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商業用純鈦腐蝕特性研究

本研究探討商業用純鈦（Commercially pure titanium，簡稱CP-Ti），以1100°C、1000°C、950°C等三個不同溫度熱軋後，由垂直板材軋延（R面）、板材橫向（T面）、與板材軋延方向成45度的面(45) 以及平行板材軋延方向之板面(N面)等四個不同取樣方向，利用3M硫酸、3.5 wt%氯化鈉及稀硫酸(pH4)等三種不同腐蝕溶液中，進行動電位極化試驗，觀察商用純鈦之電化學特性。電化學腐蝕特性依照本研究中的實驗結果顯示，CP-Ti在常溫之稀硫酸(pH4)溶液中，其腐蝕電流密度(Icorr)最小(5.53x10-8A/cm2)，在3M硫酸中腐蝕電流密度(Icorr)最大 (1.05x10-4A/cm2)，顯示商用純鈦在PH=4的稀硫酸溶液中抗腐蝕性最佳，而在本研究中3M硫酸的腐蝕條件最為嚴苛。在3M硫酸腐蝕溶液中，CP-Ti不同軋延溫度之三個不同取樣方向的腐蝕電流密度在10-4-10-6(A/cm2)之間，其中以1100°C熱軋85%的板片，由於使用較高的溫度軋延、且軋延量為本研究中最低，因而具備較低的電流密度。本研究亦觀察到，退火後的板材因為完全形成等軸狀的再結晶組織，消除了晶粒內的應變，使得腐蝕電流密度比軋延態試片小了一冪次，且三組試片其腐蝕電位明顯正移，代表腐蝕傾向變小。顯示因退火熱處理試片中的殘留應變量與集合組織的異向性較小，使耐腐蝕性獲得提升。而在3.5 wt%氯化鈉腐蝕溶液中，各軋延溫度、各方向試片的腐蝕電流密度均落在10-6-10-7(A/cm2)之間，其中以950°C垂直板材軋延方向具備稍微低的電流密度與較佳的抗蝕能力。商業用純鈦之腐蝕特性與其所接觸的腐蝕介質有明顯之關係，由極化曲線觀察出，CP-Ti在三種溶液中皆有明顯的鈍化區間，而SEM觀察也無明顯腐蝕情形，顯示CP-Ti在上述三種介質中皆具有非常好的抗腐蝕性能。

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不同工作週期對直流脈衝電漿化學氣相沉積法蒸鍍DLC薄膜於氮氧化處理JIS SKD11工具鋼之研究

JIS SKD11工具鋼是常用的冷作模具鋼之一，其擁有高耐磨耗性質與適宜的韌性，因此常應用在壓沖模具及塑膠模具等多功能方面，為了提高刀具的使用壽命，更常使用表面處理來保護內部材料。氮氧化處理可形成許多種類的氮化物(Fe2N、Fe3N和Fe4N)以及氧化物(Fe2O3和Fe3O4)，而其中Fe3O4的氧化層可以有效的防止並改善鋼鐵的耐侵蝕性與耐腐蝕性。類鑽碳(DLC)薄膜具有很多優越的性質，如高硬度、高磨耗阻抗、低磨擦係數及化學鈍性等等；此外，值得一提的是使用直流脈衝電漿化學氣相沉積法，可以有效地改善並提高薄膜的附著力與薄膜性質。因此本實驗使用氮氧化/類鑽碳鍍膜的複合處理於SKD11工具鋼上進行表面改質，嘗試以此複合表面處理來增加其使用壽命。 本研究中使用直流脈衝電漿化學氣相沉積法，將類鑽探薄膜沉積於氮氧化處理後的SKD11工具鋼上；主要探討的直流脈衝電漿化學參數，包括單極性負脈衝電壓與非對稱式雙極脈衝電壓，為了探討DLC薄膜的性質，我們利用拉曼光譜分析、磨耗測試、附著性測試、硬度測試及腐蝕試驗等，來檢測其薄膜之特性。 本實驗結果顯示，JIS SKD11工具鋼的氮氧化層有效硬化深度大約為46 μm，並且成功的在其氮氧化後的試片表面上沉積1-2 μm的類鑽探薄膜，而且其所有參數的薄膜被覆性都相當優越，其中又以脈衝電壓為-1.5 kV，沉積90分鐘以及工作週期為-15+10%的非對稱式雙極脈衝電壓擁有最佳的薄膜性質，其表面硬度最高可達Hv0.025 2830.7，並且在所有不同磨耗參數的變化中都擁有最低之磨耗體積損失(在滑動速度0.05 m•s-1及荷重200 g 時，為4.07 × 10-3 mm3；在滑動速度0.25 m•s-1及荷重 200 g 時，為4.01 × 10-3 mm3；而在滑動速度0.25 m•s-1及荷重500 g 時，為5.83 × 10-3 mm3)。此外，在腐蝕試驗中，氮氧化/DLC複合表面處理在3.5 wt% NaCl腐蝕環境下有最低的腐蝕電流(2.66 × 10-6 A•cm-2)及最高的極化電阻(1.57 × 104 Ω•cm2)，這些結果均表示其擁有最佳的耐磨耗與耐腐蝕性質。

