B含量對AlCrNbSiTiVBx氮化物膜機械性質及耐溫性的影響

Effect of B content on mechanical properties and heat resistance of AlCrNbSiTiVBx nitride films

陳韻如(Yun-Ru Chen)

指導教授 ： 葉均蔚

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2007年)

摘要

本實驗以射頻反應磁控濺鍍法將AlCrNbSiTiV靶與B靶共鍍合成AlCrNbSiTiVBx高熵氮化物薄膜。在固定AlCrNbSiTiV靶的瓦數下增加B靶瓦數，以探討B含量增加對薄膜結構和性質的影響。為測試此氮化物膜的熱穩定性質，將試片進行600 ℃~900 ℃不同溫度下的大氣退火處理，以觀察結構與性質的變化。
AlCrNbSiTiVBx高熵氮化膜皆是單一FCC相，屬NaCl型的晶體結構，B含量增加可細化晶粒及降低粗糙度，隨B含量由1.1%增加至10.4at%，晶粒大小由4nm減至1.6nm，而粗糙度亦更加下降，此歸因於B量多時，加強緩慢擴散效應，抑制晶粒成長。B含量1.1at%時，硬度高達42GPa的超硬水準，殘留應力為4.5GPa，但硬度、楊氏係數及殘留應力隨著B靶瓦數的增加有減少的趨勢。前者係由於薄膜壓縮應力的減少及較弱hexagonal B-N鍵的形成，而後者則因為含B量多的氮化膜電阻愈高，使偏壓的轟擊效果變差所致。
600°C退火無氧化現象，但因壓縮應力有部分釋放，其硬度與楊氏係數有下降現象。700°C退火則有TiO2氧化物形成，800°C退火更形成Al2O3，薄膜壓縮應力的釋放以及氧化物的形成，使硬度及楊氏係數大幅的下降。
大氣退火的氧化層厚度隨B含量增加而減小，顯示B有抑制氧化的作用，但抑制效果未如預期。可歸因於低熔點及易揮發的V2O5形成，不但促進B-N鍵結的氧化且使氧化層鬆散。

關鍵字

硬膜 ； 硼 ； 高熵

參考文獻

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