

隨著科技的進步,無論對一般的消費性產品、實驗或生產用的儀器與設備,其中
的光學、電子或機械元件之製造精度均需不斷的提高,以提昇產品的性能。而在步入
二十一世紀之際,高、超精度元件的應用範疇愈趨廣泛,使得具製造奈米
(nanometer, 10-6 mm)級精度之元件的加工技術,或將成為產業競爭的有力利器及國
家製造能力的重要指標。因此,發展一種可配合國內產業的特質,以及由目前的技術
能力可快速導入的奈米加工技術,應是值得研究的課題。 本研究室研究方向便在發
展一套低成本,可應用於高、超精密加工的拋光方法以及相關設備。
常用精密加工和超精密加工方法
分類 | 加工方法 | 加工刀具 | 精度/μm | 表面粗糙度R a/μm | 被加工材料 | 應 用 | ||
刀具切削加工 | 切削 | 精密、超精密車削 | 天然單晶金剛石刀具、人造聚晶金剛石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬質合金刀具 | 1~0.1 | 0.05~0.008 | 金剛石刀具、有色金屬及其合金等軟材料,其他材料刀具,各種材料 | 球、磁盤、反射鏡 | |
精密、超精密銑削 | 多面棱體 | |||||||
精密、超精密鏜削 | 活塞銷孔 | |||||||
微孔鑽削 | 硬質合金鑽頭,高速鋼鑽頭 | 20~10 | 0.2 | 低碳鋼、銅、鋁、石墨、塑料 | 印刷線路板、石墨模具、噴嘴 | |||
磨料加工 | 磨削 | 精密、超精密砂輪磨削 | 氧化鋁、碳化矽、立方氮化硼、金剛石等磨料 | 砂輪 | 5~0.5 | 0.05~0.008 | 黑色金屬、硬脆材料、非金屬材料 | 外圓、孔、平面 |
精密、超精密砂帶磨 | 砂帶 | 平面、外圓磁盤、磁頭 | ||||||
研磨 | 精密、超精密研磨 | 鑄鐵、硬木、塑料等研具,氧化鋁、碳化矽、金剛石等磨料 | 1~0.1 | 0.025~0.008 | 黑色金屬、硬脆材料、非金屬材料 | 外圓、孔、平面 | ||
油石研磨 | 氧化鋁油石、瑪瑙油石、電鑄金剛石油石 | 平面 | ||||||
磁性研磨 | 磁性磨料 | 10~1 | 0.01 | 黑色金屬 | 外圓去毛刺 | |||
滾動研磨 | 固結磨料、游離磨料、化學或電解作用液體 | 黑色金屬等 | 型腔 | |||||
拋光 | 精密、超精密拋光 | 拋光器氧化鋁、氧化鉻等磨料 | 1~0.1 | 0.025~0.008 | 黑色金屬、鋁合金 | 外圓、孔、平面 | ||
彈性發射加工 | 聚氨酯球拋光器、高壓拋光液 | 0.1~0.001 | 0.025~0.008 | 黑色金屬、非金屬材料 | 平面、型面 | |||
液體動力拋光 | 帶有楔槽工作表面的拋光器拋光液 | 0.1~0.01 | 0.025~0.008 | 黑色金屬、非金屬材料、有色金屬 | 平面、圓柱面 | |||
水合拋光 | 聚氨酯拋光器拋光液 | 0.1~0.1 | 0.01 | 黑色金屬、非金屬材料 | 平面 | |||
磁流體拋光 | 非磁性磨料磁流體 | 0.1~0.1 | 0.01 | 黑色金屬、非金屬材料、有色金屬 | 平面 | |||
擠壓研拋 | 粘彈性物質磨料 | 5 | 0.01 | 黑色金屬等 | 型面、型腔去毛刺、倒棱 | |||
噴射加工 | 磨料液體 | 5 | 0.01~0.02 | 黑色金屬等 | 孔、型腔 | |||
砂帶研拋 | 砂帶接觸輪 | 1~0.1 | 0.01~0.008 | 黑色金屬、非金屬材料、有色金屬 | 外圓、孔、平面、型面 | |||
超精研拋 | 研具(脫脂木材,細毛氈)、磨料、純水 | 1~0.1 | 0.01~0.008 | 黑色金屬、非金屬材料、有色金屬 | 平面 | |||
超精加工 | 精密超精加工 | 磨條磨削液 | 1~0.1 | 0.025~0.01 | 黑色金屬等 | 外圓 | ||
珩磨 | 精密珩磨 | 磨條磨削液 | 1~0.1 | 0.025~0.01 | 黑色金屬等 | 孔 | ||
特種加工 | 電火花加工 | 電火花成形加工 | 成形電極,脈衝電源、煤油、去離子水 | 50~1 | 2.5~0.02 | 導電金屬 | 型腔模 | |
電火線切割加工 | 鉬絲、銅絲、脈衝電源、煤油、去離子水 | 20~3 | 2.5~0.16 | 沖模、樣板(切斷開槽) | ||||
電化學加工 | 電解加工 | 工具極(銅、不銹鋼)電解液 | 100~3 | 1.25~0.06 | 導電金屬 | 型孔、型面、型腔 | ||
電鑄 | 導電原模電鑄溶液 | 1 | 0.02~0.012 | 金屬 | 成形小零件 | |||