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摻雜Nb5+、Mo6+、W6+離子對鍺酸鑭基固態氧化燃料電池電解質之影響

本研究是利用固態合成法製備磷灰石結構鍺酸鑭基SOFC電解質材料，實驗分為兩階段，第一階段為改變陽離子缺陷使晶格扭曲，使得自由氧變成間隙氧，進而提高導電率。在第二階段是利用摻雜半徑較大的Nb5+、Mo6+、W6+離子來取代La9.5Ge6O25.25中部分Ge4+ 離子，使間隙氧離子有較大空間傳遞來提高導電率。本實驗對LaxGe5.5Nb0.5O26±δ、LaxGe5.5Mo0.5O26±δ及LaxGe5.5W0.5O26±δ (x=8.75~10)及La9.33Ge6-xNbxO26±δ、La9.33Ge6-xMoxO26±δ及La9.5Ge6-xWxO26±δ (x=0~1.1)材料進行XRD、密度、SEM、XPS及導電率量測。 研究結果顯示，鍺酸鑭電解質在經改變陽離子缺陷後再改變摻雜含量的實驗後，各配比在中低溫之導電率皆因摻雜而有大幅度的提升，顯示利用半徑較大的Nb5+、Mo6+、W6+離子取代Ge4+ 離子能有效提高導電率，其中以La9.5Ge5.7W0.3O26.55於1475℃ 燒結後在工作溫度550℃~800℃下之導電率優於8YSZ電解質，於工作溫度800℃時之導電率為3.20 × 10-2 S/cm。

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摻雜鋁、鐵、鎵對鍺酸鑭基電解質應用於固態氧化物燃料電池之影響

本研究是利用固態合成法製備磷灰石結構鍺酸鑭基SOFC電解質材料，主要是利用不同摻雜半徑的離子取代La9.5Ge6O25.25中部分Ge4+，藉以開發最佳導電率之電解質材料，希望能夠取代8YSZ。本實驗將磷灰石結構鍺酸鑭基分別摻雜Al2O3、Fe2O3及Ga2O3，透過固態合成法製備鍺酸鑭基電解質粉末。配合不同的摻雜劑利用不同的製程參數進行燒結，並測量其電性，期望能找出最佳成分配比及製程條件。研究結果發現，摻雜FeO2有二次相生成，而摻雜Al2O3造成導電率過低，因此此兩種摻雜物不利應用於鍺酸鑭基電解質材料。在摻雜組成為La9.5Ge5.7Ga0.3O26.1導電率較佳，在量測溫度800oC時導電率和8YSZ相近，在量測溫度為800oC時，具有最佳導電率(0.031 S/cm)。

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X9R介電陶瓷配方開發與特性探討

本研究利用複合材料之觀點設計介電陶瓷配方並研究其介電特性。使用(1-x)BaTiO3-x(Bi0.5Na0.5)TiO3材料系統，將 (Bi0.5Na0.5)TiO3與BaTiO3介電材料依比例混和，可抑制介電材料在居禮溫度所產生之劇烈介電常數變化，並得到大溫度範圍之介電性質穩定性，並藉由摻雜不同莫爾比例的Ta2O5與ZrO2，於氧化性氣氛中進行高溫燒結，得到較穩定之介電性質。 由實驗結果可以得知，添加(Bi0.5Na0.5)TiO3確實可使材料之居禮點產生偏移，並且降低燒結溫度，在添加量為20 mol%時居禮點由120oC偏移至160oC；而摻雜Ta2O5能使介電曲線有平坦化趨勢，在摻雜量為2.0 mol%時，曲線已達平坦化，介電損失維持在1.5%，而介電常數量測數值最大為1700；在量測溫度25oC時最高電阻率可達到1012 Ω-cm，量測溫度200oC時，電阻率最高值約為109 Ω-cm。BT0.15BNT+2.0 mol% Ta2O5此配比已經相當接近電子工業協會(Electronic Industries Association, EIA)標準中X9R規格(應用溫度範圍-55oC ~ 200oC，電容溫度係數ΔC/C ≦ ±15%)。另外，摻雜ZrO2一樣有介電平坦化的效果，在摻雜量為8 mol%時有最大介電常數1400，且也有最低的借電損失；在量測溫度25oC時最高電阻率可達到1011 Ω-cm，量測溫度200oC時，電阻率最高值約為109 Ω-cm。

