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研究生： 陳建翰
Chen, Chien-Han
論文名稱： Ir添加量對齒科用陶瓷披覆合金機械強度與晶粒大小之影響
Effect of additions of Ir on grain size and mechanical properties of Au70.1-Ag12.4-Cu10.3-Pd6.2-Pt1 Procelain Fused Metal alloy
指導教授： 黃文星
Hwang, Wen-Shing
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 材料科學及工程學系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年： 2011
畢業學年度： 99
語文別： 中文
論文頁數： 77
中文關鍵詞： 陶瓷披覆合金
外文關鍵詞： Procelain Fused Metal
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    • 齒科用陶瓷披覆合金PFM(Procelain Fusing Metal)為了達到應用上的要求，會加入晶粒細化劑Ir來達到晶粒細化的效果，來增加合金機械強度與金屬氧化物的分布等。本研究設計Au70.1-Ag12.4-Cu10.3-Pd6.2-Pt1-IrX此合金系統來做為齒科用陶瓷披覆合金。在此合金系統下加入不同量的Ir做為成核劑，來探討Ir對合金晶粒大小與機械性質的影響。微量的Ir元素(0.05wt%~0.1wt%)對系統即有明顯的晶粒細化效果。當Ir濃度達到0.1wt%時則達到飽和，使晶粒粒徑趨於一固定值。合金的降伏強度則在Ir大於0.05wt%後開始上升，至0.3wt%時達到最大值，但Ir添加量在0.5wt%與0.7wt%時，較濃度0.3wt%的試片機械性質略微下降。本研究同時對於合金熔煉的氣氛對PFM性質的影響進行探討。對真空環境中與大氣環境中的兩種融煉製程下的機械性質進行比較。

    Adding small Ir element into Procelain Fusing Metal alloy can produce finer grains of PFM.Mechanical properties and dispersion of metal oxide can be improved by grain refining.In order to understand the effect of grain refining and mechanical properties by adding Ir into Au70.1-Ag12.4-Cu10.3-Pd6.2-Pt1-IrX alloy, series of experiments are carried out.
    There is an obvious effect of grain refining when adding 0.1wt% Ir into alloy.More than 0.1wt% Ir addition will no longer change the grain size obviously. Yield strength and Ultimate tensile strength are getting higher after adding more than 0.1wt% Ir. We found that these two mechanical properties will reach the maxima when 0.3wt% Ir added. And there is a little descent on mechanical properties when 0.5wt%、0.7wt% of Ir existed in alloys. In addition, mechanical properties are compared in different processes: Casting in arc vaccum furnace and Casting in high frequency induction melting furnace in air.

