دانشگاه آزاد اسلامي واحد كرج

1. دانشگاه آزاد اسلامي واحد كرج

3. پایان نامه های كارشناسي ارشد

4. گروه : علوم پايه

5. رشته تحصيلي : اتمي حالت جامد

6. كاشت يون كربن بر روي آلومينيوم خالص

7. نام و نام خانوادگي دانشجو : علي‌رضا جباري ، شماره دانشجويي : 86324017560

8. به راهنمايي :محمود قرآن نويس • چكيده: • در اين پژوهش نمونه هاي آلومينيومي با خلوص % 96/99 در معرض چشمه يوني حاصل از پلاسماي گاز متان قرار گرفتند و تاثير اين کاشت مورد مطالعه قرار گرفت. • براي اين منظور سطح چهار نمونه آلومينيومي ابتدا به وسيله سنباده و سپس با استفاده از پودر Al2o3 روي نمد پاليش و در دستگاه اولتراسونيک به وسيله استن و الکل تميز شدند. • يک نمونه به عنوان نمونه خام و سه نمونه ديگر با دزهاي 1017 × 1 ، 1017 × 3 ، 1017 ×6 atoms / cm2 ، انرژي KeV 50 و چگالي جريان µA 100 ، در دماي آزمايشگاه تحت بمباران عمودي يون هاي حاصل از گاز متان قرار گرفتند. • با استفاده از آناليز XRD بر روي نمونه خام و نمونه هاي کاشته شده ، تغييرات حاصل در شبکه ، تشکيل فازکربيد آلومينيوم ، نوع ساختار ، ثابت هاي شبکه و همچنين جهت رشد تعيين شد. • از طيف سنجي رامان براي مشخص کردن پيوندهاي ايجاد شده در حين کاشت استفاده شد. • براي بررسي توپوگرافي سطح ، ناشي از بمباران يوني از آناليز AFM استفاده شد. • همچنين تغيير در سختي نمونه ها بوسيله ميکرو سختي سنجي ويکرز اندازه گيري شد. • در پايان تاثير اين کاشت در خوردگي نمونه ها در محلول NaoH 10% مورد مطالعه قرار گرفت. • نتيجه گيري • در آناليز XRD مشخص است كه در دو دز نهايي جهت گيري ترجيحي از دسته صفحه (220) به (200) تغيير كرده است. ما اين اتفاق را به اثرات حرارتي ناشي از بمباران يوني ربط مي دهيم . دماي ذوب آلومينيوم (oc 660) k 933 است و ما مي دانيم در دماهاي بالاتر از Tm 5/0 تا 3/0 (Tm دماي نقطه ذوب بر حسب كلوين ) تبلور مجدد با سرعت هاي محسوسي رخ مي دهد. اين دما شديداًَ به خلوص فلز بستگي دارد. فلزات با خلوص بسيار بالا در حدود Tm 3/0 تبلور مجدد مي يابند، در حالي كه فلزات ناخالص تر در حدود Tm 6/0 تا 5/0 تبلور مجدد مي يابند. به عنوان مثال آلومينيوم بسيار خالص در دماي (k 348= Tm 37/0 ) o c75 تبلور مجدد مي يابد در حالي كه آلومينيوم تجاري در(k 548= Tm59/0) 275oc تبلور مجدد • مي يابد. • همچنين ثابت شده است كه سرعت مهاجرت مرز تابعي از اختلاف جهت گيري بين دو دانه اي است كه توسط اين مرزها از هم جدا شده اند. سرعت حركت در برخي جهت گيري هاي خاص بالاتر است. معمولاًَ اين جهت ها متناظر همان هايي است كه بيشترين چگالي انطباق مكان ها را در مرز سبب مي شوند. رشد سريع در برخي از جهت گيري هاي خاص سبب مي شود پس از تبلور مجدد جهت گيري هاي ترجيحي به وجود آيد كه به پديده اي به نام بافت موسوم است . تشكيل بافت لزوماًَُ در نتيجه جوانه زني ترجيحي در جهت گيري هاي خاص نيست بلكه تمامي جهت گيري ها ممكن است جوانه بزنند، اما بلور هايي كه داراي بيشترين سرعت رشد نسبت به جهت گيري خاص هستند ، بقيه را پشت سر گذاشته و سبب تشكيل بافت مي شوند. بنابراين اين طور مي توان برداشت كرد كه در كاشت ابتدايي كه دماي نمونه به مقدار o c127 رسيده است، اثرات حرارتي تاثير ي بر جهت گيري ترجيحي نمونه نداشته است، در دز 3×1017 ions/cm2 كه دمابهoc180 افزايش مي يابد تبلور مجدد و در پي آن پديده بافت به وقوع پيوسته است كه در آن دسته صفحه (200) داراي بيشترين سرعت رشد، نسبت به ساير جهت گيري