三點彎曲方式量測陽極氧化鋁模板機械性質與破斷面分析之研究

Abstract

本研究以三點彎曲方式探討陽極氧化鋁AAO機械性質，深入瞭解AAO的不對稱結構對材料強度的影響，並觀察AAO的破斷面。製程採用99.7%的鋁片，並以0.3M草酸作為陽極處理溶液。操作條件為溫度20℃及電壓40V，以兩階段的成長方式製備AAO。第一部份控制AAO成長時間，研究厚度以及孔洞對機械性質的影響，結果發現：試片擺放方式不同機械性質會改變。多孔表面以及試片中的孔隙會降低試片的強度，但卻可以提高AAO的可撓性。阻障層可以承受彎曲試驗的張應力，提高應力強度。陽極處理時間12小時，厚度為79.31μm的AAO試片有最大彎曲應力324.85Mpa。第二部分以擴孔探討孔隙率對機械性質的影響。結果發現：符合一般大尺寸塊材的特性，孔隙率越高使得彎曲應力以及彎曲係數越低，孔隙率51.7%厚度為56.93μm的AAO試片，有最低的彎曲應力47.67Mpa。第三部分去除阻障層探討阻障層對機械性質的影響。結果發現：阻障層遭蝕刻開孔之後使得強度下降，阻障層由原本的緻密結構變為39.6%孔隙率，使得彎曲應力由263.08MPa下降至140.44MPa。最後，以SEM進行破斷面分析發現：AAO仍然屬於脆性破斷，破斷穿過晶胞中央且出現階梯層狀結構。藉由迴歸分析得知：厚度40至80μm左右、孔隙率19.6%至51.7%左右的AAO試片機械性質，當多孔面受壓應力時，彎曲應力為σ=53.74-413.60p+4.83h ，彎曲係數E=72.47-144.93p+0.54h ，而阻障層受壓應力時，彎曲應力為σ=292.65-496.27p+0.07h ，彎曲係數E=70.54-199.10p+0.83h ，σ為彎曲應力(MPa)、E為彎曲係數(GPa)、h表示厚度(μm)而p表示孔隙率。