球磨機及高溫熱壓機

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第四章、 實驗儀器介紹與校正

第一節、 蒸鍍機

蒸鍍機顧名思義是將材料加熱至高溫熔點將之氣化並凝結於目標物 上，下圖(4-1)為電子束蒸鍍機示意圖，我們利用鎢來製作坩鍋放置我 們的材料，因為鎢的熔點極高是所有非合金的金屬中熔點最高的。利 用電子束能夠將材料的部分區域做加熱，相較一般電阻式的蒸鍍機可 以省時間也能夠避免消耗過多材料。鍍率上也比電阻式蒸鍍機來得容 易控制，因此膜的品質也能夠有更好的穩定性。

圖 4-1、電子束蒸鍍機工作原理[26]

第二節、 球磨機及高溫熱壓機

本論文利用濺鍍機進行薄膜的沉積，因為濺鍍機工作需求我們需要符 合該濺鍍機的配備靶材使之正常運作。然而業界針對客製化的製作靶 材費時又費錢，因此針對應用於濺鍍機的兩吋靶材我們藉由球磨機將 材料磨成細粉且均勻，接著再利用高溫均壓機將之製作完成。

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4.2.1 球磨機

球磨機是利用圓柱狀的容器如圖(4-2)高速旋轉使容器內的鋼珠不斷的 撞擊材料並且利用摩擦力將材料打碎並磨至細粉，此一方法目前廣泛 的利用在工業界。

圖 4-2、球磨機使用之球磨罐

如圖(4-3)為球磨機裝置圖以及球磨參數，藉由球磨機每分鐘轉 8000 次維持 60 分鐘並使球磨罐降溫，在降溫的過程中確認球磨罐是否可 以栓開，以免球磨罐在高速撞擊時的高溫使容器的壓力太大而打不 開。重複此一循環五次即完成。接著將材料放置於手套箱中進行填 粉，即可進行壓製靶材。

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圖 4-3、球磨機之運轉參數及球磨機

4.2.2 Spark Plasma Sintering (SPS)

SPS 為眾多燒結材料的方法中其中一種，藉由通一直流電壓於一模組 使材料能夠進而變成電將態因此為了良好的通電效果模組皆是利用石 墨製作而成。並且利用高壓力將已磨成粉末狀的材料緊密地壓在模組 內。接著利用改變電流大小使溫度隨之改變，並將溫度控制於目標 值。因為此方法的重點為迅速的升溫及降溫，所以整體製非常短暫 的，通常是數分鐘即可完成。如下圖(4-4)可以了解整體模組架構，並 且材料粉末放置於模組正中央。

圖 4-4、SPS 簡單示意圖[27]

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圖 4-5、實際 SPS 之腔體

藉由 SPS 壓製程序結束後，等待溫度降至室溫並將之取出，並將靶 材周圍有石磨紙的部分利用工業用砂紙清除乾淨。接著利用銀膠將靶 材與銅背板黏合，如此便完成靶材，供濺鍍機作使用。

使用銅背板作接合是因為屬於抗磁性並且導電擊導熱又極佳更重要的 是成本不高，因此我們使用銅背板作黏合。