هاست. اين پديده همچنين در نمونه چهارم كه دما به o c200 افزايش مي يابد نيز مشاهده مي شود. در نمونه كاشت شده در دز 1×1017 ions/cm2 هيچ اثري از تشكيل فاز كربيد آلومينيوم وجود ندارد. براي اين كه مشخص شود اتم هاي كربن چه پيوند هايي را در نمونه ايجاد كرده اند از طيف سنجي رامان استفاده شد و مشخص شد كه اين اتم ها با يكديگر پيوند هاي c-c ، با سايز كوچك و بي نظمي زياد تشكيل مي دهند. • براي نمونه سوم مي توان مشاهده كرد كه با افزايش دز يون هاي كاشت شده ، فاز كربيد آلومينيوم تشكيل مي شود ، كه مي توان اين طور توجيح كرد كه با افزايش دز كاشت شده ، درجه حرارت نمونه افزايش مي يابد وباعث باز پخت نمونهمي شود . در حين بازپخت اتم هاي كربن كاشت شده با اتم هايآلومينيوم تشكيل فاز كربيد آلومينيوم مي دهند. • در نمونه چهارم مي توان مشاهده كرد كه شدت پيك كربيد آلومينيوم كاهش مي يابد. اين كاهش شدت مي تواند به اين دليل باشد كه اتم هاي كربن به مرحله اشباع رسيده و كربن هاي اضافي كاشت شده نه تنها در تشكيل فاز كربيد آلومينيوم شركت نمي كنند ، بلكه باعث مي شوند بعضي از پيوند هاي كربيد آلومينيوم شكسته شوند. • از آناليز ميكروسختي سنجي همانطور كه با توجه به مقاله[1] انتظار داشتيم ، متوجه مي شويم كه سختي نمونه از مقدار 41/54 به مقدار VHN 86/64 افزايش مي يابد. اين افزايش در سختي را مي توان اين طور توجيح كرد كه در دز1×1017 ions/cm2 آسيب هاي حاصل از كاشت يون كه شامل نقص فرنكل و همچنين در رفتگي ها مي باشند افزايش مي يابد. اين آسيب ها به همراه اتم هاي كربني كه با هم پيوند هيبريدي ، sp2 با سايز كوچك و بي نظمي زياد تشكيل داده اند باعث افزايش سختي نمونه دوم مي شوند. • در نمونه سوم و چهارم مشاهده مي شود كه سختي كاهش مي يابد . اين كاهش در نمونه چهارم به مقدارVHN 56/50 مي رسد كه حتي از سختي حاصل از نمونه خام نيز كمتر است. كاهش در سختي نمونه ها در اثر بازپخت مي باشد كه با افزايش دز نمونه ها ، از نمونه سوم به چهارم ، دما نيز از مقدار oc180به مقدار o c200 افزايش مي يابد.اين افزايش در دما باعث باز پخت بيشتر نمونه چهارم مي شود. در نتيجه آسيب ها و كرنش هاي بيشتري از بين مي رود و سختي در نمونه كاهش بيشتريي مي يابد. • همچنين از آناليز AFM متوجه مي شويم كه با افزايش دز كاشت شده يون ها RMS roughness نمونه هاي دوم و سوم افزايش مي يابد اما در نمونه چهار اين مقدار كاهش مي يابد . مكانيسم پخش ناشي از بمباران يوني كه باعث افزايش دماي نمونه ها مي شود مي تواند باعث افزايش زمختي سطح باشد. كاهش آهسته زمختي در دز پاياني مي تواند ناشي از افزايش نرخ اسپاترينگ در طول بمباران يوني باشد. • از تست خوردگي مي توان متوجه شد كه پتانسيل خوردگي با افزايش دز يون هاي كاشت شده مثبت تر مي شود . بنابراين با افزايش دز يون هاي كاشت شده تاثير مثبتي در مقاومت در برابر خوردگي نمونه ها به وجود مي آيد و مقاومت در برابر خوردگي افزايش مي يابد. • با توجه به جدول 2-4 متوجه مي شويم كه چگالي جريان خوردگي در نمونه دوم افزايش مي يابد. علت اين امر، وجود اتم هاي ناخالصي كربن در ويفر آلومينيوم مي باشد. همچنين از جدول 2-4 متوجه مي شويم كه چگالي جريان خوردگي به شدت در نمونه هاي سوم و چهارم كاهش مي يابد . اين كاهش در ميزان چگالي خوردگي را مي توان به تغيير در جهت گيري ترجيحي اين نمونه هاو همچنين تشكيل فاز كربيد آلومينيوم نسبت داد. • [1]C.E.Foerster , S.L.R.da Silva . Surf . Coat . Technol.200(2006)5210-5219