氧化锆是一种极具工业应用潜力的耐高温材料，除了可以提供高强度、高韧性、高硬度(仅次於钻石及少数陶瓷)，以及优异的耐磨性与化学腐蚀性。 氧化锆在室温爲单斜晶相(monoclinic phase)，随著温度上升到1170℃时会转变成正方晶相(tetragonal phase)，温度再上升至2370℃时则转换成立方晶相(cubic phase)，而立方晶相则在2680℃溶解成液相，Wolten 指出由正方晶转换成单斜晶是一种麻田散型(Martensitic trans- formation)的转换，而这种相转换会引起3-5%体积变化，因此会造成微裂缝(micro-crack)，因此后来研究出添加若干氧化钇（Y2O3）、氧化钙（CaO）或氧化镁（MgO）等相安定剂(stabilizer)，使得氧化锆全部维持在高温的立方晶相，称做全安定化氧化锆(full stabilized zirconia, FSZ)，或保有部分的正方晶，称爲部分安定氧化锆(partially stabilized zirconia ,PSZ)，而钇系氧化锆随添加3~8mole%氧化钇用量多寡，可形成正方晶或立方晶相含量之不同的微结构，可分别应用在电子、纺织、机械或能源材料及元件上。 氧化锆材料具有独特的原子键结及晶体结构，因此在高温、导电、机械、光学方面之应用都有其特殊的贡献。 

(1）高温耐火领域：由於氧化锆材料高熔点（Tm>2300℃）、抗高温钢水侵蚀之特性，最早应用於耐火材料领域。但因爲价位的缘故，最近仅用在高附加价质之耐火産品，像钢水流嘴、喷嘴、阀门、高温纤维、高温镀层等。
 
(2）导电特性应用领域：ZrO2的电性在十九世纪末即被注意到，研究人员研究添加不同氧化物，在氧化锆中形成固溶体，使氧化锆産生离子电导(ionic conduction)效应，具有高温固态电解质的特性，从高温的发热元件、磁动力能量産生器（magneto- hydrodynamic powder generator, MHD）的高温电极，以及氧离子的传导材料，都有其应用实例。最近由於环保法令要求，废气排放及反应器之气氛的控制变得非常重要，研发人员利用氧化锆在450℃以上导电的特性，发展出高温燃烧监测的废气感测器、钢铁制程的烟气感测器、热处理炉的氧化气氛的控制器。
 
(3)结构机械应用领域：七0年代，澳洲的学者Garvie发表，氧化锆添加氧化钙（CaO）之后，高温的正方相可以被保留到室温，而且后续之研究更发现，室温下之t-相会産生麻田散型相变态，可以大幅度提高氧化锆的韧性。因此，最近二十年来，氧化锆增加了许多结构方面的应用，像是耐磨件(wear resistant parts)、光纤接头(ferrule)、光纤袖管(sleeve)、高尔夫杆之击球面、手表链等日用或工业産品。

(4）化学反应容器：坩埚、刮片、搅拌叶

(5)光学应用：宝石、釉药失透剂,

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Zirconia is remarkable material, which include three polymorphs –cubic, tetragonal and monoclinic.

The monoclinic phase is stable at all temperatures below 1170℃, which can be used as additive for MLCC powder to enhance the electrical conductivity.

The tetragonal phase is stable between about 1170 and 2370℃,yttria partially stabilized tetragonal polycrystal (Y-TZP) is being used as a structural engineering material due to its high wear resistance, strength(800~1200 MPa) and fracture toughness(>4Mpa .m0.5). The excellent material properties have been mainly attributed to the tetragonal to monoclinic phase transformation associated with volumedilatation, which produces compressive stresses and hinders crack propagation.

The cubic phase is stable from 2370℃ to the melting point(2680 +/- 15℃),which are used as oxygen sensor for automobile and electrolyte for solid oxide fuel cells(SOFC).

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以往不銹钢和贵金属材质已经不能满足现代人对腕表美观兼功能的需求，使用氧化锆陶瓷材质，可使腕表历久弥新，且色泽多变，而且还不易引起皮肤过敏。

