第五章 結果與討論
5.6. 鍍層 TEM 顯微結構觀察
為確認奈米級 SiC 粉體是否進入複合鍍層之中及粉末對顯微組 織的影響，故將複合鍍層以電解雙噴法（Double Jet）製成 TEM 試片，
並用 EDX 進行成分分析。其結果如圖 5.40 至圖 5.43 所示。圖 5.39 即為電解雙噴法之儀器及示意圖，電解液成分為磷酸：水=1：1。
圖 5.39 電解雙噴法之儀器及示意圖
圖 5.40 為無添加奈米 SiC 粉末之鍍層 TEM 觀察，圖中可發現鍍
圖 5.43 為添加奈米級 SiC 粉末 40g/L 之複合鍍層 TEM 觀察，於 圖中也可以發現許多雙晶組織且有粒徑大小約 50nm 的多角形黑色顆 粒及較多的黑色聚集，經 EDX 分析此顆粒及聚集成分同為 SiC 粉末。
圖中也發現，其雙晶尺寸較之前添加 SiC 粉末較少之鍍層稍小，且雙 晶數量也較多，但 SiC 粉末聚集更為嚴重，故雖然 SiC 粉末位於雙晶 晶界上，其阻擋晶界移動的效果亦不明顯，導致鍍層硬度無法提升。
六、 結論
本研究將以下列主要結論分為下列幾個項目：
（1） 添加劑影響：
本研究之添加劑選用有硫尿、潤濕劑、六甲基四胺、TEA 及 氟碳化合物等，其中硫尿及潤濕劑因長時間電鍍時會消耗裂解及 造成鍍層內應力過大，導致鍍層容易從基材上剝離，而且碳化矽 粉末也無法有效地進入鍍層，故不適合用來進行複合電鍍。而六 甲基四胺、TEA 及氟碳化合物等組合較穩定，故添加劑方面宜選 用六甲基四胺、TEA 及氟碳化合物之組合。
（2） 鍍層斷面硬度：
實驗結果顯示，鍍層斷面硬度隨隨粉末添加量增加而增加，
其中微米級粉末最高可至 Hv170 左右，而添加奈米級粉末更可提 高至 Hv180 以上，但值得注意的是粉末添加量超過 20g/L 時，鍍 層硬度並不會顯著上升，此結果是因為過多的粉末容易於鍍液中 聚集，故對提升鍍層硬度並無太大幫助。
（3） 鍍液溫度及電流密度：
由實驗結果來看，低溫及低電流密度之條件所製造之複合鍍 層品質較優良。此原因應是高溫電鍍時，鍍液黏度較小，粉末懸 浮性較差，故不利於進行複合電鍍。雖然高電流密度可於較短時 間內得到相同厚度的鍍層，但卻會因為鍍層應力過大導致鍍層剝 離，甚至得到粉狀的鍍層，所以應選用適合的電流密度。
（4） XRD 方面：
由添加奈米級碳化矽粉末之鍍層 XRD 繞射結果發現，當無添 加及添加較少量（10g/L）時，鍍層優先指向為（111）。但當添 加量大於 20g/L 時，鍍層優先指向則轉變為（220）。而添加微米 級碳化矽粉末於鍍層中時，鍍層優先指向大部分都傾向於（111）。
（5） 耐磨耗測試：
添加微米級及奈米級碳化矽粉末雖然都可以降低磨耗重量損 失但兩者之差異性並不明顯，其原因應為銅基底強度不足，導致 粉末於磨耗測試時被扯出，無法繼續抵抗，甚至刮傷鍍層。
（6） 鍍層中粉體含量：
利用影像處理軟體將鍍層斷面 SEM 圖做一整理統計，結果發 現鍍層中粉末含量會隨添加量增加而增加，且奈米級的粉末於相 同添加量下會有較多的粉末進入鍍層。因此，添加奈米級粉末之 複合鍍層之 CTE 較添加微米級粉末之複合鍍層為低。
（7） 熱膨脹係數：
添加碳化矽粉末於鍍層內，其 CTE 會大幅度地下降，而其中 奈米級粉末的效果較微米級粉末效果好，CTE 值由將近 50 ppm/K 分別降至 26 ppm/K（微米級）以下及 19 ppm/K（奈米級）。
（8） 熱傳導方面：
以四點探針測量的結果發現無論有無添加 SiC 粉末，各鍍層 的電阻係數皆為 1x10-4Ω/cm2，故添加適量之奈米級或微米級粉
末於鍍層之中大致上並不影響其熱傳導係數。
七、 參考文獻
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【4】Chang, Scripta Materialia, 35, 2, 225-231, 1996.
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【6】Sun, Material Science and Engineering B, 41, 1996, 261-266.
