Abstract
本研究擬對MgO-CaO-SiO2-P2O5 系玻璃陶瓷的結晶行為及機械性質進行探討。以一共晶成分40wt%3CaO•P2O5-60wt%CaO•MgO•2SiO2為基本玻璃成分, 經適當熱處理後,主要產生的結晶相為apatite(Ca10P6O25), diopside(CaO•MgO•2SiO2) 及whitlockite(β-3CaO•P2O5)。此外, 增加玻璃成分中的Ca╱P 比至某值可產生一具有六方晶體結構的未知結晶相( 本研究中稱為H 相 )。apatite 晶粒是由許多枝狀臂由一中心向外生長而成。具有兩種形態: 一是橢球狀,另一是“open-sheaf”狀, 後者之形成乃因產生H 相, 此H 相與apatite 間有固定之晶向關系, 阻礙apatite 晶粒在某些方向之枝狀臂生長所造成。實驗發現此現象與增加玻璃成分中之Ca╱P 比時, apatite 晶粒短軸與長軸方向生長速率比值之下降有關。diopside藉由兩種方式產生, 一是由試片表面產生一向 內生長之結晶層, 此過程可於低溫( 如850℃)及較高溫( 如990℃)結晶處理時發生; 另一是於試片內部與whitlockite藉由共晶分解一起析出而產生(CMS2,β-C3P) 復合體, 此過程僅在較高溫( 如990℃)發生。apatite 之成核速率隨成分中MgO, SiO2之增加而減少, 隨CaO,P2O5 之增加而增加。(CMS2,β-C3P)復合體之成核速率則隨玻璃成分之趨近共晶成分而有下降之趨勢。這種成分變化的影響可以由古典成核理論獲得解釋。試片經710-790℃ 之成核處理, 及850℃ 之晶體成長處理后, 可獲得250-400MPa之彎曲強度。apatite 之晶粒愈小, 強度愈高。此高強度乃起因於表面殘留壓縮應力, 而此表面應力與表面結晶層之生長有密切的關系。990℃ 之熱處理使試片的彎曲強度明顯降低。