CN103048171B

CN103048171B - 金属压合测试治具结构

Info

Publication number: CN103048171B
Application number: CN201110308513.5A
Authority: CN
Inventors: 许光城; 许进忠; 施淑萍
Original assignee: Kaohsiung University of Applied Sciences
Current assignee: Kaohsiung University of Applied Sciences
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2031-10-12
Also published as: CN103048171A

Abstract

本发明公开一种金属压合测试治具结构，其用于一金属压合测试机台上以包覆一组测试胚料，其包含一组内环部及一外环部。所述一组内环部包含一第一内环及一第二内环，所述一组内环部紧密包覆所述一组测试胚料，并且所述一组内环部的外周面具有一向上方内缩的外锥度；所述外环部是一中空的圆柱体，套设于所述内环部之外，其内周面对应所述一组内环部的外锥度设有一内锥度。所述金属压合测试治具结构，提供所述测试胚料足够的拘束强度以进行压合测试，并于所述测试胚料压合完成后方便取出所述一组测试胚料。

Description

金属压合测试治具结构

【技术领域】

本发明涉及一种金属压合测试治具结构，特别是涉及一种设有内环部及外环部的金属压合测试治具结构。

【背景技术】

所谓金属压合或金属扩散接合(Diffusion Bonding)，是在高压与高温下使金属与金属(同质金属或异质金属)之间的原子在两层金属间跳跃并接合；例如古代的打铁铸剑，就是运用反复加温与捶打，让软铁包覆硬钢，使锻铸的刀剑同时具备高硬度与强韧性。金属压合与共晶接合不同的是，共晶接合需要以焊料作为媒介，利用加热焊料使焊料溶解，然后达到接合金属的目的；而金属扩散接合则不需要使用焊料，就可接合同质或异质的金属，此种技术具有较好的密封性等特点，目前广范被应用于各种加工领域。

现有的金属压合测试，特别是指用于两片同质或异质金属间的压合测试，其主要目的是通过此技术观察两试片在高温状态下，通过高压力使其金属原子透过原子扩散的方式而互相接合，并可测试各种加压压力及加热温度下所述接合试片的接合强度。目前，业界测试金属扩散接合能力多需使用一种专用的材料试验机以进行测试，由于此种机台价格昂贵且环境需限制在真空之下，因此，使得金属压合测试的成本向来偏高。

后来，已有改良出一种以拉伸压缩材料实验机来进行金属压合测试的方法，所述机台可对一组测试胚料进行加压及加温，以使所述一组测试胚料接合，并且可进一步利用所述机台进行后续的接合强度的测试(拉伸测试)。

请参照图1A及图1B所示，图1A揭示一种现有的金属压合测试治具结构的分解立体图；图1B揭示一种现有的金属压合测试治具结构的组装立体图。以铝质的测试胚料的压合测试为例。首先，将两片铝质的测试胚料81堆置于一测试治具82内，所述铝质测试胚料81是一立方体，例如常使用的尺寸是长度及宽度各为30毫米(mm)、高度为20毫米(mm)的铝质立方体。所述测试治具82是由两个对称的壳体821组成的一组对应所述两片迭置的测试胚料81的拘束构造，所述二壳体821对应设有凸耳部与固定孔(未标示)，将所述两片测试胚料81一上一下的迭置于所述测试治具82之内，并以扣件(未绘示)固定所述二壳体821以将所述两片迭置的测试胚料81固定拘束于所述测试治具82之内。接着，通过一机台(未绘示)从上下方加压与对所述测试治具82的周围施加高温，使所述两片测试胚料81透过原子扩散的方式而互相接合，由于所述铝质的测试胚料81在上下加压及整体加温时其体积会产生沿水平方向向外扩张的变形应力，通过所述测试治具82的拘束可使所述测试胚料81能保持其沿水平方向不至变形，并且于压合完成后将所述测试治具82分开以取出所述两片测试胚料81，并进行后续的接合强度的测试。

然而，所述现有的测试治具82具有以下的缺点，例如：其方型的直角角落极端不利于应力的平均分布，当所述铝质的测试胚料81及所述测试治具82受到高压及高温时，所产生的应力容易造成所述测试治具82的角落变形或破裂，甚至使所述测试胚料81的接合处变形，以至于使得所述测试胚料81接合的品质不良，无法进行后续接合强度的测试。

因此，有必要提供一种金属压合测试治具结构，以解决现有技术所存在的问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种金属压合测试治具结构，其通过二个内环所组成的具有外锥度的一组内环部，以包覆一组迭置的测试胚料，以及对应设置的一具有内锥度的外环部，以包覆所述一组内环部。所述测试治具结构提供所述测试胚料足够的拘束强度以进行压合测试，并且于所述测试胚料压合完成后能方便取出所述测试胚料。

本发明的另一目的在于提供一种金属压合测试治具结构，其通过一外环部对应其自身的内锥度设有一外锥度，以使所述外环部的厚度一致，其具有较好的结构，以平均压合测试时因加热及加压所产生的应力。

本发明的再一目的在于提供一种金属压合测试治具结构，其通过第一内环及第二内环具有一高度差，因此在分开所述第一内环及所述第二内环时能靠此高度差作为施力点，以更容易的将所述第一内环及所述第二内环分开，以方便取出测试胚料。

