臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用線上複合電鍍銳化（Composite ElectroPlating In-process Sharpening, CEPIS）研磨法加工CVD鑽石膜，在一定加工負荷4.2 kg，上主軸轉速200 rpm，下主軸轉速20 rpm之條件下，實驗探討鎳鍍液之氯化鎳含量（5 g/l ~ 75 g/l）及陰極電流密度（0 ASD ~ 7.5 ASD）對磨盤表面特性和鑽石膜材料移除率之影響。根據實驗結果得知，在純複合電鍍情況下，鍍層結構隨鍍液中氯化鎳含量的降低而變得鬆散，鍍層成長率隨之上升。在CEPIS加工過程中，低電流密度（2.5 ASD以下）的條件下，鑽石膜材料移除率與氯化鎳含量無明顯關係；而在較高的電流密度（5 ASD以上）的條件下，鑽石膜材料移除率隨氯化鎳含量的提高而急遽上升至飽和。鑽石膜材料移除率達到飽和值時所對應之氯化鎳含量，隨電流密度的增加而增加。在本實驗中，以氯化鎳含量75 g/l及電流密度5 ASD的實驗條件下，鑽石膜材料移除率為最大值（0.093 mg/min）。

In this study, the CVD diamond films were grinded using composite electroplating in-process sharpening (CEPIS). At an applied load of 4.2 kg, a rotation speed of 200 rpm and 20 rpm for the upper and lower spindles, the effects of NiCl2 (nickel chloride) content of electrolyte (in the range of 5-75 g/l) and cathode current density (in the range of 0-7.5 ASD) on the structure of the nickel-diamond composite coating and its grinding ability were investigated. Based on the experiment results, the coating structure became porous and the coating thickness increased with decreasing NiCl2 content of electrolyte during the composite electroplating process. During CEPIS process, the material removal rate of diamond film has no obvious concern with the NiCl2 content at low cathode current density (below 2.5 ASD). However, its material removal rate rapidly increased to a saturated value with increasing NiCl2 content at high cathode current density (above 5 ASD). The NiCl2 content to achieve a saturated material removal rate increased with increasing cathode current density. In this study, the maximum removal rate of diamond film is about 0.093 mg/min at the NiCl2 content of 75 g/l and the cathode current density of 5 ASD.

總 目 錄
封面 i
論文口試委員審定書 ii
謝誌 iii
總目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
論文摘要（中文） xii
論文摘要（英文） xiii

第一章　緒論 1
1-1　前言 1
1-2　文獻回顧 2
1-3　研究動機 6
1-4　本文重點及論文架構 7

第二章　理論基礎 8
2-1　電鍍 8
2-1-1　電鍍液成分介紹 10
2-1-2　離子在電解質溶液中的三種傳遞方式 13
2-1-3　電鍍的結晶過程 14
2-1-4　金屬陽極 15
2-1-5　電雙層 16
2-1-6　極化現象 17
2-1-7　析出電位 17
2-2　鎳金屬電鍍 18
2-2-1　鎳的基本性質 18
2-2-2　鎳鍍液的種類 19
2-3　複合電鍍 21
2-3-1　複合電鍍的形成機制 22
2-3-2　複合電鍍的影響因素 25

第三章　實驗方法及設備 27
3-1　實驗流程規劃 27
3-2　實驗設備 29
3-3　磨盤、試片及前處理步驟 32
3-3-1　磨盤 32
3-3-2　CVD鑽石膜試片 34
3-4　量測機器 35
3-5　實驗步驟 36
3-5-1　預鍍磨盤步驟 36
3-5-2　CEPIS加工實驗步驟 37



第四章　結果與討論 38
4-1　氯化鎳含量對初始磨盤表面形態之影響 40
4-1-1　鍍層表面觀察 40
4-1-2　鍍層厚度 41
4-2　氯化鎳含量及電流密度對磨盤鍍層厚度之影響 46
4-2-1　電流密度對磨盤鍍層厚度之影響 46
4-2-2　氯化鎳含量對磨盤鍍層厚度之影響 50
4-3　氯化鎳含量及電流密度對磨盤加工能力之影響 54
4-3-1　鑽石膜材料移除量 54
4-3-2　加工後磨盤表面形態 66
4-3-3　磨盤表面形態對加工能力之影響 86
4-4　加工機制探討 89
4-5　鍍層截面觀察 91

