利用射頻磁控濺鍍法共鍍AlxCrNbTaTiZr高熵合金氮化物薄膜及其性質探討

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研究生：	林彥宏 Yen-Hung Lin
論文名稱：	利用射頻磁控濺鍍法共鍍AlxCrNbTaTiZr高熵合金氮化物薄膜及其性質探討 Hard Nitride Films of AlxCrNbTaTiZr Alloy Prepared by RF Dual Magnetron Sputtering Techniques
指導教授：	林樹均
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	111
中文關鍵詞：	薄膜、濺鍍、奈米壓印、硬模
外文關鍵詞：	Thin film, sputtering, nano-indentation, hard coating
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本實驗以真空電弧鎔鍊法製備CrNbTaTiZr等莫耳五元高熵合金靶材，另加純鋁靶共鍍。利用射頻磁控反應鍍製(AlXCrNbTaTiZr)N高熵合金氮化物硬質薄膜，並與TiN和TiAlN硬質薄膜作比較。結果顯示在基板溫度在室溫，未施加基板偏壓下高熵合金薄膜在未通入氮氣時呈現非晶質結構；通入氮氣比例為10 % 開始出現FCC結構之氮化物繞射峰。薄膜硬度則在15 % 的氮氣比例時具有最大值26 GPa。
鋁靶濺鍍功率由25W提升至200W，薄膜中鋁含量可由原本的3.4%上升至19.5%；若以化學式(AlXCrNbTaTiZr)N表示，X可由原本的0.37提升至 3.36。
在基板偏壓的影響方面，薄膜硬度由未施加偏壓的31GPa提升至施加偏壓後的38 GPa，且薄膜表面隨著偏壓的增加而愈趨平坦。施加基板偏壓造成高殘留應力，並且薄膜以(111)方向為主的繞射峰轉變為以(200)方向為主。薄膜成份中Al的含量也會因為再濺射而降低。
綜合比較(AlXCrNbTaTiZr)N，發現薄膜中的鋁含量提升時的確可以提升薄膜的熱穩定性，使薄膜的抗氧化溫度提升。
與商用的TiN和TiAlN薄膜系統作比較，結果薄膜硬度比前兩者高了許多，而薄膜抗高溫氧化能力則是介於兩者之間。整體而言，高熵合金(AlXCrNbTaTiZr)N系統於硬質薄膜的應用上極具潛力。

目  錄

摘要...................................................I
誌謝..................................................II
目錄.................................................VII
圖目錄................................................IX
表目錄..............................................XIII

第一章 前言與研究目的..................................1

第二章 文獻回顧........................................4
2-1 硬膜之發展與研究................................4
2-2 超硬奈米複合材氮化物硬膜........................7
2-3 高熵合金.......................................11
2-4射頻磁控濺鍍原理................................18
2-5本實驗研究目的..................................20

第三章 實驗方法與步驟.................................28
3-1 實驗設計.......................................28
3-2 材料準備.......................................29
3-3 實驗流程.......................................31
3-4 材料性質量測...................................32

第四章 結果與討論.....................................47
4-0 靶材製備與分析.................................48
4-1不同氮氣比例下之氮化物薄膜結構與性質............51
4-2製備鋁變量高熵合金氮化物薄膜-(AlXCrNbTaTiZr)N...68
4-3 (Al1.53CrNbTaTiZr)N薄膜在不同基板偏壓下之結構與性
質.................................................80
4-4 薄膜熱處理與熱穩定性質.........................93
4-5實驗室各氮化物薄膜系統並與商用TiN、TiAlN比較...104

第五章 結論..........................................106

第六章 參考文獻......................................108

                                

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