鈣含量與相變溫度之關係
(a)立方體轉變成長方體之相變溫度
(b)長方體轉變成斜方體之相變溫度............................46
圖3-10 以TMA檢測出不同配比鈣含量與居禮溫度點之關係.........47
圖3-11 鈦酸鋇(BaTiO3)晶纖的EPMA檢測結果(橫座標為晶纖的軸向
距離，縱座標為不同原子的原子比例)..........................48
圖3-12 鈦酸鈣鋇(Ba0.9Ca0.1TiO3)晶纖的EPMA檢測結果
(橫座標為晶纖的軸向距離，縱座標為不同原子的原子比).........49
圖3-13 鈦酸鈣鋇(Ba0.8Ca0.2TiO3)晶纖的EPMA檢測結果
(橫座標為晶纖的軸向距離，縱座標為不同原子的原子比例).......50
圖3-14 鐵電域之觀察
(a)以鈦酸鍶為晶種生長之鈦酸鋇晶纖的軸向觀察
(b)以鈦酸鍶為晶種生長之鈦酸鈣鋇晶纖的軸向觀察
(c)鈦酸鋇晶纖的徑向觀察....................................51
圖3-15以鈦酸鍶為晶種生長之鈦酸鈣鋇晶纖的長晶界面
(a)BaTiO3、(b)Ba0.9Ca0.1TiO3、(c)Ba0.8Ca0.2TiO3............52
圖3-16以Ba0.9Ca0.1TiO3為晶種生長之鈦酸鈣鋇晶纖的長晶界面
(a)BaTiO3、(b)Ba0.9Ca0.1TiO3、(c)Ba0.8Ca0.2TiO3............53
圖3-17以Ba0.8Ca0.2TiO3為晶種生長之鈦酸鈣鋇晶纖的長晶界面
(a)BaTiO3、(b)Ba0.9Ca0.1TiO3、(c)Ba0.8Ca0.2TiO3............54

                                

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