化學加工 | 蝕刻 | 掩模板、光敏抗蝕劑、離子束裝置、電子束裝置 | 0.1 | 2.5~0.2 | 金屬、非金屬、半導體 | 刻線、圖形 | ||
化學銑削 | 刻形、光學腐蝕溶液、耐腐蝕塗料 | 20~10 | 2.5~0.2 | 黑色金屬、有色金屬等 | 下料、成形加工(如印刷線路板) | |||
超聲加工 | 超聲波發生器、換能器、變幅桿、工具 | 30~5 | 2.5~0.04 | 任何硬脆金屬和非金屬 | 型孔、型腔 | |||
微波加工 | 針狀電極(鋼絲、銥絲)、波導管 | 10 | 6.3~0.12 | 絕緣材料、半導體 | 打孔 | |||
紅外光加工 | 紅外光發生器 | 10 | 6.3~0.12 | 任何材料 | 打孔、切割 | |||
電子束加工 | 電子槍、真空系統、加工裝置(工作台) | 10~1 | 6.3~0.12 | 任何材料 | 微孔、鍍膜、焊接、蝕刻 | |||
離子束加工 | 離子束去除加工 | 離子槍、真空系統、加工裝置(工作台) | 0.01~0.001 | 0.02~0.01 | 任何材料 | 成形表面、刃磨、蝕刻 | ||
離子束附著加工 | 1~0.1 | 0.02~0.01 | 鍍膜 | |||||
離子束結合加工 | 注入、摻雜 | |||||||
激光束加工 | 激光器、加工裝置(工作台) | 10~1 | 6.3~0.12 | 任何材料 | 打孔、切割、焊接、熱處理 | |||
複合加工 | 電解 | 精密電解磨削 | 工具極、電解液、砂輪 | 20~1 | 0.08~0.01 | 導電黑色金屬、硬質合金 | 軋輥、刀具刃磨 | |
精密電解研磨 | 工具極、電解液、磨料 | 1~0.1 | 0.025~0.008 | 平面、外圓、孔 | ||||
精密電解拋光 | 工具極、電解液、磨料 | 10~1 | 0.05~0.008 | 導電金屬 | 平面、外圓、孔、型面 | |||
超聲 | 精密超聲車削 | 超聲波發生器、換能器、變幅桿、車刀 | 5~1 | 0.1~0.01 | 難加工材料 | 外圓、孔、端面、型面 | ||
精密超聲磨削 | 超聲波發生器、換能器、變幅桿、砂輪 | 3~1 | 0.1~0.01 | 外圓、孔、端面 | ||||
精密超聲研磨 | 超聲波發生器、換能器、變幅桿、研磨劑研具 | 1~0.1 | 0.025~0.008 | 黑色金屬等硬脆材料 | 外圓、孔、平面 | |||
化學 | 機械化學研磨 | 研具、磨料、化學活化研磨劑 | 0.1~0.01 | 0.025~0.008 | 黑色金屬、非金屬材料 | 外圓、孔、平面、型面 | ||
機械化學拋光 | 拋光器、增壓活化拋光液 | 0.01 | 0.01 | 各種材料 | 外圓、孔、平面、型面 | |||
化學機械拋光 | 拋光器、增壓活化拋光液 | 0.01 | 0.01 | 外圓、孔、平面、型面 |
神奇的生物電化學研磨拋光科技 (Bio-electro-chemical Technology)
新穎的生物化學技術應用於金,銀,銅等金屬之研磨拋光。特別適用於手工拋光研磨無法達到的表面水準,由其應用於貴金屬之研磨拋光更能節省成本,而且手工無法研磨到的死角皆能研磨到。
鈍化依然是提高不鏽鋼零部件基本防腐性能的關鍵一步。它可以讓零部件具有滿意的性能,也可以使它過早發生故障。如果操作不正確,鈍化實際上會導致腐蝕。
新世代軟性電子金屬基板之鏡面拋光技術
張振暉/金屬工業研究發展中心
軟性產品電子根據NanoMarkets LC產業預測報告指出,產值將由2009年之58億美元,大幅度成長至2012年235億美元。軟性產品電子包括軟性顯示產業如可撓式顯示器、電子書、電子報紙、電子布告…等與顯示媒介相關之產業,軟性能源產業如軟性太陽光電、照明、可撓曲電池…等與能源應用相關之產業,軟性電子產業如邏輯運算、資料記憶、感知器、無線智慧標籤…等與電子運算相關之產業[1]。
圖一:電泳沉積拋光前。
圖二:電泳沉積拋光後。
軟性電子之優點有輕、薄、易攜帶及穿戴、耐衝擊、安全等,要達到上述的優點,必須要有一可撓性的基板作為電子元件的承戴。以塑膠基板而言,由於材料成本較高且特殊耐高溫塑膠基板的相關技術皆掌握在國外少數廠商的手中,故對軟性產品電子的基板材料來源將是一大阻礙;以金屬薄板作為軟性電子之基材,具有絕佳的水、氧阻絕特性與相對成本等優勢,且金屬本身具有耐高溫的特性,適合半導體RTA的製程,唯其要使用金屬薄板,必須克服基材均質性、厚度、平坦度與表面粗糙度問題。
《經濟學人》第三次工業革命 全解讀