    目錄 摘要 II Abstract III 致謝 IV 目錄 VI 表目錄 IX 圖目錄 X 第一章 前言 1 1-1齒科用陶瓷披覆合金的應用 1 1-2研究目的 2 第二章 文獻探討 4 2-1齒科用陶瓷披覆合金簡介 4 2-2 齒科用陶瓷披覆合金人工牙冠製作流程介紹 5 2-3 Au-Ag-Cu三元合金系統的相組成與相轉換 6 2-4晶粒細化對PFM的影響 7 2-5金屬鑄造過程中的成核 8 2-6 PFM的成核劑選用 10 2-7不同合金系統中的晶粒細化情形 11 第三章 實驗步驟與原理 24 3-1合金熔煉 24 3-1.1高週波爐融鑄步驟與原理 24 3-1.2真空融鑄步驟與原理 24 3-1.3大氣下高週波融鑄與真空電弧融鑄製程上的差異 26 3-2元素成分分析 26 3-2.1元素成分分析儀器介紹 26 3-2.2元素成分分析試片的準備 27 3-3晶粒粒徑觀察 27 3-4 X-ray繞射分析 28 3-5離心鑄造試片的準備 28 3-6三點抗彎測試 29 3-7微硬度測試 31 第四章 實驗結果與討論 41 4-1合金成分的選擇 41 4-2 X-ray繞射結果與分析 42 4-3合金鑄錠的成分定量 42 4-4晶粒粒徑觀察 44 4-5三點抗彎試驗 45 4-6 Hv微硬度試驗 47 4-7大氣融鑄與真空融鑄製程之比較 47 第五章 結論 72 第六章 未來工作 74 參考文獻 75 表目錄 Table.2.1 ADA NO.5對齒科鑄造合金強度的規範 14 Table.3.1 實驗中PFM合金的元素成分比 32 Table.4.1合金3,添加0.1wt% Ir的合金 54 Table.4.2合金4,添加0.3wt% Ir的合金 54 Table.4.3合金5,添加0.5wt% Ir的合金 55 Table.4.4合金6,添加0.7wt% Ir的合金 55 Table.4.5合金7,添加0.1wt% Ir經真空融鑄製程的合金 56 圖目錄 Fig 1.1 齒科用陶瓷披覆合金示意圖 3 Fig 2.1 金屬人工牙冠 13 Fig.2.4 Au-Ag-Cu三元合金在300℃的相圖 17 Fig.2.5 Homogenous成核模型下自由能的變化圖 18 Fig.2.10 John P.Nielson and J.J.Tuccillo研究中Ir與 Ru對純金晶粒大小的影響 23 Fig.3.1 實驗流程圖 33 Fig.3.2 合金1~合金6熔煉時所使用的高週波爐 34 Fig.3.3 完成拋光及鍍碳的EPMA試片 35 Fig.3.4 拋光成鏡面的離心鑄造試片 36 Fig.3.5 桌上型萬能試驗機 37 Fig.3.6 三點抗彎試驗示意圖 38 Fig.3.7 三點抗彎試驗撓度(Deflection)示意圖 39 Fig.3.8 Hv微硬度量測壓痕影像 40 Fig.4.1 合金1,未添加Ir合金之X-ray繞射圖 49 Fig.4.2 合金2,添加0.05wt% Ir合金之X-ray繞射圖 49 Fig.4.3 合金3,添加0.1wt% Ir合金之X-ray繞射圖 50 Fig.4.4 合金4,添加0.3wt% Ir合金之X-ray繞射圖 50 Fig.4.5 合金5,添加0.5wt% Ir合金之X-ray繞射圖 51 Fig.4.6 合金6,添加0.7wt% Ir合金之X-ray繞射圖 51 Fig.4.7 合金7,添加0.1wt% Ir經真空融鑄製程合金之X-ray繞射圖 52 Fig.4.9 融鑄時坩鍋與鑄錠示意圖,紅色部分為合金最先凝固的部分 57 Fig.4.10 未添加Ir的合金鑄錠金相圖 58 Fig.4.11 Ir添加量0.05wt%的合金金相圖 59 Fig.4.12 Ir添加量0.1wt%的合金金相圖 60 Fig.4.13 Ir添加量0.3wt%的合金金相圖 61 Fig.4.14 Ir添加量0.5wt%的合金金相圖 62 Fig.4.15 Ir添加量0.7wt%的合金金相圖 63 Fig.4.16 不同Ir添加量與晶粒大小關係圖 64 Fig.4.17 不同Ir添加量試片對降伏強度關係圖 65 Fig.4.18 不同Ir添加量試片對彈性模數關係圖 66 Fig.4.19 不同Ir添加量的Hv微硬度值 67 Fig.4.20 真空熔煉製程下的PFM合金相關機械性質 68 Fig.4.21 大氣熔鑄下的鑄錠內由SEM及EDX觀察到的銅氧化物 69 Fig.4.22 大氣熔鑄下的鑄錠內由SEM觀察到的銅氧化物BEI影像 70 Fig.4.23真空熔鑄下鑄錠之金相圖(Ir添加量0.1wt%) 71

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