陶瓷材料檢測技術：材料世界網

高宥榛 / 工研院材化所

結構陶瓷材料因其優異的機械強度、耐高溫特性與化學穩定性，在半導體、航太、電動車與生醫領域的應用日益增加。全球市場預測顯示，結構陶瓷產業將持續成長，亞太地區更因完整供應鏈與製造能力成為發展重心。由於檢測技術對於確保材料品質與可靠性至關重要，因此工研院材料與化工研究所建置完整測試能力，涵蓋機械特性、熱物理性能與微觀結構分析。其中硬度測試、彎曲強度測試與熱分析能評估材料的耐用性與穩定性，熱膨脹係數測試則影響零件匹配性與應用精度，微結構分析可診斷缺陷並透過優化製程提升性能。材化所致力於提供材料檢測與技術支援，協助產業提升產品品質，縮短開發週期，提升市場競爭力，並在電子半導體、機械製造與醫療器材等領域提供客製化解決方案，以滿足高性能材料應用需求。

【內文精選】

結構陶瓷市場與產業趨勢

除了在半導體設備產業的應用，結構陶瓷也廣泛用於航太領域、電動車產業與生醫領域等。航太領域方面，結構陶瓷因具有優異的耐高溫、抗氧化、高強度等特性，被廣泛應用於噴射引擎零件、熱防護系統等；電動車產業的蓬勃發展也為結構陶瓷帶來新的市場機會，特別是在軸承、感測器、散熱元件等應用；在生醫領域，結構陶瓷因其優異的生物相容性與機械性能，被廣泛應用於人工關節、牙科植體等。因此，為了確保結構陶瓷產品的品質與性能，完整的材料檢測技術與規範變得更加重要。

工研院建置之結構陶瓷檢測能量

工研院材料與化工研究所先進陶瓷薄膜與應用研究室近幾年陸續建置結構陶瓷檢測技術，其中涵蓋材料的機械性能、熱物理性能與微結構分析等多個面向(圖三)，能全方位協助廠商進行產品開發、品質控制與失效分析。

圖三、工研院材化所實驗室已建置之陶瓷材料檢測設備

對於需承受高應力的結構件以及使用於低壓高溫或離子蝕刻環境下的陶瓷零組件，如：汽輪機葉片、高溫熱交換器、石墨坩堝與晶圓支撐環等，可透過彎曲測試法測得之強度數據，再統計處理後的數值，來預測實際材料的強度，藉以反應彎曲應力下材料受拉面斷裂時的最大應力。測試方法分為三點彎曲法與四點彎曲法，如圖五所示，其數值計算方式、樣品尺寸與適用夾具皆有所不同。兩者差異在於：三點彎曲為單點應力集中的測試方式，所測試的位置較集中，適用於質地均勻的材料；而四點彎曲施力於較大區域，通常用於質地較非均質或脆性材料，由於四點彎曲法測試體積更大，其結果更接近材料真實強度 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。