c_8_2非平衡磁控溅镀含铬铝金属类钻碳膜制程及薄膜性质之研究

《c_8_2非平衡磁控溅镀含铬铝金属类钻碳膜制程及薄膜性质之研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、國立高雄第一科技大學工程科技研究所博士論文非平衡磁控濺鍍含鉻鋁金屬類鑽碳膜製程及薄膜性質之研究研究生：李國維指導教授：傅兆章中華民國九十五年六月非平衡磁控濺鍍含鉻鋁金屬類鑽碳膜製程及薄膜性質之研究AStudyonprocessparametersandpropertiesofdepositedCrandAlcontainingdiamond-likecarbonfilmbyunbalancedmagnetronsputtering研究生：李國維Guo-WeiLi指導教授：傅兆章Tsow-ChangFu國立高雄第一科技大學工程科技研究所博士論文AThes

2、isSubmittedtoInstituteofEngineeringScienceandTechnologyNationalKaohsiungFirstUniversityofScienceandTechnologyInPartialfulfilmentoftheRequirementsFortheDegreeofDoctorofPhilosophyInEngineeringScienceandTechnologyJune2006Yenchao,Kaohsiung,Taiwan,RepublicofChina中華民國九十五年六月非平衡磁控濺鍍含鉻鋁金

3、屬類鑽碳膜製程及薄膜性質之研究摘要本研究以PCB銑刀材料－高速鋼為實驗基材，利用非平衡磁控物理濺鍍系統於基材表面被覆一添加鉻、鋁金屬之類鑽碳膜，以期解決類鑽碳膜附著力不佳之問題，並使薄膜可應用於耐高溫氧化及耐磨耗之環境，以因應高精密、高速連續切削且不添加切削液之使用需求。本文主要分為三大部分：1.田口實驗法尋找最佳製程參數。2.探討各製程參數對薄膜性質之影響。3.薄膜高溫性質之分析。於薄膜性質檢測方面，使用Raman、FE-SEM、EDS、GDS、TGA、OM、微硬度計、表面3D輪廓儀、刮痕試驗、磨耗試驗等設備及試驗以分析薄膜性質，其結果顯示：本研究利

4、用田口實驗法求得之最佳製程參數為：鉻靶電流2.5A、鋁靶電流2A、乙炔流量12sccm、基板偏壓-50V、氬氣流量20sccm、脈衝頻率40KHz、濺鍍時間120mins，其所濺鍍含鉻鋁金屬類鑽碳膜之摩擦係數為0.18，且薄膜附著力可達62.13N。i23本研究所濺鍍之含鉻鋁金屬類鑽碳膜呈柱狀晶結構，薄膜主要組成為sp、sp相及碳化鉻（Cr3C2及Cr7C3）之相。以本研究所得之最佳製程參數為中心條件下，探討不同製程參數對薄膜性質之影響，其結果顯示：（1）當濺鍍距離為6~8cm及濺鍍時間介於80~120mins時，薄膜附著力可達60N，且耐磨耗性亦符合

5、需求；（2）另薄膜中鋁含量與薄膜硬度及附著力成反比之關係，本研究中薄膜鋁含量應低於14.3wt%方可得較佳之薄膜耐磨耗性；（3）當乙炔含量為9~12sccm時，薄膜具有類鑽碳膜之特性，可降低薄膜摩擦係數並提升薄膜之耐磨耗性；（4）基板偏壓為-100V時，薄膜耐磨耗性為最佳。在薄膜高溫性質方面，考量薄膜耐磨耗性、附著力、時間成本及熱變形之整體因素，以本研究所得之最佳製程參數濺鍍之含鉻鋁金屬類鑽碳膜，於600℃大氣環境中，適合之熱處理時間為30分鐘。又薄膜經600℃以上熱處理後，薄膜會析出Cr3C2及C7C3相，並在表面生成Al2O3及Cr2O3氧化膜，可

6、提昇薄膜硬度、耐磨耗性及耐高溫性質。另薄膜經600℃熱處理時，其附著力略升至68.47N，然而，當薄膜經700℃以上溫度熱處理時，薄膜因組成相之熱膨脹係數差異影響，導致加熱後薄膜附著力不佳，總而言之，以本研究所得最佳製程參數所濺鍍之含鉻鋁金屬類鑽碳膜，其薄膜摩擦係數為0.18，薄膜附著力可達62.13N，且薄膜可應用於600℃之高溫環境。關鍵字：類鑽碳膜、濺鍍、高溫、耐磨耗性iiAStudyonprocessparametersandpropertiesofdepositedCrandAlcontainingdiamond-likecarbonfilm

7、byunbalancedmagnetronsputteringStudent：Guo-WeiLiAdvisors：Dr.Tsow-ChangFuInstituteofEngineeringScienceandTechnologyNationalKaohsiungFirstUniversityofScienceandTechnologyAbstractInthisstudy,thehigh-speedsteelswereusedasthesubstratesforsputtering.CrandAlcontainingdiamond-likecarbon

8、filmsdepositedbyunbalancedmagnetronsputteringto