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固態氧化物燃料電池玻璃密封材料SiO2-Al2O3-Y2O3-ZnO-MxOy之研發

本研究目的為開發出無添加B2O3及鹼金/鹼土族的封裝玻璃SiO2-Al2O3-Y2O3-ZnO-MxOy系統，在此玻璃系統中添加La2O3、Nd2O3、Co3O4及NiO以進一步改善其封裝效果，應用於固態氧化物燃料電池。添加La2O3相較於Nd2O3有助於提升熱膨脹係數，玻璃配方之Tg點在721°C至767°C之間，熱膨脹係數(CTE)最高達到8.64×10-6/°C。添加少量的NiO可以提高玻璃的結晶溫度Tc點，使得黏合溫度提高到800和850°C依然沒有其他結晶相產生，保有原來的玻璃相，YASZLN1甚至在操作溫度經歷500小時仍然還是保持非晶態。而在玻璃與不鏽鋼(SUS430)的黏合測試中，YASZLN1、YASZLN4、YZLN1-Z6、YZLN1-Y6、YASZLC1及YASN1六個玻璃配比皆可與SUS430不鏽鋼黏合。各玻璃與不鏽鋼間並沒有發生任何互擴散情形。其中熱膨脹係數較高的YASZLN1及YZLN1-Y6玻璃在溫度700°C、荷重1 psi及進氣壓力1 psi通入He氣經過500小時量測YASZLN1漏氣率維持在0.012 sccm/cm以下，而YZLN1-Y6維持在0.021 sccm/cm以下。YASZLN1配比經30 vol% LaCoO3 (LCO)陶瓷粉複合，熱膨脹係數由原來的8.35?10-6/°C提升至9.23?10-6/°C。通入He氣經過500小時漏氣率測試中維持在0.023 sccm/cm以下，與純玻璃YASZLN1結果變化並不大。

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真空熱壓燒結製程應用於奈米鉻銅靶材其成形機構、顯微結構及特性之研究

鉻-銅合金具有良好的抗電弧沖蝕特性、優越的電導性與熱導性，因此廣泛應用於電子接觸材料(Electrical Contact Material)，近年來更被應用於銅鉻氧半導體薄膜之濺鍍靶材。鉻與銅兩種金屬難以互溶，商用之熔煉鑄造鉻銅合金，其鉻含量通常不超過1 wt%；而粉末冶金是另一項商用製造鉻銅靶材之方法，可避免產生合金在鑄造製程中所產生之偏析缺陷。以靶材產業而言，為了得到高緻密度之鉻銅合金靶材多採用液相燒結法，然而，進入液相燒結時會產生少量之重力偏析行為，因此若能進行固相燒結，便成為一項重要的研究課題。 真空熱壓燒結法是一種複合型的燒結成形方法，結合了真空燒結與加壓成形兩個部分，其製程是透過一個石墨模，直接將壓力傳輸至粉末，並同時進行壓製和燒結材料。因此，可在相對較低的燒結溫度下，獲得更緻密的材料。由於熱壓法之形狀受模具限制，一般而言，當材料受Z軸之壓應力時，材料會根據其蒲松比之不同，而產生XY軸方向之變形，因此在熱壓過程中，模具內壁會施予一反作用力於試片。研究中將利用機械測試的方法，獲得其蒲松比與彈性係數，並以三軸應力變形分析，推估其內壁作用於試片之熱壓應力。 本研究係以粉末冶金法之真空熱壓燒結(Vacuum Hot-Pressing Sintering)製備奈米鉻銅靶材，添加不同含量的奈米銅粉到奈米鉻粉中，進行混合研磨，並運用各種不同的熱壓燒結溫度(950、1000、1050和1100°C)和壓力(12, 24, 36和48 MPa)，對奈米鉻銅材料進行熱壓燒結，以尋求熱壓燒結對奈米鉻銅靶材(Cr50Cu50與Cr80Cu20)之最佳參數，並探討熱壓燒結的改善效益。 實驗結果顯示，奈米鉻銅靶材Cr50Cu50的最佳熱壓燒結參數是1050°C 48 MPa 1 h，其相對密度可達98.01%，視孔隙率降至0.07%；同時，其硬度和橫向破裂強度(TRS)分別可以增加到HV0.2 244.63 (HRB 98.6)與917.26 MPa。此外，研究亦顯示奈米鉻銅靶材Cr80Cu20在1050°C 36 MPa 1 h與1050°C 48 MPa 1 h熱壓燒結時，其相對密度及所有性質均無太大差異，相對密度可達95.52%，硬度與橫向破裂強度分別為HV0.2 362.50與 808.09 MPa。而添加10 wt%奈米鉻粉所製備而成之Cr80Cu20靶材，其緻密度相較於未添加之Cr80Cu20靶材，可提升至97.53%。此結果顯示，添加少量之奈米粉末能夠有助於高熔點金屬之燒結行為並提升性能。