Quirky是一家位於紐約哈德遜河旁邊的新創「工廠」。說是工廠,這個由舊倉庫改建的小地方,設備卻簡單地不得了,幾台3D印表機,雷射切割機、幾台銑床,一個噴漆台以及其他零碎的小型製造設備。
規模看似台灣公寓家庭式的小型代工廠,而Quirky的商業模式,也的確有那麼點代工的味道:幫任何個人或公司將還在創意階段的設計或想法,製作成產品原型。
社群化製造業
雖然是製造業,但Quirky沒有養一個業務部門到處去找產品拉客戶,相反地,他們讓設計發明者上網分享自己的idea,透過社群媒體如FB散播,只要有夠多人喜歡這個idea,Quirky就會用3D列印機,把產品原型印(製造)出來。
癮科學:啥是 Liquidmetal?
前一陣子傳出蘋果買下了 Liquidmetal 的專利使用權,而且已經應用到了 iPhone 的 SIM 卡退出針上。到底 Liquidmetal 是什麼?有什麼樣的特性?對未來的產品會產生什麼樣的改變呢?
一聽到 Liquidmetal,腦袋裡不免會閃過魔鬼終結者2 裡的那位 T1000 的身影,好像是非常高科技的產品。但事實上,Liquidmetal 在常溫下是固體的,和金銀銅鐵之類的普通金屬沒什麼兩樣。對任何不知道的人來說,它除了色澤和常見的幾種金屬略有不同之外,並沒有什麼別的不同。那到底是特別在哪裡呢?這就要從金屬本身的特性說起了。
純的金屬 -- 例如鐵 -- 裡面的原子大體上是可以自由移動的,因此都有一定的延展性,但是硬度不足。為了要加強鐵的硬度,我們會特別在其中加入一些雜質(通常是碳),讓鐵形成結 晶。不同的鐵結晶會有不同的方向性,當不同方向的結晶碰到時,就會形成一個相互鎖死的邊界,最後產生出一個網格狀的結構。經過這種處理的鐵,我們稱之為 「鋼」,在硬度上比鐵要強太多了。然而,鋼卻也有自已的問題,像是剛才提到的兩個晶體接觸的邊界沒有封死的話就容易因為金屬疲勞,產生裂縫,而且受力之 後,容易在晶體的邊緣斷裂,產生永久的形變。
IBM's building an air-breathing EV battery that goes 500 mil{C}
IBM's planning an end to range anxiety with an EV power pack that runs on air and travels 500 miles on a single charge. "Lithium Air" batteries draw oxygen into a nano-structured carbon cathode, where it is stored and reacts with lithium ions and electrons to generate electricity. When you plug the vehicle in, the unmolested oxygen is released back into the air as if it was breathing. The technology's significantly lighter than what's found inside a Chevy Volt and IBM has enlisted the help of chemical giants Asahi Kasei and Central Glass to turn it from successful experiment to fully-fledged product by 2030. If you'd like to learn more, we've got a gallery of candid pics from inside the testing lab, explanatory video and, yes, even a press release full of information for you to steep your brains in.
鎢鋼材質刀具適性與特性
一為純碳化物類及抗陷穴類。純碳化物只包含碳化物和鈷,強度及耐磨特性最好,任何其他物質加入均將減少其強度及耐磨性,通常用來切削鑄鐵及非鐵金屬材料。但純碳化物不耐高溫,在高熱下鋼屑易沾黏在刀面上,使刀面因擴散作用形成凹陷。而加入碳化鉭及碳化鈦之碳化物,因這兩成分熔點高於碳化鎢,故抗高溫性也相對提高,相對的強度及耐磨特性較純碳化物低。
難切削材質切削加工原則
在高強度或高硬度金屬材料的切削加工性很差,切削時或者刀具壽命縮短,或者卷屑、斷屑困難,或者加工表面品質差,或者這幾種現象兼而有之,故這類材料稱為難加工金屬材料。切削加工中常遇到的難加工金屬材料有不銹鋼、鈦合金、高溫合金、高強度鋼和高錳鋼等。
材料難切削主要因素: