TWI403477B - Preparation of Surface Porous Glass Ceramics - Google Patents

Description

表面多孔玻璃陶瓷之製作方法

本發明是有關於一種玻璃陶瓷之製作方法，特別是有關於一種表面多孔玻璃陶瓷之製作方法。

目前，習知一般多孔玻璃陶瓷之製程需將玻璃陶瓷原料高溫熔融後，再將熔融態玻璃注入一模具而產生多孔玻璃陶瓷，由於玻璃之熔點很高，因此在加熱的過程中需耗費過多的時間，因此直接以熔融態的玻璃加入模具成型，需耗費較多時間及人力。

多孔材料已被廣泛的使用，應用上要求也於來越多越繁複，但是過去多孔材料都是以塊材為主，造成機械強度及斷裂強度仍然較低，使用壽命短。在製造過程中，需要建立起足夠強度與氣孔結構間的關係，在製造方法特別是微孔級材料製造方法仍較複雜，難以大規模生產。孔徑與孔隙度調節與控制都較難開發能精確控制孔結構、孔徑大小、及其分佈或具有特定取向孔結構的製程方法，對於需要特殊使用的多孔材料，需要滿足現實應用特殊條件要求，也於來越繁複。

表面多孔材料具有新穎性及開發的價值，提供過去多孔材料無法與其他材料供同使用的問題，以及材料設計與製造上的瓶頸，藉由表面多孔的設計將進一步的使更多新穎性及進步性，使多孔材料由過去授受限，朝向新材料設計與結合應用，並期許其未來在應用設計上帶來更多效益及產業的結合開發。使多孔材料不在於局限於塊 材及版材的限制，而具有擇區設計的功能。

因此為了設計及應用上考量，針對多孔材料設計選擇，選擇使用需要有更多思考及設計孔洞技術難度較高，做為表面多孔設計的進一步測試及修正，使表面多孔設計孔洞在為來應用上，更具有應用性及近成形性的優勢。

有鑑於習知技藝之各項問題，為了能夠兼顧解決之，本發明人基於多年研究開發與諸多實務經驗，提出一種表面多孔玻璃陶瓷之製作方法，以作為改善上述缺點之實現方式與依據。

有鑑於此，本發明之目的就是在提供一種表面多孔玻璃陶瓷之製作方法，以解決玻璃陶瓷製程上之不便。

根據本發明之目的，提出一種表面多孔玻璃陶瓷之製作方法，其主要步驟係先清理一玻璃之表面後，鋪上一覆粉於玻璃表面，將玻璃置入一微波場中加熱使覆粉氧化於玻璃陶瓷表面以形成複數個氣泡，再將玻璃予以結晶熱處理及冷卻玻璃，將玻璃自微波場中取出，形成複數個凹孔於玻璃表面。

微波表面多孔材料的製程開發，將使得多孔材料設計產生新的思維，其目的在於滿足過去多孔材料開發強度的不足，與表面多孔結構的改質，避免孔洞製造過程中產生應力集中等問題，微波表面造孔形狀為圓形，加上使用微波加熱升溫速度快，且加熱均勻，故微波多孔具有更多優勢，且更能避免熱應力集中。

承上所述，因依本發明之表面多孔玻璃陶瓷之製作方法，具有以下優點：

(1)此製作方法可藉由微波場進行加熱，藉此可提高覆粉氧化之便利性。

(2)此製作方法可藉由微波場進行加熱，藉此可提高製作玻璃陶瓷表面凹孔之便利性。

茲為使貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之表面多孔玻璃陶瓷之製作方法，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1圖，其係為本發明之表面多孔玻璃陶瓷之製作方法之步驟流程圖。圖中，表面多孔玻璃陶瓷之製作方法包含下列步驟：

S11：清理一玻璃之表面；S12：鋪上一覆粉於玻璃之表面；其中，覆粉係為一碳粉。

S13：將玻璃置入一微波場中加熱使覆粉氧化於玻璃表面以形成複數個氣泡；其中，碳粉於微波場加熱後係產生二氧化碳(CO₂)。

S14：將玻璃予以結晶熱處理及冷卻玻璃；以及 S15：將玻璃自微波場中取出，形成複數個凹孔於玻璃表面。

請同時參閱第2A圖及第2B圖，其係為本發明之表面多孔玻璃陶瓷之製作方法之較佳實施例之示意圖。圖中，先在玻璃陶瓷21表面鋪上一層碳粉22後，將鋪有碳粉22之玻璃陶瓷21(如第2A圖所示)放入微波場中加熱，碳粉22受熱氧化成二氧化碳(CO₂)，此時會在玻璃陶瓷21之表面會因為碳粉22受熱氧化之氣泡而在玻璃陶瓷21表面形成複數個凹孔23(如第2B圖所示)。

此外，更可以MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂-P₂O₅之成分系統的玻璃為材料，利用碳粉為微波吸收介質，經成形、表面造孔，再進行結晶熱處理，研製了多孔性生醫玻璃陶瓷，期能作為組織工程材料用途。本實驗之玻璃主要化學成分為：MgO 3.0%、CaO 35.0%、Al₂O₃ 8.6%、SiO₂ 41.4%、P₂O₅ 12.0%，上述材料分別混合後放入塑膠罐中並加入20mm氧化鋁球，以桌上型球磨機球磨混合24小時使粉末均勻分散。

再將粉末置入白金坩鍋並以高溫爐1400℃熔融1.5小時形成熔漿後，將熔漿倒入模具成形，冷卻後清理玻璃表面，鋪上碳粉於此玻璃之表面，將玻璃置入一微波場中加熱，使碳粉沒入玻璃內部，並隨著升溫而氧化產生二氧化碳等氣體，並撐開周遭軟化的玻璃，於玻璃表面形成複數個氣泡。此鈣磷系玻璃經1060℃、1.5小時熱處理產生結晶，主要晶相種類以XRD測定結果為：磷灰石、鈣長石兩種結晶相，冷卻後自微波場中取出，玻璃陶瓷表面 形成複數個凹孔。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

S11~S15‧‧‧步驟流程

21‧‧‧玻璃陶瓷

22‧‧‧碳粉

23‧‧‧凹孔

第1圖係為本發明之表面多孔玻璃陶瓷之製作方法之示意圖；第2A圖係為本發明之表面多孔玻璃陶瓷之製作方法之較佳實施例第一狀態示意圖；以及第2B圖係為本發明之表面多孔玻璃陶瓷之製作方法之較佳實施例。

S11~S15‧‧‧步驟流程

Claims (2)

1. 一種表面多孔玻璃陶瓷之製作方法，其主要步驟如下：(a)清理一玻璃之表面；(b)鋪上一碳粉於該玻璃之表面；(c)將該玻璃置入一微波場中加熱，使該碳粉沒入該玻璃內部，並令該碳粉氧化，以於該玻璃表面形成複數個氣泡；(d)將該玻璃予以結晶熱處理及冷卻該玻璃，使得該玻璃藉由結晶熱處理產生結晶而形成一玻璃陶瓷；以及(e)將該玻璃陶瓷自該微波場中取出，以獲得表面具複數個凹孔之該玻璃陶瓷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之表面多孔玻璃陶瓷之製作方法，其中該碳粉於該微波場加熱後係產生部分二氧化碳(CO₂)。