高科技陶瓷具有硬度高、防腐蚀、耐高温等众多优良的物理特性，除了可以应用在陶瓷表壳、表圈以及表带外，另外也可应用在3C产品陶瓷耳机上。

兴美材料可以提供黑色、蓝色、粉红色以及咖啡色四种色泽氧化锆粉供客户开发装饰时尚陶瓷元件使用

Y-TZP氧化锆相较其他陶瓷材料具有高强度、高韧性，比重(specific density)大，很适合用来做在电子陶瓷厂中研磨陶瓷粉末用或颜料的磨球。在低污染的电子陶瓷原料研磨要求下，目前会导致铁金属污染的钢珠研磨已不适合，在奈米及洁净度要求较严苛的环境下，工业界皆以Y-TZP磨球为研磨介质的首要选择，同时在要求粉末的细度(fineness)及纯度(purity)下，一般研磨介质已由金属材料改为陶瓷材料，粉体藉由机械研磨所造成的污染：90%来自研磨球；5%来自研磨转子(rotor)，另外5%来自研磨桶璧内衬(lining)，因此磨球的耐磨性(wear resistance)在顾客使用上，便显的十分重要。兴美材料(MEITEK)可以提供氧化锆,氧化铝,矽酸锆及玻璃珠等材质的磨球,尺寸最小为0.1 mm到10 mm。

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氧化铝陶瓷由於具有强度高、耐高温、耐热冲击和电绝缘性等优良性能，同时原料蕴藏丰富，价格相较其他陶瓷材料低廉，制作及加工技术成熟，是目前陶瓷--金属封装材料中用量最大的一种。

 因此兴美材料(MEITEK)可以提供2寸及4寸氧化铝陶瓷圆板以及可以依客户尺寸需求,提供雷射切割及裂片的少量多样服务。

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氧化铝为结构陶瓷中的典型材料，可应用在承受机械应力、腐蚀、高温、绝缘等条件，高纯度氧化铝(>99.9%)其熔点为2050℃，密度为3.98 g/cm3，烧结温度在1650~1950℃之间；
同时化学稳定性好，可用在制作熔制玻璃的坩锅，在某些场合可替代白金坩锅；利用透光性及耐硷金属离子蒸气腐蚀性质可以制作钠灯管，在电子工业中可用来制作积体电路与高频绝缘材料。 由於蓝宝石具有优良的机械,光学,化学特性,因此目前在制作蓝白光LED时所使用的基板(substrate),便是采用高纯度氧化铝(>99.999%)颗粒,利用凯式长晶法(Kyropoulos method),先将原料加热到熔点后, 形成熔汤,再以单晶晶种接触到熔汤表面,在晶种与熔汤的固液介面上,开始长晶,兴美材料(MEITEK)可以提供适合此种长晶法所用的氧化铝原料,

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在结构陶瓷领域上，室温耐磨之零组件应用是目前国内精密结构陶瓷之最重要市场，需求量也是最多，行销之产品包括线导、轴封圈、止水阀、刀具、表壳及表带、高尔夫球打击面等。上述产品过去主要采用氧化铝为材料，最近高单价之产品才考虑使用Y-TZP 氧化锆为材料，部份安定化氧化锆相对氧化铝有更高的强度与韧性，因此兴美材料(MEITEK)利用超微分散技术制作高硬度及韧性之氧化锆陶瓷基板提供内模具业、电子业使用。兴美材料可以依客户尺寸需求,提供OEM或ODM的少量多样服务。

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热均压氧化锆陶瓷复合材料

氧化锆陶瓷是所有结构陶瓷中室温强度(>1200MPa)与韧性(KIc>5MPa.m0.5)中最高者；由於氧化锆没有磁性、不导电、不生銹、耐磨，所以在生物医学器械领域与刀具工具领域中应用很广：如用於医学上应用为制作人工骨骼、人工关节、人工牙根等。

由於部分稳定氧化锆具有低热导率(2 W/m.k)、强度韧性高，低弹性模量(210GPa)，高抗热冲击性(350℃)，高工作温度（1500℃），因此在机械、电子、石油、化工、航太、纺织、精密测量仪器、精密机床、生物工程和医疗器械等行业有著广泛的应用前景。

兴美材料所经销国外原厂热均压氧化锆陶瓷，并整合国内精密研磨加工技术，所开发冲头(punch)元件,经客户使用测试结果：与钨钢相比较,耐磨耗寿命为其3倍以上

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可加工陶瓷, 是以合成云母(MAS)为主晶相的微晶玻璃(micro-crystalline glass ceramics) ，可以采用机械加工的陶瓷材料(色泽为白色)，其具备良好的加工性能、真空性能、电绝缘特性及耐高温、耐化学腐蚀等优良性质。可以广泛应用於航太、电子基板、耐高温绝缘、离子镀膜、真空镀膜设备等领域。

