Abstract
目前耐磨耗鑽石鍍層所遇到最大的問題，就在於鍍層 的附著力往往較差．藉著中介層的引入，常能適度消減鑽石與鋼鐵基材間，因晶格常數與熱膨脹係數差異過大所造成之內應力，並成功地防止鐵碳原子間擴散，增強鑽石與基材間的附著．本研究是以商業上廣泛使用的無電鍍鎳為 中介層，成功地於市售之低碳鋼材上，間接成長鑽石薄膜與鑽石複合鍍層，希望能提供鑽石於工業材料上之使用．實驗結果顯示，鑽石薄膜確能成功地於鍍鎳後之鋼材上長成，並具有優良的品質與耐磨耗性；此外，我們也開 發了一〞鑽石複合鍍層〞的製程，利用複合材料中”粒子散佈強化”原理，將均勻分佈的鑽石顆粒，成長於第一層無電鍍鎳上，經催化作用後，再於第一層鎳與鑽石顆粒上 ，鍍上第二層無電鍍鎳，形成類似三明治構造之鑽石複合 鍍層．由於鑽石必須以均勻散佈的方式成長在基材上，才 能達成粒子散佈強化的目的，因此控制鑽石之成核率與生長速度就成為一重要的課題．為達此一目的，本論文選擇以下五個因素為變因：兩段式甲烷成長；熱處理的影響；鎳膜厚度的影響；壓力的影響；氧氣的效應，試圖由這些變數中，找出最適宜成長鑽石複合鍍層之條件．由結果發現，在鑽石成長之始通以一段時間之高甲烷濃度混合氣體，有助於提高鑽石的成核率；之後改通低甲烷濃度混合氣體，則可在高成核密度下，成長較高品質之鑽石．而利用氫氣電漿對無電鍍鎳層作熱處理，可避免高溫時鎳擴散結晶而干擾鑽石成長的現象，並使鑽石複合鍍層不致因沿晶斷裂而破裂．此外，中介鎳膜上成長鑽石有其最適宜厚度．過厚之鎳層，極易因內應力之故而破裂；太薄的話，則又容易長出非鑽石的碳．隨著工作壓力的提升，會提高鑽石成核密度；唯過高之成核密度將不利於鑽石複合鍍層的合成．在數十托耳之壓力下，工作壓力的差異，並未對鑽石的品質產生太大的影響．另一方面，氧氣的添加並未如預期般使鑽石複合鍍層產生明顯品質改善．唯高溫下易氧化之鎳鍍層與鋼鐵基材，並未因氧氣的添加而產生金屬氧化物，進而影響鑽石複合鍍層之形成．由以上變因的探討而得之試片，與鍍氮化鈦之4140鋼乾磨耗一小時所得之結果可發現，鑽石複合鍍層有較同厚度純鎳膜為佳之耐磨耗性質，其磨擦係數略高於純鑽石膜之值，但較純鎳膜低約三分之一．