Abstract
本研究比較傳統三元與四元合金以及五元至九元高熵合金電與磁性質的差異，以探討高熵合金的基礎性質。研究中，以三元AlCuNi等莫耳合金為基礎，依序添加Co, Fe, Ti, Cr, V, Mo，得到一系列四元到九元，共七種等莫耳合金，並以真空電弧熔煉製備成鑄造態合金。鑄造態合金以石英封管，在1100℃持溫24 h，做均質化處理，水淬成為均質化態合金。最後，對所有鑄造態合金與均質化態合金，進行SEM, EDS, XRD、硬度、電阻的四點量測(5 K ~ 300 K)、磁滯曲線(5 K和300 K)及霍爾效應(5 K和300 K)量測與分析。微結構研究得知，本研究鑄造態高熵合金，主要由簡單固溶的擬一元BCC相和富銅FCC相構成。當添加到第六元Ti 時，合金開始出現Heusler相。但六元均質化態合金其BCC相消失，可歸因於其混合焓的關係。七元與八元合金析出富Fe-Cr的BCC相，九元合金則析出富Fe-Cr的sigma相，可推測Mo有促進sigma相形成的作用。硬度量測顯示，本系列鑄造態高熵合金的硬度，隨兩相之間的比例及相的數目增加而增加；特別是九元合金的硬度，因sigma相析出而大幅上升。均質化態合金，除三元外，硬度值均略小於鑄造態合金的值。磁性方面，除了三元為順磁與九元為反鐵磁為主外，其餘合金皆為鐵磁或陶鐵磁。在四元、六元與七元M-T的ZFC與FC曲線皆在低溫有一突起，此為自旋玻璃的現象。利用修正過的Curie-Weiss公式擬合□-T曲線，三元與九元又分別包含了反磁與Pauli 順磁。本研究室溫電阻率越大的高熵合金，有較小的電阻率溫度係數值；而室溫電阻率最大可達135 □□-cm。四元、六元及七元在低溫處電阻率有一最低值，此為類近藤效應；而此三種合金的磁性分析也顯示自旋玻璃現象，此現象與文獻顯示的Kondo coupling與RKKY兩種機制是互相競爭的研究結果，是相符的。由高熵合金殘餘電阻比值(RRR)接近於1，與Matthiessen定則推論可知，高熵合金的擬一元晶格，是含有較多的缺陷與具有不明顯的聲子效應的。與傳統合金比較，高熵合金有較低的XRD峰值，也印證了高熵合金含有較多缺陷的事實。5 K與300 K的霍爾效應量測顯示，高熵合金載子濃度類似一般金屬，約為1022 ~ 1023 cm-3，且載子多數為類電洞類型。當外加磁場大於1 T時，鐵磁性高熵合金的異常霍爾效應皆達飽和。而合金的載子遷移率比一般純金屬低，且遷移率與載子濃度成反比關係。綜合電性量測與霍爾量測的結果，驗證了本研究高熵合金的擬一元晶格中，含有大量的缺陷。