(1)加工性 可加工陶瓷其硬度(Mohr < 7 )相较於其他结构陶瓷(如氧化铝、氧化锆)为低，可进行研磨加工，其刀具磨耗也较小。其加工性能类似於铸铁，可加工成各种形状复杂，精度要求高的产品(如图)。
(2)热性能 可加工陶瓷其使用范围在-270℃~+800℃。具有较好的的抗热冲击性与低热膨胀系数(0.86×10-6/°C)相对於在高温环境下工件的尺寸稳定，可进行气密封合制程。 (3)化学稳定性可加工陶瓷在各种有机溶剂环境中呈现稳定状态及良好的耐酸硷(HCl、HF及NaOH)腐蚀性能等。

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SiC 陶瓷广泛被应用在工业上的结构性陶瓷材料，其密度是碳化钨硬质合金的1/5，硬度仅次於金刚钻，抗磨损的性能十分优异，当制成多孔性的陶瓷散热鳍片时，更可以藉由优异的导热系数及高的表面积特性来增加散热的面积，因此适用各种高功率电子零件的散热用途。业界最常使用的散热方法有铝质鳍片（Al heat-sink）、铜质鳍片（Cu heat-sink）、热导管（Heat pipe）、导热膏（Grease）、导热垫片（Thermal interface material）等等，利用各种金属材料,经由挤制、剖沟、冲压、压铸、CNC工具机等加工制造而成。

其中散热鳍片皆以铝挤为主，主要在於成熟简便的加工特性。但是由於材料本身的材料特性和加工程序，因此经过这些年的发展已经发现瓶颈，当需要增加鳍片的散热面积时，就需要增加机械加工程序，工时成本提高，而且以CNC来增加的散热面积有限。 散热的改良对 LED 转换效率有明显的影响，将 SiC 陶瓷粉体经混合、造粒、成型、脱脂、烧结等工序后，直接制作所需要的外型，可以用来作为电子散热用途的多孔性鳍片，其具有高表面积、比金属铝密度低 (1.89 g/ cc)、低膨胀系数(4.13 ppm)等特性；
多孔性陶瓷散热鳍片(Ceramic Porous Heat-sink)在制作过程中直接增加散热面积，正是藉由涂料粉体来增加散热表面积；陶瓷材料本身同样具有远红外线效果，来增加散热作用；材料本身的绝缘特性，可以使 LED 灯通过电器特性认证（铝质是无法通过电器认证）；
因此应用在於LED灯具散热上,具有以下优点：
(1) 高散热面积
(2) 可耐大电流
(3) 重量比铝挤散热片轻
(4) 热膨胀系数小
(5) 适合特殊形状的成品 经实验结果：使用12VDC /420mA 驱动 MR16 LED lighting，经过 2Hr，LED电极端点温度＜70℃，SiC 陶瓷散热片温度＜55℃。

陶瓷多孔散热产品主要应用在
(1) NB 或 PC heat-sink（Power Transistor、Power Module、CPU）；
(2) LED heat-sink（MR11、MR16、PAR30、PAR38 Lighting）；
(3) OLED-TV（Thermal cover、Heat-sink）。

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氮化硼(Boron Nitride)俗称白石墨(white graphite)，特性与石墨相似，而质地为白色，BN有三种结晶构造：六方氮化硼 (HBN)，密排六方氮化硼和立方氮化硼(CBN)。HBN 在常压是稳定相，密排六方和CBN是高压稳定相，BN制品一般采用热压成形，密度2.0~2.15 g/cm3，理论密度为2.27 g/cm3，莫氏硬度为2，具有高熔点，但无明显熔点，在0.1 MPa氮气中3000℃会升华，在惰性气氛Ar或N2中，使用最高温度为2800℃；在氧气氛中，稳定度较差，只能使用在900℃以下, 用来当作烧结氮化铝基板(AlN substrate)之承载棚板。

 BN热膨胀系数为2.0~6.5*10^-6/℃与石英(quartz)相当，热导率为石英的10倍,因此抗热震性优良，在20~1200℃循环数次也不会破裂，与酸、硷、玻璃及大多数金属不起反应(如900℃的铝水与BN之contact angle 高达160℃,因此不会wetting BN)，机械强度低，比石墨略高，但在高温无负载软化现象，可用一般金属加工机台加工,因此可以用作熔炼、蒸发金属的坩锅(crucible)、器皿、液态金属输送管及铸钢用的模具。 BN是热的导体,也是电绝缘体，常温电阻率 >10^14Ω.cm，10^4~10^6Ω.cm(1000℃)，HBN的介电常数为3~5，介电损失为(2~8) *10^-4，击穿强度为氧化铝的2倍，达30~40 KV/cm2，因此可用於制作各种加热器之绝缘材料或玻璃治具，加热管管套与高温、高频、高压散热材料；在电子工业中，可制三五族半导体,砷化镓,磷化镓,磷化铟的坩锅。