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【9】Medeliene, Surface and Coatings Technology, 168, 2003, 161–168
【 10 】 Tu, Materials Science and Engineering A, 349, 2003, 236/247
圖 5.1 溫度 60℃，無添加 SiC，電流密度 0.12A/cm2，硫尿與潤濕劑 電流密度0.12A/cm2 電流密度0.24A/cm2
無添加SiC
100 um
25 um
25 um
25 um
圖 5.2 溫度 60℃，添加奈米級 SiC 10g/L，電流密度 0.12A/cm2，硫
電流密度0.12A/cm2 電流密度0.24A/cm2
添加SiC 10g/L
25 um 100 um
25 um
25 um
圖 5.3 溫度 60℃，添加奈米級 SiC 20g/L，電流密度 0.12A/cm2，硫 電流密度0.24A/cm2
添加SiC 20g/L
100 um
25 um
25 um
25 um
圖 5.4 溫度 60℃，添加奈米級 SiC 40g/L，電流密度 0.12A/cm2，硫 添加SiC 40g/L
100 um
25 um
25 um
25 um
圖 5.5 溫度 60℃，無添加 SiC，電流密度 0.24A/cm2，硫尿與潤濕劑 電流密度0.12A/cm2 電流密度0.24A/cm2
無添加SiC 電流密度0.12A/cm2 電流密度0.24A/cm2
無添加SiC
100 um
25 um
25 um
25 um
圖 5.6 溫度 60℃，添加奈米級 SiC 10g/L，電流密度 0.24A/cm2，硫
電流密度0.12A/cm2 電流密度0.24A/cm2
添加SiC 10g/L
內 中 外
電流密度0.12A/cm2 電流密度0.24A/cm2
添加SiC 10g/L 100 um
25 um
25 um
25 um
圖 5.7 溫度 60℃，添加奈米級 SiC 20g/L，電流密度 0.24A/cm2，硫 電流密度0.24A/cm2 添加SiC 20g/L
100 um
25 um
25 um
25 um
圖 5.8 溫度 60℃，添加奈米級 SiC 40g/L，電流密度 0.24A/cm2，硫 添加SiC 40g/L
內 中 外 添加SiC 40g/L
100 um
25 um
25 um
25 um
圖 5.9 溫度 25℃，添加微米級 SiC 20g/L，電流密度 0.12A/cm2，無
圖 5.10 溫度 25℃，添加微米級 SiC 20g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.11 溫度 25℃，添加微米級 SiC 20g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.12 溫度 25℃，添加微米級 SiC 20g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.13 溫度 25℃，添加微米級 SiC 20g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.14 溫度 25℃，無添加 SiC，電流密度 0.12A/cm2，六甲基與 TEA
圖 5.15 溫度 25℃，添加微米級 SiC 10g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.16 溫度 25℃，添加微米級 SiC 20g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.17 溫度 25℃，添加微米級 SiC 40g/L，電流密度 0.12A/cm2，
外 中 內
外 中 內
外 中 內
外 中 內
圖 5.22 溫度 25℃，添加奈米級 SiC 10g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.23 溫度 25℃，添加奈米級 SiC 20g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.24 溫度 25℃，添加奈米級 SiC 40g/L，電流密度 0.12A/cm2，
圖 5.25 無添加 SiC 粉末之鍍層斷面 SEM 觀察
圖 5.26 添加微米級 SiC 粉末 10g/L 之複合鍍層 SEM 斷面觀察
圖 5.27 添加微米級 SiC 粉末 20g/L 之複合鍍層 SEM 斷面觀察
圖 5.28 添加微米級 SiC 粉末 40g/L 之複合鍍層 SEM 斷面觀察
圖 5.29 添加奈米級 SiC 粉末 10g/L 之複合鍍層 SEM 斷面觀察
圖 5.30 添加奈米級 SiC 粉末 20g/L 之複合鍍層 SEM 斷面觀察
圖 5.31 添加奈微米級 SiC 粉末 40g/L 之複合鍍層 SEM 斷面觀察
0 10 20 30 40 0
2 4 6 8 10 12 14 16
面積比(%)
粉末添加量（g/L）
添加微米級粉末複合鍍層 添加奈米級粉末複合鍍層
圖 5.32 複合鍍層粉末面積比與粉末添加量關係
圖 5.33 添加微米級 SiC 粉末鍍層隨溫度升高之尺寸變化
圖 5.34 添加奈米級 SiC 粉末鍍層隨溫度升高之尺寸變化
圖 5.35 SiC 粉末含量對鍍層 CTE 之影響
0 10 20 30 40 15
20 25 30 35 40 45 50
CTE（10-6 /K-1 ）
粉末含量
添加微米級SiC粉末 添加奈米級SiC粉末
圖 5.36 粒徑 1μm 銅粉之 XRD 繞射結果
圖 5.37 添加不同克數 SiC(奈米級)之鍍層 XRD 分析結果
Pure Copper Add SiC 10g/L
Pure Copper
Add 1um SiC 10 g/L Add 1um SiC 20 g/L Add 1um SiC 40 g/L
圖 5.39 無添加 SiC 粉末之鍍層 TEM 觀察
圖 5.40 添加奈米 SiC 粉末 10g/L 之複合鍍層 TEM 觀察
圖 5.41 添加奈米 SiC 粉末 20g/L 之複合鍍層 TEM 觀察
圖 5.42 添加奈米 SiC 粉末 40g/L 之複合鍍層 TEM 觀察