台灣大學材料科學及工程學系研究室<雙系統整合:拉力與溫度的測試>

撰文者:行銷專員/吳驊恩
  坐落於公館的台灣大學是台灣的第一學府，其中「材料科學與工程學系」是第二類組理工生的第二志願，培育了為數眾多的科研人才，遍布學術及產業界。
  台大材料科學與工程學系分成四大研究領域，「金屬」就如日常所見的鐵、銅、鋅等材料；「陶瓷」泛指金屬以外的無機材料，故水泥、玻璃都歸類於此；「電子」則與半導體有關；「高分子」最常見的例子為塑膠。
  工欲善其事必先利其器，材料研究分析最核心的就是「透過觀察、調整材料的微結構，以得到預期的性質」，使用最精準、最值得信賴的設備來獲得正確的數據便顯得至關重要。

高熵材料低溫測試
  不同於傳統合金的思維下，由五種以上主要元素組成的高熵合金的出現表示著現代合金設計的模型將進行轉變。作為新型態合金的高熵合金的機械、物理、化學性質將持續進行研究探索外也會出現與基本理論的相關挑戰，例如在高熵合金的製程階段會產生不同相系統。另外，高熵合金具有相當多的組合數目，儘管只有少數的系統組合可被證明是有功能的。但是，使用傳統的合金檢測方法來辨別有用的合金成分變得困難，需要一種有效率的高通量辨識技術來進行合金篩選，並且也需要進一步的研究如何控制高熵合金中各原子形成相變化的機制。
  台大材料科學與工程學系的研究生邱柏翰，進行高熵材料在低溫狀態下的拉力測試，試驗條件嚴苛。因MTS材料測試機原廠無提供可降溫至零下150度的溫度櫃，選擇用德國Weiss溫濕度櫃Tensile Event，此設備升溫速率2.0K/Min，溫度範圍-150℃ ~ 180℃。本案整合兩個系統，美國MTS材料試驗機與德國WEISS溫濕度櫃，藉由國科多年的專業經驗，順利整合兩個系統的軟硬體設施，以期獲得科學研究最注重的正確數據。

實驗過程
  使用MTS 815 Landmark 材料試驗機進行實驗，在20KN的設定下進行拉伸試驗，執行5個週期，Weiss溫度櫃的設定條件為零下150度。

CrCoNi 部分再結晶結構 (700 ℃退火1小時)的常溫至低溫拉伸結果

   從工程應力應變曲線圖表中可以看到隨著溫度降低，強度和延展性都有顯著的提升，但是並非隨著漸進式降溫有等比例的強化。
   25 ℃時，降伏強度為1065 MPa、延展性為15 % ; 降溫到 -50 ℃時，降伏強度為1203 MPa、延展性為17 %，降伏強度增加了138 MPa，然而延性僅提高了2%，和室溫下的延展性沒有太大差異，第一階段的降溫 (25 ℃到 -50 ℃) 強度提升，延性持平 ; 降溫到-100℃時，降伏強度為1160 MPa、延展性為26%，和-50℃相比，降伏強度反而減少了43 MPa，但延性提高了9 %，第二階段的降溫 (-50 ℃ 到 -100 ℃) 強度持平，延性提升 ; 降溫到-150℃時，降伏強度為1326 MPa、延展性為34 %，和 -100 ℃相比，降伏強度增加了166 MPa，延性也提高了8%，第三階段的降溫 (-100 ℃ 到 -150 ℃)強度和延性一同提升。