陽極氧化膜成長控制變因

對於陽極氧化鋁有五項重要成長條件[27]: (1) 電解液 (2) 時間 (3) 外加電壓(4) 電流密度 (5) 陽極氧化溫度

(1) 電解液

電解液為這四項條件中最重要的條件，因為不同的電解液所對應的孔 洞密度與大小也不相同，目前最常使用的三種電解液，:

硫 酸 (Dp>10nm;Dc=60nm) 、 草 酸 (Dp>30nm;Dc=100nm) 、 磷 酸 (Dp>100nm;Dc=500nm)而通常電解液固定，也決定了孔洞大小的極限，

圖 2-11。

另外一個重點是濃度，濃度越高會提高電解液對氧化膜的溶解率，使 其生長緩慢、硬度較低;反過來說，濃度越低氧化膜成長速率越快、

硬度也較高。所以不同的電解液所需要的濃度也不盡相同。

另外在相同的成長條件，氧化膜的成長速率:

硫酸>草酸>磷酸>鉻酸 (2) 時間

一般來說，時間對於陽極氧化膜的影響只在於膜厚度的增長，在一定 時間內，膜的成長速度會呈現固定斜率，但隨時間增長，則會下降，

主要問題在於孔洞深度越深，電解液越難擴散進去，電流在導通上也 更加困難，所以在氧化膜的生成速度上也跟著變慢

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圖 2 - 11、不同條件下的陽極氧化鋁的正面 SEM 圖

(a)0.3M 硫酸，10^。C，25V (b)0.3M 草酸，1^。C，40V (c)10wt% 磷酸，1^。C，160V

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(3) 外加電壓

外加電壓組要是影響孔洞大小[28]，圖 2-12，隨者操作電壓上升而 增加，整體呈現線性成長之斜率，而如同上述所述必須對應符合之電 解液，結合兩者可自由控制孔徑大小與孔洞分布。

而在 1998 年 Jessensky 等人提出了外加電壓是造成規律性自組裝氧 化膜的主因[29]。這種效應主要是由兩個因素組成(1)電壓依賴性的 體積膨脹氧化物成長過程以及(2)氧化物的電流生成效率。因為鄰近 毛孔所引起在金屬/氧化物界面之間的機械應力(排斥力)，促進形成 有序的六角形孔陣列。

圖 2 - 12、不同酸性電解液，陽極氧化孔洞間距與電壓關係圖 (4) 電流密度

電流密度對於氧化膜的生長速度影響很大[22]。在相同條件下，提高 電流密度，會加快氧化膜的生長速度，但伴隨而來的是孔隙率較高，

反之則是生長緩慢、孔隙率低。若單純利用提高電流密度來增加成長 速度是有限的，當電流密度越高，則是電流熱效應上升，電解液對於

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氧化膜的溶解率也跟著增高，而破壞結構，然而不同的電解液所需求 的電流密度也不相同

(5) 陽極氧化溫度

陽極氧化的溫度對於成長過程的影響與濃度類似，但不同的地方在於 影響層面更廣。當溫度低於 10 ﾟ C，氧化膜的厚度增大、孔洞小、硬 度高，膜的成長速度低。到了 10 ﾟ C -25 ﾟ C 之間，氧化膜呈現多孔、

高吸附性但硬性表現較差，膜的成長速度為前者快。溫度一旦超過 25 ﾟ C，整體的自主裝蜂巢性結構將會受到破壞，原因在於電解液的 溶解率，足以破壞原本結構。