第五章　結論與未來研究方向 95
5-1　結論 95
5-2　未來研究方向 97

參考文獻 98


圖 目 錄
圖2-1　電鍍基本元件與架構 9
圖2-2　電鍍原理示意圖 9
圖2-3　Guglielmi兩階段共沉機制示意圖 24
圖2-4　Celis五階段共沉機制示意圖 24
圖3-1　線上複合電鍍銳化研磨機實體圖 30
圖3-2　線上複合電鍍銳化研磨加工示意圖 31
圖3-3　銅圓盤示意圖 32
圖3-4　鑽石膜SEM照片(a)x500, (b)x2000 34
圖4-1　氯化鎳含量 5 g/l初始磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 42
圖4-2　氯化鎳含量10 g/l初始磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 43
圖4-3　氯化鎳含量30 g/l初始磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 44
圖4-4　氯化鎳含量75 g/l初始磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 45
圖4-5 氯化鎳含量10 g/l，電流密度對磨盤鍍層厚度之影響 47
圖4-6 氯化鎳含量50 g/l，電流密度對磨盤鍍層厚度之影響 48
圖4-7 氯化鎳含量75 g/l，電流密度對磨盤鍍層厚度之影響 49
圖4-8 0 ASD下，氯化鎳含量對磨盤鍍層厚度之影響 51
圖4-9 7.5 ASD下，氯化鎳含量對磨盤鍍層厚度之影響 52
圖4-10 7.5 ASD下，氯化鎳含量對陽極溶解量之影響 53
圖4-11 在氯化鎳含量5 g/l鍍液中，電流密度對鑽石膜材料移除量之影響 56
圖4-12 在氯化鎳含量10 g/l鍍液中，電流密度對鑽石膜材料移除量之影響 57
圖4-13 在氯化鎳含量30 g/l鍍液中，電流密度對鑽石膜材料移除量之影響 58
圖4-14 在氯化鎳含量75 g/l鍍液中，電流密度對鑽石膜材料移除量之影響 59
圖4-15 在氯化鎳含量5 g/l鍍液中，電流密度對鑽石膜材料移除率之影響 62
圖4-16 在氯化鎳含量10 g/l鍍液中，電流密度對鑽石膜材料移除率之影響 63
圖4-17 在氯化鎳含量30 g/l鍍液中，電流密度對鑽石膜材料移除率之影響 64
圖4-18 在氯化鎳含量75 g/l鍍液中，電流密度對鑽石膜材料移除率之影響 65
圖4-19 在氯化鎳含量5 g/l及0 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 67
圖4-20 在氯化鎳含量5 g/l及2.5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 68
圖4-21 在氯化鎳含量5 g/l及5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 69
圖4-22 在氯化鎳含量5 g/l及7.5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 70
圖4-23 在氯化鎳含量10 g/l及0 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 72
圖4-24 在氯化鎳含量10 g/l及2.5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 73
圖4-25 在氯化鎳含量10 g/l及5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 74
圖4-26 在氯化鎳含量10 g/l及7.5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 75
圖4-27 在氯化鎳含量30 g/l及0 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 77
圖4-28 在氯化鎳含量30 g/l及2.5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 78
圖4-29 在氯化鎳含量30 g/l及5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 79
圖4-30 在氯化鎳含量30 g/l及7.5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 80
圖4-31 在氯化鎳含量75 g/l及0 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 82
圖4-32 在氯化鎳含量75 g/l及2.5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 83
圖4-33 在氯化鎳含量75 g/l及5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 84

圖4-34 在氯化鎳含量75 g/l及7.5 ASD下，加工60分鐘之磨盤表面(a)x100, (b)x500, (c)x2000 85
圖4-35 不同電流密度下，氯化鎳含量對鑽石膜材料移除率之影響 88
圖4-36 初始磨盤鍍層截面(a)10 g/l, (b)30 g/l, (c)75 g/l 92
圖4-37 氯化鎳含量30 g/l，0 ASD下加工60分鐘之鍍層截面 93
圖4-38 氯化鎳含量75 g/l，2.5 ASD下加工60分鐘之鍍層截面 93
圖4-39 氯化鎳含量10 g/l，7.5 ASD下加工60分鐘之鍍層截面 94
圖4-40 氯化鎳含量75 g/l，7.5 ASD下加工60分鐘之鍍層截面 94












表 目 錄
表2-1　鎳的基本性質 18
表3-1　實驗規劃流程圖 28
表3-2　酸洗液配方 33
表4-1　氯化鎳鍍液配方 39
表4-2　CEPIS加工參數 39

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