目 錄 致謝 論文摘要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅰ 目錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅱ 表目錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅴ 圖目錄 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ Ⅵ 第一章 緒論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1-1 前言 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1-2 鐵磁形狀記憶合金導論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 2 1-2-1 形狀記憶效應 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 2 1-2-2 磁伸縮 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 4 1-2-3 鐵磁形狀記憶效應 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 5 1-2-4 鐵磁形狀記憶合金之應用 ‥‥‥‥‥‥‥‥ 6 1-3 鐵鈀合金文獻回顧 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 7 1-3-1 麻田散體變態 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 7 1-3-2 形狀記憶效應 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 10 1-3-3 磁性質與磁伸縮 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 11 1-3-4 添加第三元素的影響 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 13 1-4 儀器與量測原理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 13 1-4-1 應變規 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 13 1-4-2 振動樣品磁量儀 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 15 1-5 研究目的 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16 第二章 實驗方法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 30 2-1 試片準備‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥30 2-2 快速凝固法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥30 2-3 顯微結構觀察‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31 2-3-1 X-ray 繞射分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31 2-3-2 OM顯微結構觀察‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 32 2-4 DSC量測 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥32 2-5 基本磁性質量測‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥32 2-6 磁伸縮量測‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥33 2-7 形狀記憶效應測試‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥33 第三章 結果與討論‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 39 3-1 各試片代號介紹‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 39 3-2 各試片之基本性質研究‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 39 3-2-1 成分定量分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 39 3-2-2 室溫X-ray繞射分析 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 40 3-2-2-1 塊材X-ray繞射分析 ‥‥‥‥‥‥‥40 3-2-2-2 薄帶X-ray繞射分析 ‥‥‥‥‥‥‥41 3-2-3 OM顯微觀察結構‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 43 3-2-4 磁性質量測 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 46 3-3 相變化溫度研究‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 46 3-3-1 DSC熱分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥47 3-3-2 低溫X-ray繞射分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥48 3-3-3 低溫磁性質研究‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥51 3-4 磁伸縮研究‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 54 3-4-1 不同微結構的FePdPt合金塊材之磁伸縮性 質研究‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥54 3-4-2 成分對磁伸縮性質的影響‥‥‥‥‥‥‥‥‥55 3-4-3 熱處理條件對磁伸縮特性的影響‥‥‥‥‥‥58 3-4-4 銅輪轉速對磁伸縮特性之影響‥‥‥‥‥‥‥59 3-5 形狀記憶效應之研究‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 60 3-5-1 熱處理前薄帶試片自然產生之雙向形狀記 憶效應‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥60 3-5-2 