臺灣博碩士論文加值系統

本研究延續磁控濺鍍法濺鍍高熵合金薄膜的研究成果，首先嘗試工具模具常用的陰極真空電弧法來鍍製高熵合金薄膜。以CrFeCoNiCu五元等莫耳高熵合金為靶材，採不同的過濾方式：無過濾模式、不鏽鋼過濾網模式及磁過濾管過濾模式加以鍍製，而在磁過濾模式中更以不同的工作距離、不同濺鍍位置和基板偏壓作為變量，以觀察其微結構、晶體結構與奈米壓痕硬度的變化。
實驗結果發現，在不鏽鋼過濾網模式中，使用60 mesh過濾網過濾許多5~10 μm的液滴顆粒，但是薄膜並不平整，進一步使用200 mesh過濾網，加大偏壓吸引更多離子，發現薄膜有隨偏壓增加變厚趨勢，但是濺鍍速率偏低。
在磁過濾管過濾模式中，發現離子會受到勞倫茲力(Lorentz force) ，產生向心加速度集中成四公分半徑離子束，離子束集中使得薄膜厚度從離子束中央720 nm慢慢降低到邊緣100 nm。另外工作距離增加時，薄膜厚度也隨之降低，但是液滴顆粒並無明顯改變。
因為離子轟擊效應，偏壓加大會使薄膜厚度變薄。但由於離子動能大在表面重新排列，使薄膜緻密性加大，薄膜應力也隨之變大，在偏壓-125 V出現薄膜最大硬度15.3 GPa。
比較無過濾、不鏽鋼過濾網與磁過濾模式，其中磁過濾模式，能使陰極點速度加快，本質上增加離子量與降低液滴顆粒，雖然在SEM觀察下有1 µm大小之顆粒，但肉眼觀察表面形貌，有光亮表面且有良好鏡面反射，已經有機會作為工業上之用途，顯示高熵合金也可利用陰極真空放電被覆法製備出良好性質。

第一章、 前言
第二章、 文獻回顧
2-1 表面鍍層
2-2 高熵合金應用於薄膜之研究
2-3 陰極真空電弧電漿鍍膜法 (Cathodic vacuum arc plasma deposition)
2-3-1 金屬電漿的產生（Metal plasma production）
2-3-2 真空電弧電漿產生的方式
2-3-3 液滴顆粒 （Macroparticles）的產生
2-3-4 電弧電流供應
2-3-5 液滴顆粒過濾模式
2-4 本論文研究目的
第三章、 實驗步驟
3-1 實驗設計
3-2 靶材準備與基板選擇
3-2-1 靶材合金組成
3-2-2 靶材製備
3-2-3 鍍膜基板
3-2-4 鍍膜參數
3-3 陰極真空電弧鍍膜機
3-4 不同的過濾模式
3-4-1 無過濾模式
3-4-2 不鏽鋼過濾網模式
3-4-3 磁過濾管過濾模式
3-5 成分分析
3-6 薄膜結構X光繞射分析
3-7 電子顯微鏡觀察
3-8 表面粗糙度量測
3-9 膜厚量測
3-10 晶粒大小量測
3-11 奈米壓痕測試
第四章、 結果與討論
4-1 無過濾模式鍍膜
A. 薄膜表面形貌及橫截面觀察
B. 薄膜成份分析
4-2 過濾網模式
4-2-1 使用60mesh不鏽鋼過濾網對表面形貌影響
4-2-2 使用200mesh不鏽鋼過濾網對表面形貌影響
4-3 磁過濾管過濾模式
4-3-1 不同工作距離
A. 工作距離對於表面形貌及厚度之影響
B. 不同工作距離對表面粗糙度的影響
C. 薄膜EPMA成分分析
D. 薄膜之晶體結構分析
4-3-2 磁過濾模式下不同鍍膜位置膜厚及液滴密度的變化
4-3-3 不同偏壓影響
A. 不同偏壓對薄膜表面形貌及薄膜厚度之影響
B. 不同基板偏壓對薄膜成分之影響
C. 不同偏壓對晶體結構之影響
D. 不同基板偏壓對硬度之影響
第五章、 結論
第六章、 參考文獻

1. J. W. Yeh, Annales de chimie, 31, 6, 633 -648 (2006)