兴美材料所经销德国原厂进口之BN 烧结治具，经过客户在1900℃气氛烧结测试，无杂质及异相产生。

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3M(原EKamold® TG) 是一种乙醇基氮化硼涂料(500 ml 气雾罐包装)，特别适合於无机绝缘材料、耐火材料、石墨以及金属材料的涂覆。由於使用高化学纯度的氮化硼粉末，提供具有良好脱模和润滑性能的耐高温涂层。特别是在有色金属应用领域，使用氮化硼涂料能保护表面，提高滑动性能，从而减少磨损。BN 涂层可以耐受温度在空气中高达 1000°C 左右。涂层有良好的热传导性和电绝缘性。

可以应用如以下情况：

(1)应用於矽酸钙材料(Calcium Silicate Materials)

• 炉顶钢圈(hot top rings)

• 滑阀和浮阀(slide and float valve)

• 喷嘴和塞子(nozzles and stoppers)

• 浇道(runners)

(2)应用於金属

• 杓子和撇渣器(ladles and skimmers)

• 热电偶护管(thermocouple protection tubes)

• 测量探头(measuring probes)

• 各类工具(tools)

(3)应用於石墨材料

• 坩埚(crucibles)

• 浇铸设备(pouring equipment)

• 叶轮(impellers)

兴美材料所经销美国原厂3M(已并购德国EKamold TG) 氮化硼喷雾剂经客户烧结氮化铝陶瓷基板,没有发生黏结情况。

如需了解3M(原EKamold TG) 氮化硼喷雾剂规格、优点、使用方法 请点选cilck here

结晶矽太阳电池使用之矽晶材料，因晶体结构的差异，可分为单晶矽(mono-crystalline)与多晶矽(multi-crystalline)两种，前者将矽原料熔融后再以拉晶方式制作出单晶晶棒，后者是将矽原料熔融后以较低温凝固成形的多晶晶锭，目前在使用上约有60%是以价格较低多晶矽片为主。

从长晶(crystal growth)技术趋势来看，仍是以多晶矽(Multi-Si)为最多，其次则是单晶矽，薄膜(Thin Films)及Ribbon Si则合占不足10%。要生产单晶矽(mono-Si)的技术有Float Zone(FZ)及Czochralski(CZ)，而多晶矽则有Ingot及Ribbon法，其中除了Ribbon法外，其余的都需要切片(Slice)。现今CZ法以直径125 mm为常见，未来则以直径156 mm为目标，而Ingot未来则朝向208mm，Ribbon所制成的较小，未来应朝向125mm。

至於多晶铸造技术方面，则是加大铸晶炉与缩短cycle time，一般对於250~300 kg的多晶铸造而言，晶体成长速度为0.1~0.2 mm/min，其晶体生长时间为35~45 hr。石英坩锅(quartz crucible)在晶体成长(1400℃)前不可发生有破裂现象，否则会产生漏汤现象，故石英坩锅为多晶铸造制程的重要耗材，兴美材料(MeiTEK)目前已建立采用高纯度石英粉末，透过精密陶瓷成形制程，经高温烧结(sintering)得到合适的结晶度(crystalline)的实验技术，可以与相关业者进行合作开发大尺寸石英坩锅。

粉末烧结(powder sintering)是指：将粉末原料(raw powder) 经过成型(forming)、加热到低於熔点的温度，产生固结(solidification)，同时产生气孔率(porosity) 下降、收缩率及密度提高的(1)致密化(densification)与(2)晶粒增大的晶粒成长(grain growth)两项过程，进而形成坚固的烧结体(sintered body)。

在一般机械五金应用的陶瓷零件与低温共烧(low temperature co-fired)的电子陶瓷基板上，其经过干压(die pressing)或射出(injection molding)与刮刀成型(tape casting)制程所得到的生胚(green body)，都要经过500~600℃的脱脂(debinding)与高温1200~1500℃的烧结，才得到致密的烧结元件。

兴美材料(MeiTEK)可以提供少量多样的脱脂烧结代工服务，协助客户在开发新产品，研发最佳化烧结曲线(sintering profile)，建构适当的烧结产能与设备。

