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研究生:李明和
研究生(外文):Lee, Ming-Her
論文名稱:以CrN/Cr2N為中介層在不銹鋼上沉積鑽石薄膜之研究
論文名稱(外文):A Study of Diamond Synthesized on Stainless Steel Using CrN/Cr2N
指導教授:陳家富陳家富引用關係
指導教授(外文):Chia-Fu Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:材料科學與工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1996
畢業學年度:84
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:鑽石膜中介層
外文關鍵詞:Diamond filmsInterlayer
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鐵基材料(Ferrous metals)為目前工業上使用最廣的材料,假如能在
鐵基材料上被覆一層鑽石薄膜則更大大的提高了鐵基材料的用途。本研究
利用微波電漿化學氣相沉積法,在不銹鋼上被覆一層或複層的CrN/Cr2N中
介層之後再沉積鑽石薄膜,以甲烷+氫氣及甲烷+二氧化碳作為反應氣體源,
研究在鐵基材料上預鍍CrN/Cr2N中介層再成長鑽石薄膜的附著性,並探討
這兩種不同的氣體源對沉積鑽石薄膜的附著性影響。 研究結果顯示,
在CH4/H2=0.4%,CH4/CO2=33.33%條件下可成長出晶面清晰的多晶鑽石膜,
膜厚分別為2.5e-6m及3e-6m,而根據拉曼光譜及陰極螢光光譜的分析結果
可以確定所得鑽石膜品質非常良好,由於甲烷+二氧化碳系氣體成長速率較
快所以在鑽石膜很容易有二次成核的結晶出現,惟甲烷+二氧化碳系氣體來
多了Cr7C3的化合物,很可能因此而加強了鑽石膜與中介層之間的附著性。
另外藉由中介層橫截面能量分散光譜儀(EDS)分析可以確定中介層可以完
全阻止鐵擴散到表面,避免在沉積鑽石時形成非晶質的碳而破壞了鑽石膜
與基材的附著性,而中介層的選擇以多層結構的複合層對阻止鐵擴散的情
形最好,CrN的效果又優於Cr2N。 最後由壓痕測試的結果可得知,加
以15Kg壓力的壓痕試驗於CH4/H2=0.4%,CH4/CO2=33.33%條件所沉積的鑽石
膜時,鑽石膜均有破裂的情形發生。甲烷+氫氣系氣體沉積的鑽石膜以CrN/
Cr2N、Cr2N/CrN中介層所得到的附著性較好,這可能是因為多層結構的複
合中介層有較好的防擴散效果。而甲烷+二氧化碳系氣體沉積的鑽石膜相
對於甲烷+氫氣系氣體不論在哪種中介層上都有較佳的附著性,這可能是因
為在甲烷+二氧化碳系氣體多了Cr7C3的緣故。
Ferrous metals are one of the popular materials in today's
industry.If diamond films could be grown on them , there would
be many applications usingjust the mechanical properties and
chemical inertness of diamond.In this thesis,we use CrN/Cr2N as
an interlayer to synthesize diamond films on stainless steelby
means of microwave plasma chemical deposition (MPCVD) method.Two
sets of gas mixtures were selected,i.e., CH4-CO2 and CH4-H2, to
make a comparative study ofadhesion between diamond films and
substrate. It was found that well defined facets diamond thin
films can deposited onstainless steel substrate at CH4/H2=0.4%
and CH4/CO2=33.33%.Because CH4-CO2 gas mixtures possess higher
growth rate, few secondary nucleations were found.Butall these
diamond thin films have good quality. From the results of X-ray
diffraction,Cr2C was formed between diamond films and
interlayer. There is another Cr7C3 compound formed on CH4-CO2
gas mixtures.These carbides enhanced the adhesion between
diamond films and interlayer. Using interlayer cross-section
EDS analysis , we can know that these interlayers can totally
prevent iron diffudion to interlayer surface.Multi-layers
structure is better than single-layer structure at the role of
prevention iron diffusion and CrN is better than Cr2N. The
toughness of the diamond films was evaluated by measuring the
minimumload necessary to induce delamination with a cone-shaped
diamond indentor.Allthe diamond films deposited at the condition
of CH4/H2=0.4%, CH4/CO2=33.33% reveal pool adhesion.
Delamination of diamond films were found at a normal loadof
15Kg.But the adhesion of multi-layers structure was better than
single-layerstructure.The deposited diamond films using CH4-CO2
gas mixtures hae betteradhesion.This could be caused by Cr7C3
formed in CH4-CO2 gas mixtures.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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