熱處理後薄帶試片經熱機訓練之雙向形狀 記憶效應‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥61 第四章 結論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥106 第五章 參考文獻‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥108 表目錄 表1-1 三種鐵磁形狀記憶合金性質的比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 17 表3-1 試片列表 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 65 表3-2 圓棒樣品ICP-AES成分測定結果 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 66 表3-3 薄帶樣品成分測定結果 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 66 圖目錄 圖1-1 形狀記憶合金之形狀記憶效應示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥ 18 圖1-2 CuAlNi 合金熱彈性型麻田散體經冷卻、加熱所致的成長 、收縮之光學顯微鏡照片‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18 圖1-3 記憶方式之示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 19 圖1-4 磁伸縮現象的物理起源示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 19 圖1-5 磁化機制與磁伸縮的示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 20 圖1-6 鐵磁形狀記憶效應示意圖（H1<H2） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 21 圖1-7 傳統磁伸縮效應與鐵磁形狀記憶效應的比較 ‥‥ 21 圖1-8 Fe-Pd合金淬火後的相圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 22 圖1-9 Fe-Pd合金晶格常數與溫度的關係 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 22 圖1-10 光學顯微鏡觀察Fe-Pd合金的FCT麻田散體相 ‥‥‥ 23 圖1-11 穿透式電子顯微鏡觀察FCT麻田散體相的內部雙晶結構‥23 圖1-12 晶格變形後對應的三種不同方位的兄弟晶 ‥‥‥‥‥‥24 圖1-13 Fe-Pd合金的麻田散體結構示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 24 圖1-14 BCT麻田散體出現於FCT麻田散體的微結構 ‥‥‥‥‥ 25 圖1-15 快速凝固法製程示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 25 圖1-16 Fe-29.6at.%Pd合金形狀記憶效應隨溫度的變化 ‥‥‥ 26 圖1-17 Fe-Pd單晶在不同方向的磁化曲線 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 26 圖1-18 金屬導線受拉力後彈性應變圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 27 圖1-19 應變規主要構造圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 27 圖1-20 惠斯登電橋電路示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 27 圖1-21 應變規連接電橋盒之電路示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 28 圖1-22 VSM示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 29 圖2-1 實驗流程圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥35 圖2-2 真空電弧熔煉爐裝置示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36 圖2-3 單輪熔液旋淬裝置示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥36 圖2-4 低溫XRD分析用holder示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 37 圖2-5 典型的martensite相變化之DSC曲線圖 ‥‥‥‥‥‥‥ 37 圖2-6 磁伸縮量測電路裝置示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38 圖2-7 形狀記憶效應量測方法示意圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥38 圖3-1 Fe30Pd4Co經冷滾退火後之XRD繞射圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥ 67 圖3-2 Fe30Pd6Co合金鑄錠研磨後XRD繞射圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥ 67 圖3-3 各成分薄帶室溫X-ray繞射圖比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥68 圖3-4 FePdPt合金鑄錠表面顯微結構圖 (a)柱狀晶垂直試片表面 (b)柱狀晶平行試片表面 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 74 圖3-5 FePdPt-15m/s薄帶試片表面觀察 小倍率(a)free side(b)contact side; 大倍率(c)free side(d)contact side; 熱處理後(e)free side(f)contact side ‥‥‥‥‥‥‥‥75 圖3-6 Fe30Pd2Co薄帶試片截面圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 76 圖3-7 Fe30Pd4Co薄帶試片截面圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 76 圖3-8 Fe30Pd6Co薄帶試片截面圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 77 圖3-9 FePdPt薄帶試片截面圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 