2. H. W. Chang, P. K. Huang, J. W. Yeh, Andrew Davison, C. H. Tsau and C. C. Yang. Surface and Coatings Technology Volume 202, Issue 14, 15. 3360-3366 (2008)
3. “B含量對AlCrNbSiTiVBx氮化物膜機械性質及耐溫性的影響”陳韻如 國立清華大學 材料科學工程系碩士論文 (2007)
4. C. H. Lai, S. J. Lin, J. W. Yeh and S. Y. Chang, Surf. Coat. Technol., 201, 6, 3275-3280 (2006)
5. C. H. Lai, M. H. Tsai, S. J. Linand and J. W. Yeh, Surf. Coat. Technol., 201, 16-17, 6993-6998 (2007)
6. Marcela M. M. Bilek, Member, IEEE, Richard N. Tarrant, D. R. McKenzie, Sunnie H. N. Lim, and Dougal G. McCulloch. IEEE Transactions on Plasma Science, 31, 5, (2003)
7. X. Yu, M Hua, C. B. Wang, Y. Liu, D.Y. Yu and S. L. Ma, Nanotechnology 18, 355-710, 5 (2007)
8. C. C. Lin, K. L. Chang, Han C. Shih. Applied Surface Science 253, 5011–5016 (2007)
9. “CuCoNiCrAlxFe高熵合金加工變形及微結構之探討” 蔡哲偉 國立清華大學 材料科學工程系系碩士論文 (2002)
10. J. S. Koehler, Phys. Rev. B, 2, 547 (1970)
11. J. Musil, Surf. Coat. Technol., 125, 322-330 (2000)
12. J. Musil, and J. Vlcek, Surf. Coat. Technol., 142-144, 557-566 (2001)
13. S. Veprek, S. Reiprich, and Li Shizhi, Appl. Phys. Lett., 66, 2640-2642 (1995)
14. H. Holleck, C. Kuhl, and H. Schulz, J. Vac. Sci. Technol., A 3, 2345-2347 (1985)
15. J. Musil, P. Zeman, H. Hruby, and P. H. Mayrhofer, Surf., Coat. Technol. 120-121, 179-183 (1999)
16. S. Veprek, P. Nesladek, A. Niederhofer, F. Glatz, M. Jilek and M. Sima, Surf. Coat. Technol., 120-121, 173-178 (1999)
17. S. Veprek, A. Niederhofer, K. Moto, T. Bolom, H. -D. Mannling, P. Nesladek, G. Dollinger and A. Bergmaier, Surf. Coat. Technol., 133-134, 152-159 (2000)
