陶瓷與玻璃應用｜陶瓷與玻璃之熱分析與熱物性量測
從傳統餐具、建築玻璃，到高性能技術陶瓷與光學元件，陶瓷與玻璃已深入日常生活與各式高科技產業。 透過熱分析與熱物性量測，可在研發與製程階段精準掌握材料在燒結、冷卻與長期服役環境下的行為， 協助提升產品可靠度與製程穩定性。
陶瓷與玻璃為何需要熱分析與熱物性量測？
陶瓷與玻璃在實際使用時，必須承受高溫燒結、熱循環、機械應力與化學腐蝕等多重條件。 透過熱分析與熱物性量測，可以在選材與設計階段預先評估材料在不同條件下的穩定性與功能表現。
- 熱膨脹與尺寸穩定性：量測線膨脹係數與相變化溫度，避免封接或組裝時因熱脹冷縮產生龜裂與殘餘應力。
- 熱導率與比熱：掌握材料導熱與蓄熱能力，優化耐火材料、隔熱玻璃與電子封裝基板之熱管理設計。
- 燒結與燒成行為：追蹤粉體在升溫過程中的燒結收縮、脫脂與分解行為，以建立最佳燒成曲線並降低能耗。
- 組成與純度控制：搭配熱重分析與放熱／吸熱訊號，評估原料中結構水、有機物與雜質含量，提升批次穩定度。
- 電性與結構特性：結合電導率或阻抗量測，解析電子陶瓷與玻璃陶瓷的導電、介電與離子傳輸行為。
應用案例一：高性能陶瓷燒結行為與尺寸穩定性（DIL / STA）
技術陶瓷（如氧化鋁、氧化鋯與碳化矽）常用於高溫結構件、切削工具與電子元件基板。 其燒結曲線與熱膨脹行為會直接影響最終密度、強度與尺寸精度。 透過熱膨脹儀（DIL）與同步熱分析（STA：TGA 搭配 DSC），可以完整描繪粉體從壓製生胚到高溫燒結的收縮與相變化。
量測與解析重點：
- 由室溫至高溫的線膨脹曲線與燒結收縮區間。
- 脫水、脫脂與分解步驟對質量與體積變化的影響。
- 最佳燒結溫度、保溫時間與升溫速率之優化，兼顧致密度、晶粒尺寸與能耗。
這些資訊可用於建立「高性能陶瓷燒結視窗」，協助製程放大與品質保證。
應用案例二：建築與太陽能玻璃鍍膜的熱穩定性評估（DSC）
現代建築與太陽能產業大量採用低輻射玻璃與多層功能鍍膜，以達成節能與耐候雙重目標。 若玻璃與鍍膜在高溫或長期日照下發生結晶或相分離，將導致光學與機械性能衰退。 透過差示掃描量熱（DSC）量測玻璃轉移溫度 (Tg) 及結晶放熱行為，可作為鍍膜配方與熱處理條件設計的重要依據。
可支援的評估方向：
- 不同玻璃基板與鍍膜配方在 Tg、結晶溫度與熔融行為上的差異。
- 高溫退火或製程熱循環對光學鍍膜穩定性的影響。
- 太陽能玻璃、顯示面板與建築節能玻璃之長期可靠度評估。
應用案例三：自潔表面與光伏整合玻璃的性能開發（熱分析＋熱物性）
隨著智慧建築與綠能技術發展，自潔玻璃與光伏整合窗戶（BIPV）成為重要材料。 其表面塗層與封裝結構必須同時兼顧光學透過率、耐候性與機械強度。 綜合熱分析與熱物性量測，可協助開發具長壽命與高效率的功能玻璃系統。
量測與設計重點：
- 以雷射閃射法評估封裝玻璃與封膠層的熱導率與比熱，優化散熱與溫度分佈。
- 以熱膨脹儀確認玻璃、陶瓷與金屬框體之熱膨脹匹配，減少熱應力引起的翹曲與破裂。
- 結合 DSC／TGA 追蹤塗層與封裝材料在長期熱老化與紫外輻照下的穩定性。
陶瓷與玻璃常用熱分析與熱物性量測技術一覽
- 熱膨脹分析（DIL / TMA）：量測線膨脹係數、燒結收縮與相變化溫度，評估尺寸穩定性與封接匹配。
- 熱導率與熱擴散率（雷射閃射法 LFA、熱流計 HFM 等）：用於耐火材料、隔熱玻璃與陶瓷基板的導熱／隔熱性能評估。
- 差示掃描量熱（DSC）：量測玻璃轉移溫度、結晶行為與熔融特性，支援玻璃配方與熱處理設計。
- 同步熱分析（STA：TGA + DSC）與熱重分析（TGA）：觀察脫水、分解、氧化與質量變化，解析原料純度與添加劑含量。
- 電導率與阻抗分析：用於電子陶瓷、玻璃陶瓷與離子導體之導電機制研究與溫度依賴性評估。
我們可依實際陶瓷與玻璃應用情境，協助規劃適合的量測方法與測試條件， 並提供試測與技術說明服務，協助您在研發、品質控管與失效分析中取得可靠的熱物性數據。
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郭文龍｜FST International｜Email: Allen.kuo@fstintl.com.tw