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研究生:謝宗儒
研究生(外文):Tsung-Ju Hsieh
論文名稱:陰極電弧電漿蒸鍍氮碳化鈦矽奈米複層薄膜之製程與性質研究
論文名稱(外文):Synthesis and characterizations of nanocomposite (Ti,Si)CN films by cathodic arc plasma evaporation
指導教授:張奇龍張奇龍引用關係
指導教授(外文):Chi-Lung Chang
學位類別:碩士
校院名稱:明道大學
系所名稱:材料暨系統工程研究所
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:氮碳化鈦矽陰極電弧蒸鍍技術
外文關鍵詞:Si)CN(Ticathodic arc
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本研究以陰極電弧蒸鍍法沉積氮碳化鈦矽(Ti,Si)CN奈米複層薄膜於WC-Co 基材上,利用掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡及X-光繞射儀來進行氮碳化鈦矽奈米複合薄膜之微結構、晶粒大小與殘留應力之分析;機械與磨耗性質則使用維氏硬度計、奈米壓痕儀與磨耗試驗機來進行量測;使用恆定電位儀來進行腐蝕電位之量測。分析結果顯示氮碳化鈦矽(Ti,Si)CN奈米複層薄膜硬度範圍在24-36 GPa 之間,此値高於TiN 薄膜(21 GPa)。氮碳化鈦矽(Ti,Si)CN奈米複層薄膜相對Cr 鋼球和WC-Co 球對磨下,其磨擦係數範圍在0.2-0.4之間,TiN為0.7。由Raman與XPS的研究結果顯示,當乙炔流量在15 sccm時,其ID/IG比為最低,呈現較多的sp3鍵結與較高的硬度,當流量由20 sccm增加至40 sccm時,ID/IG比值則隨之增加,且薄膜由(Ti,Si)CN轉變為DLC。從腐蝕測試可得到,在乙炔流量低於15 sccm時,薄膜中含有較多Si3N4成分,較抗腐蝕。當流量超過15 sccm時薄膜已轉變為DLC,因此抗腐蝕能力降低。從上述分析結果可得知薄膜微結構、硬度、磨潤性質、化學性質與C2H2/N2氣體流量控制有密切之關係。
Nanocomposite (Ti,Si)CN double-layered films were deposited on tungsten carbide (WC–Co) substrates using TiSi alloy as target for a dual cathodic arc plasma deposition system. The double-layered coatings were designed with Ti/(Ti,Si)N as an interlayer and (Ti,Si)CN as a surface layer. The (Ti,Si)CN coatings were deposited under the mixture of constant flow of N2 and various flows of C2H2. The influences of bias voltages and C2H2/N2 rate on the microstructure, mechanical, tribological and corrosion properties of the films were investigated. Scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction techniques were also employed respectively to analyses the microstructure, grain size and residual stress. Nano-indentation and tribometer testes were used to measure the mechanical and tribological properties of nanocomposite (Ti,Si)CN thin films. It was found that the microstructure, mechanical, tribological, and corrosion properties of the films correlated with bias voltages and C2H2/N2 rate, resulting in better mechanical and wear properties and of (Ti,Si)CN coatings.
中文摘要 I
英文摘要 II
總目錄 III
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
2-1 薄膜沉積技術 3
2-2 陰極電弧蒸鍍技術與原理 4
2-2-1 真空電弧的產生 6
2-2-2 陰極點 7
2-2-3 薄膜的結構與缺陷 9
2-2-4 陰極電弧蒸鍍的特點 10
2-2-5 各薄膜沉積技術之優缺點 10
2-2-6 陰極電弧點 12
2-2-7 電弧源的種類 13
2-2-8 輝光放電 14
2-2-9 離子轟擊效應 17
2-3 TiSiN文獻回顧 18
2-4 (Ti,Si)CN文獻回顧 18
2-5 薄膜殘留應力 19
2-6 腐蝕原理 20
2-6-1腐蝕的型態 20
2-6-2腐蝕機制 21
第三章 實驗方法 23
3-1 實驗設備 23
3-2 材料選擇 24
3-2-1 試片準備 24
3-2-2 試片清洗 24
3-3 實驗設計與流程 26
3-4 鍍膜製程 27
3-4-1 實驗參數與程序 27
3-4-2 操作程序 29
3-5 分析方法 29
3-5-1 微硬度測試 29
3-5-2 鍍膜附著性測試 30
3-5-3 磨耗試驗 31
3-5-4 XRD分析 32
3-5-5 FE-SEM分析 32
3-5-6 EDS分析 32
3-5-7 應力分析與計算 33
3-5-8 拉曼分析光譜 34
3-5-9 化學電子光譜儀分析 35
3-5-10腐蝕試驗 36
3-5-11 Auger-electron spectrum 36
第四章 結果與討論 38
4-1 氮碳化鈦矽薄膜結構之分析 38
4-1-1 結晶相分析 38
4-1-2 薄膜斷面組織觀察 40
4-1-3 殘留應力分析 45
4-1-4 拉曼分析 47
4-1-5 XPS分析 50
4-1-6 Auger與EDS元素分析 53
4-2 氮碳化鈦矽薄膜機械性質之分析 56
4-2-1附著性分析 56
4-2-2微硬度分析 59
4-2-3磨潤與磨耗軌跡分析 61
4-3 腐蝕電化學分析 66
4-4 高溫氧化分析 68
第五章 結論 70
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