由於LED模组在电子产品的应用体积缩小，以及照明用高功率化的持续发展趋势，使得散热问题越趋严重，因此散热基板成为许多厂家争相开发与投入生产的项目。照明使用的高功率LED其每颗晶片的功率都达到1Wヽ3Wヽ5W，甚至更高；因此封装基板的材质就成为关键因素。传统PCB基板的材质为玻璃纤维与环氧树脂，其导热性质不佳，亦即不适合用於高功率LED的封装，因此金属基板与陶瓷基板就逐渐发展，并成为主流。 氮化铝具有高热传导率(170~230 w/m.k),与矽相接近的热膨胀系数(3.5~5.7 ppm/℃),因此被广泛应用在微电子电路基板的封装材料,高功率电子元件散热材料,未来将取代其他陶瓷基板材料。
氮化铝 (AlN) 粉末极易受到环境水解而反应形成氢氧化铝,Al(OH)3,并放出氨气(NH3);其会使得含氧量(oxygen content)增加,进而造成热传导系数下降,因此AlN 粉末需要作抗湿或改质，以改善水解之问题。

 若要得到高热传导率 (>180 w/m.k) 之AlN 基板需要控制以下事项:
(1) 提高致密性>98%理论密度(3.26 g/cc),其可以藉由添加过渡金属氧化物或稀土金属(rare earth)之氧化物作为烧结助剂,如氧化钇 (Y2O3 )，在高温形成液相烧结(liquid phase sintering),在晶界形成二次相 (secondary phase)

(2) 降低含氧量 (小於0.2 wt%),可以控制在一高富含氮气氛下,同时采用BN 载具将AlN 基板放置其中,以减少晶格氧 (lattice oxygen) 之产生,同时降低石墨热场所造成的碳污染,

氮化铝(AlN)具有六方晶系Wurtzite 结构,为一共价键陶瓷材料,熔点极高.极难烧结,因此要提高其烧结温度 (大於1800℃),才能烧结致密,此种气氛烧结炉通常为日本或德国进口,而目前兴美材料(MEITEK)整合国内、外资源,可以提供以下AlN 烧结解决方案(total solution)
(1) AlN 粉末抗湿处理 (hydrolysis) 技术
(2) AlN 烧结用稀土金属氧化物粉末助烧结剂
(3) AlN 烧结用binder free 氮化硼 (boron nitride) 载具 (可依客户需求订制)
(4) AlN 基板高温气氛烧结代工

如需了解氮化铝基板与其他封装材料基板物理性质,请点选click here

金属(陶瓷)粉末射出成形技术(MIM/CIM) 是将塑料成形、高分子流变学(rheology)、粉末冶金(powder metallurgy)等多项技术整合而成的一种新净成形(net near shape)技术，其透过
(1)金属或陶瓷粉末与高分子材料混练(kneading)成胚料(feedstocks)
(2)然后在模具中射出成形胚件(green parts)
(3)再进行脱脂(debinding)
(4)最后以真空烧结(vacuum sintering)或常压烧结
得到各种形状复杂且致密之元件。                             
兴美材料目前整合金属与陶瓷粉末射出相关技术团队与制程设备(射出机、烧结炉)，已成功开发出(1)    金属纺织机零件、针车零件、气电动工具零件
(2)    生物医疗器材(如腹腔镜手术器械、外科手术器械)
(3)    精密陶瓷手工具、刀具、表壳表链、高尔夫打击片、发剪片、3C结构陶瓷、防弹片
(4)    高级色泽氧化锆陶瓷表带
 等相关产品，同时可以提供客户开发相关金属(Fe-Ni alloy, Stainless steel, High speed steel, SKD11, WC)或陶瓷(ZrO2, Al2O3)粉末射出成形技术之total solution。

如需了解粉末射出成形技术与其他制程技术之比较,请点选cilck here

兴美材料(MEITEK)可以提供以下之技术服务方式与内容
(a) 合作开发案例
(1) 太阳电池(solar cell)长晶铸造用石英坩锅(quartz crucible)开发制作
(2) LED 散热用氮化铝(Aluminum Nitride)基板烧结技术开发制作
(b) 委托开发案例
(1) 真空吸盘(vacuum chuck)用多孔陶瓷(porous ceramics)设计与制作
(2) 黑色氧化锆粉末(Black zirconia powder)合成与元件制作
(3) 氢氧基磷灰石-氧化锆(Hydroxyapatite-Zirconia)生医复合材料成形与烧结制作
(c) 技术移转案例
(1) 陶瓷粉末干燥(spray drying)与造粒(granule)技术
(2) 陶瓷粉末研磨分散(dispersion)技术
(3) 陶瓷粉末胶体成形(colloidal process)技术
(4) 陶瓷粉末品管(quality control)与分析技术
(5) 陶瓷刀(ceramic knives)设计开发与制作技术
(6) 氧化锆陶瓷元件研磨抛光(polishing)配方技术
(7) 熔融氧化矽(fused silica)元件成形与烧结(sintering)技术