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以射頻磁控濺鍍法製備Zn1−xMgxO薄膜與其光電特性研究

本研究於改變基板溫度下，以射頻磁控濺鍍300 nm厚之 Zn0.86Mg0.10Al0.04O薄膜於Eagle 2000康寧玻璃基板上。研究發現，當基板溫度從100oC增加至300 oC時，電阻率會由5.12 x 10-2 Ω-cm降低至4.19 x 10-2 Ω-cm。霍爾效應的量測結果顯示，在100 oC ~ 300 oC的基板溫度範圍，載子濃度會隨著基板溫度之升高而增加。此外本研究也藉由固定基板溫度改變退火溫度來提升Zn0.86Mg0.10Al0.04O薄膜的導電性質。當退火溫度增加至200 oC時，電阻率下降至8.41 × 10-3 Ω-cm，分別持續提高退火溫度至400 oC與500 oC時，雖然電阻率可大幅降低至7.85 × 10-3和7.78 × 10-3 Ω-cm。但當退火溫度增加至600 oC時，因為載子遷移率下降及薄膜能隙較高使得Zn0.86Mg0.10Al0.04O薄膜電阻率增加。

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磷酸鋰鐵於SCMC/SBR漿料系統中之膠化機制研究

已知電極漿料系統中黏結劑、助導劑與其他正極材料間的相互作用會影響漿料的分散性質。本實驗以水系漿料系統搭配增稠劑─羧甲基纖維素鈉(SCMC)及黏結劑─苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)做為複合式黏結劑，探討相同型號但不同批次之商用磷酸鋰鐵正極材料在水系漿料中進行膠化的反應機制。 為了解決磷酸鋰鐵導電性不佳之缺點，一般取得之商售粉末表面多已覆有碳層，然而當其碳覆層未能完整覆蓋磷酸鋰鐵表面時，裸露的磷酸鋰鐵表面將具有較高的極性，極性的粉體表面易因化學吸附反應而帶有羥基。當磷酸鋰鐵表面帶有羥基，則與SCMC表面所帶的羥基產生分子間氫鍵，並傾向形成三維結構造成漿料產生膠化現象。 本實驗乃藉由表面電位儀、傅立葉轉換紅外線光譜(FTIR)、與拉曼光譜比較不同批次粉體間的表面特性差異，並藉由測量表面電位的趨勢變化探討磷酸鋰鐵之溶解機制對於水系漿料分散性質的影響。此外，亦利用X-射線光電子能譜(XPS)分析不同批次之磷酸鋰鐵的化學組成差異(如磷酸鋰在粉體表面的含量)，最後以流變分析方法確認粉末表面之磷酸鋰含量對於磷酸鋰鐵於水系漿料中產生膠化機制的影響。

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火焰熔射噴塗製備固態氧化物燃料電池陽極製程開發之研究

本研究首先將採用低溫低成本製程的火焰噴塗技術，研究的起始粉末主要粉末為氧化鎳(NiO)、純金屬鎳(Ni)與8%以安定氧化鋯(8YSZ)，並藉由噴霧造粒技術改善複合粉體的流動性及提高電化學反應之三相界面位置，最後噴塗於不銹鋼基材上，再進一步適當添加商用粉末鎳包覆石墨粉末(Ni-coated graphite)做為兩種用途，一方面提高孔隙率及透氣率，二方面提高陽極導電率，達到製備多孔性陽極的目的，並探討其對於塗層結構的性質影響。利用火焰噴塗技術製備的多孔陽極塗層中，經由場發射掃描式電子顯微鏡來分析表面形貌、橫截面及膜層變化等塗層性質影響，以及藉由孔隙率、氣體透氣率、塗層拉身試驗、熱膨脹及電性量測來評估最佳多孔陽極塗層。實驗結果顯示NiGr的添佳能有效提高陽極塗層內部孔隙率，並製造連通孔；此外更能提高塗層拉身強度、導電性及些微降低熱膨脹係數。