18. L. Hultman, Vaccum 57, 1-30 (2000)
19. W. D. Munz., J. Vac. Sci. Technol. A, 4(6), 2717–25 (1986).
20. S. PalDey, S.C. Deevi *, Materials Science and Engineering A342 58-79 (2003)
21. T. K. Chen, M. S. Wong, T. T. Shun and J. W. Yeh. Surf. Coat. Technol. 200, 5-6 , 1361-1365 (2005)
22. T. K. Chen, T. T. Shun, J. W. Yeh and M. S. Wong, Surf. Coat. Technol, 188, 193-200 (2004).
23. C. H. Lai, K. H. Cheng, S. J. Lin, and J. W. Yeh, Surf. Coat. Technol. 202, 15, 3732-3738 (2008)
24. C. H. Lin, J. G. Duh and J.W. Yeh, Surf. Coat. Technol., 201, 14, 6304-6308 (2007)
25. “Cu0.5-Ni-Al-Co-Cr-Fe-Ti二至七元合金濺鍍薄膜微結構與晶粒成長之研究” 潘宗延 國立清華大學 材料科學工程系系碩士論文 (2007)
26. A. Anders, J. Phys. D: Appl. Phys, 40, 2272–2284 (2007)
27. A. Anders, S. Anden, B. Jiittner. Blilticher W, Luck H and Schrader G IEEE Truns. Plasma Sci, 20,. 466-72 (1992)
28. S. Anders, Contrib. Pfasma Pkys, 26, 413-21 (1986)
29. B. J. IiIttner, Pkys. D: AppL Phys, 18, 2221-31 (1985)
30. I. G. Brown, Rev. Sci. Instrum, 65, 3061–81 (1994)
31. A. Anders, Phys. Rev. E, 55, 969–81 (1997)
32. A. Anders and G. Y. Yushkov, J. Appl. Phys, 91, 4824–32 (2002)
33. B Jiittner J. Phys. D: Appl. Phys, 14, 1265-75 (1981)
34. “Processing and properties of chromium carbide thin films synthesized by a filtered cathodic vacuum arc plasma system” 林君純 國立清華大學 材料科學工程系系博士論文 (2007)
35. I.I. Aksenov, V.E. Strel’nitskij, V.V. Vasilyev, D.Yu. Zaleskij, Surface and Coatings Technology, 163 –164, 118–127 (2003)
36. P.J. Martin , A. Bendavid, Thin Solid Films, 394, 1-15 (2001)
37. A. Anders, Surf. Coat. Technol, 120, 319-330 (1999)
38. A. Anders, S. Anders and I. G. Brown, Plasma Sources Sci. Technol, 4, 1-12 (1995)
39. K. Miernik, J. Walkowicz, Surf. Coat. Technol, 125, 161-166, (2000)
40. I.I. Aksenov, V.A. Belous, V.G. Padalka, V.M. Koroshikh, Sov. J. Plasma Phys, 4, 425-430 (1987)
41. Hirofumi Takikawa, IEEE Transactions on Plasma Science, VOL. 35, NO. 4 (2007)
42. B. Jüttner, J. Phys. D: Appl. Phys. 34 R103–R123 (2001)
43. The University of Sheffield and WebElements Ltd, UK, WebElements: the periodic table on the WWW [http://www.webelements.com/]
44. C. Friedrich, G. Berg, E. Broszeit, and C. Berger, Thin Solid Films 290-291, 216-220 (1996)
45. M. H. Shiao, S.A. Kao, F. S. Shieu, Thin Solid Films 375. 163-167 (2000)
46. “Handbook of vacuum arc science and technology ~ fundamentals and application” Raymond L. Boxman, Philip J. Martin, and David M. Sanders, Noyes Publication, Park Ridge, New Jersey, USA (1995)
47. B Jüttner, J. Phys. D: Appl. Phys, 14, 1265-75 (1981)
48. “Co-Ni-Fe-Cr-Mn(Al)合金系列X光繞射強度、硬度、熱傳導及熱膨脹之研究” 鍾宜臻 國立清華大學 材料科學工程系碩士論文
49. B. Jütter, Physica, 114C. 255-261 (1982)
50. “Handbook of physical vapor deposition (PVD) processing ~ film formation, adhesion, surface preparation and contamination control” Donald M. Mattox, Noyes Publication, West wood, New Jersey, USA (1998)
51. Meidong Huanga,b, Guoqiang Lina, Yanhui Zhaoa,b, Chao Sunb, Lishi Wena,b, Chuang Donga, Surface and Coatings Technology 176, 109–114 (2003)
52. I. G. Brown. Senior Member, IEEE, and X. Godechot, IEEE Transactions on Plasma Science, 19, 5 (1991)
53. A. Anders, Physical Review 55, 1 (1997)
54. “The thin film deposition ~ principle and practice” Donald L. Smith, published by the McGraw-Hill companies. Inc. US (1999)
55. K. H. Muller, J. Vac. Sci. Technol. A, 4, 184 (1986)
56. “高亂度合金微結構及性質探討”賴高廷 國立清華大學 材料科學工程系碩士論文 (1998)
57. “以FCC及BCC元素為劃分配製等莫耳多元合金系統之研究” 許雲翔 國立清華大學 材料科學工程系碩士論文 (2000)
58. “Cu-Ni-Al-Co-Cr-Fe-Si-Ti高亂度合金之探討”洪育德 國立清華大學 材料科學工程系碩士論文 (2001)
59. ”塗層用多元高熵合金之開發”陳家裕 國立清華大學 材料科學工程系碩士論文 (2002)
60. ”Cu-Co-Ni-Cr-Al-Fe高熵合金變形結構與高溫特性之研究”童重縉 國立清華大學 材料科學工程系碩士論文 (2002)
61. H. W. Chang, P. K. Huang, J. W. Yeh, Andrew Davison, C. H. Tsau and C. C. Yang, Surface and Coatings Technology, Volume 202, Issue 14, 15 Pages 3360-3366 (2008)