77 圖3-10 各成分於室溫下的磁滯曲線 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 78 圖3-11 Fe30Pd2Co DSC熱分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 79 圖3-12 Fe30Pd4Co DSC熱分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 79 圖3-13 Fe30Pd2Co塊材試片低溫X-ray繞射分析圖 ‥‥‥‥‥ 80 圖3-14 Fe30Pd2Co薄帶試片低溫X-ray繞射分析圖‥‥‥‥‥‥80 圖3-15 Fe30Pd4Co薄帶試片低溫X-ray繞射分析圖 ‥‥‥‥‥ 81 圖3-16 Fe30Pd6Co薄帶試片低溫X-ray繞射圖 ‥‥‥‥‥‥‥ 81 圖3-17 FePdPt薄帶試片低溫X-ray繞射分析圖 ‥‥‥‥‥‥‥82 圖3-18 相變化溫度與鐵含量的關係圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 82 圖3-19 Fe29Pd-10m/s薄帶試片之低溫X-ray繞射分析圖‥‥‥‥83 圖3-20 Fe29Pd2Co-15m/s薄帶試片之低溫X-ray繞射分析圖 ‥‥83 圖3-21 Fe29Pd4Co-8.75m/s薄帶試片之低溫X-ray繞射分析圖 ‥84 圖3-22 Fe30Pd2Co薄帶試片磁滯曲線圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥85 圖3-23 Fe30Pd4Co薄帶試片磁滯曲線圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥85 圖3-24 Fe30Pd6Co薄帶試片磁滯曲線圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥86 圖3-25 FePdPt薄帶試片磁滯曲線圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥86 圖3-26 Fe29Pd4Co薄帶試片磁滯曲線圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥87 圖3-27 各薄帶試片磁化量對溫度的變化圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 87 圖3-28 不同微結構FePdPt塊材鑄錠之磁伸縮比較圖 ‥‥‥‥‥88 圖3-29 熱處理前各成分薄帶試片之磁伸縮比較圖 ‥‥‥‥‥‥ 89 圖3-30 1000℃退火10分鐘的各成分薄帶試片之磁伸縮比較圖 ‥89 圖3-31 熱處理前試片於(a)10m/s和(b)15m/s銅輪轉速下各成分 之磁伸縮比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 90 圖3-32 1000℃退火10分鐘試片於(a)10m/s和(b)15m/s銅輪轉 速下各成分之磁伸縮比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 91 圖3-33 1200℃退火15分鐘試片於(a)10m/s和(b)15m/s銅輪轉 速下各成分之磁伸縮比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 92 圖3-34 Fe29Pd薄帶試片於(a)10m/s和(b)15m/s銅輪轉速下各 退火條件之磁伸縮比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 93 圖3-35 Fe29Pd2Co薄帶試片於(a)10m/s和(b)15m/s固定銅輪轉 速下各退火條件之磁伸縮比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 94 圖3-36 Fe29Pd4Co薄帶試片於(a)8.75m/s、(b)10m/s和(c)15m/s 固定銅輪轉速下各退火條件之磁伸縮比較 ‥‥‥‥‥‥ 95 圖3-37 Fe29Pd薄帶試片於(a)熱處理前(b)1000℃退火10分鐘(c)1200℃退火15分鐘等不同熱處理條件下銅輪轉速對 磁伸縮之比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 96 圖3-38 Fe29Pd2Co薄帶試片於(a)熱處理前(b)1000℃退火10 分鐘(c)1200℃退火15分鐘等不同熱處理條件下銅輪轉 速對磁伸縮之比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 97 圖3-39 Fe29Pd4Co薄帶試片於(a)熱處理前(b)1000℃退火10 分鐘(c)1200℃退火15分鐘等不同熱處理條件下銅輪轉 速對磁伸縮之比較 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 98 圖3-40 FePdPt薄帶試片於(a)熱處理前(b)1000℃退火10分鐘 不同熱處理條件下銅輪轉速對磁伸縮之比較‥‥‥‥‥‥99 圖3-41 FePdPt-15m/s熱處理前薄帶試片之雙向形狀記憶效應 (a)室溫時→(b)置入液態氮→(c)試片溫度尚未升高至 室溫時→(d)試片溫度到達室溫→(e)再次置入液態氮中 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 100 圖3-42 FePdPt-15m/s熱處理前薄帶試片之雙向形狀記憶效應 (a)室溫時→(b)置入液態氮→(c)試片溫度尚未升高至 (b)室溫時→(d)試片溫度到達室溫→(e)再次置入液態 氮中 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 101 圖3-43 FePdPt-8.44m/s薄帶試片之雙向形狀記憶效應(a)彎曲 前(b)於室溫彎曲並利用金屬夾子固定(c)將薄帶試片連 銅金屬夾子置入液態氮(d)於液態氮移開金屬夾子(e)試 片置於室溫(f)試片再次置入液態氮 ‥‥‥‥‥‥‥‥ 102 圖3-44 銅輪轉速約為8m/s之各成分試片雙向形狀記憶回復率 比較圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 103 圖3-45 10m/s銅輪轉速之各成分試片雙向形狀記憶回復率比較 圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 104 圖3-46 15m/s銅輪轉速之各成分試片雙向形狀記憶回復率比較 圖 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 104 圖3-47 Fe29Pd4Co薄帶試片比較不同銅輪轉速之雙向形狀記憶 回復率 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 105 圖3-48 FePdPt薄帶試片比較不同銅輪轉速之雙向形狀記憶回復 率 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 105