为达上述的目的，本发明提供一种金属压合测试治具结构，其用于一金属压合测试机台上，以压合一组测试胚料，所述一组测试胚料为二个同质或异质的上下迭置的圆柱体，所述金属压合测试治具结构包含：一组内环部，是由二个半圆弧体组合的中空圆柱体，其包含一第一内环及一第二内环，所述一组内环部紧密包覆所述一组测试胚料，并且所述一组内环部的外周面上具有一向上方内缩的外锥度；及一外环部，是一中空的圆柱体，其套设于所述内环部的外周面，其内周面上对应所述一组内环部的外锥度设有一内锥度。

在本发明的一实施例中，所述一组内环部外周面底部外径约等于所述外环部底部的内径；所述一组内环部的高度约等于所述一组测试胚料的迭置高度；所述外环部的高度约等于所述一组测试胚料的迭置高度。

在本发明的一实施例中，所述第一内环及所述第二内环的高度略高于所述一组测试胚料的迭置高度。

在本发明的一实施例中，所述第一内环的高度略高于所述第二内环的高度。

在本发明的一实施例中，所述第二内环的高度略高于所述第一内环的高度。

在本发明的一实施例中，所述一组内环部的外锥度为1度至5度

在本发明的一实施例中，所述一组内环部的外锥度为2度至4度

在本发明的一实施例中，所述外环部对应其自身的内锥度，设有一外锥度，以使所述外环部的厚度一致。

在本发明的一实施例中，所述测试胚料直径为30毫米，高度为20mm(毫米)；所述第一内环及所述第二内环的高度为41mm(毫米)。

在本发明的一实施例中，所述测试胚料直径为30mm(毫米)，高度为20mm(毫米)；所述第一内环的高度为41mm(毫米)，所述第二内环的高度为45mm(毫米)。

【附图说明】

图1A：现有的金属压合测试治具结构的分解立体图。

图1B：现有的金属压合测试治具结构的组装立体图。

图2：本发明第一实施例的金属压合测试治具结构的立体分解图。

图3A：本发明第一实施例的金属压合测试治具结构的立体组合图。

图3B：本发明第一实施例的金属压合测试治具结构的剖视图。

图4：本发明第一实施例的金属压合测试的示意图。

图5A：本发明第二实施例的金属压合测试治具结构的立体组合图。

图5B：本发明第二实施例的金属压合测试治具结构的剖视图。

图6A：本发明第三实施例的金属压合测试治具结构的立体组合图。

图6B：本发明第三实施例的金属压合测试治具结构的剖视图。

【具体实施方式】

为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

下列说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「内」、「外」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向。因此，本发明以下实施例中所提到的方向用语仅是用来辅助说明本发明技术内容，而非用来限制本发明。

请参照图2所示，其揭示本发明第一实施例的金属压合测试治具结构的立体分解图。一种金属压合测试治具结构10，其用于一金属压合测试机台(未绘示)上，以压合一组测试胚料20。所述一组测试胚料20为二个同质或异质的以上下迭置的金属圆柱体(例如二个铝质的测试胚料20)，所述金属压合测试治具结构10包含：一组内环部11及一外环部12。所述一组内环部11是由二个半圆弧体组合的中空圆柱体，包含一第一内环11a及一第二内环11b，所述一组内环部11可紧密包覆所述一组迭置的测试胚料20；所述外环部12是一中空的圆柱体，其套设于所述内环部11之外，其高度约等于所述一组测试胚料20的迭置高度。

请同时参照图3A及图3B所示，图3A揭示本发明第一实施例的金属压合测试治具结构的立体组合图；图3B揭示本发明第一实施例的金属压合测试治具结构的剖视图。如图3A及图3B所示，所述一组测试胚料20被置于所述第一内环11a及所述第二内环11b所组成的所述一组内环部11内，并且所述一组测试胚料20与所述内环部11呈一紧密套合的状态；另外，所述一组内环部11的外周面具有一向上内缩的外锥度；所述外环部12的内周面上对应所述一组内环部11的外锥度设有一内锥度，所述一组内环部11与所述外环部12亦可紧密套合，其中，所述内环部11外周面底部外径约等于所述外环部12底部的内径，以使所述内环部11与所述外环部12套合后的底部能落在同一平面上。

在本发明的第一实施例的金属压合测试治具结构10优选的由工具钢来制作，以具有较好的模具强度。而每一个测试胚料20(例如铝质测试胚料20)其直径例如为30mm(毫米)，高度为20mm。所述内环部11(第一内环11a及所述第二内环11b)高度优选的略高于所述一组测试胚料20的迭置高度40mm，例如，所述第一内环11a及所述第二内环11b的高度为41mm，以方便一压杆(未绘示)定位及施加压力于所述测试胚料20上。另外，所述一组内环部的外锥度例如为1度至5度，优选的是2度至4度。其中所述一组内环部底部的厚度例如为8mm，所述外环部的底部的厚度例如为10mm。所述一组内环部11的外锥度例如为1度至5度，所述一组内环部11的外锥度优选的是2度至4度，以具有较好的拘束强度又方便将所述一组测试胚料20取出。

虽然，上述列举了本发明的金属压合测试治具结构10的一些主要尺寸，在相同尺寸的测试胚料20的条件下，才能去比较不同压合压力与温度所产生的接合强度。然而，上述的尺寸并非用以限制本发明。

请再参照图4所示，图4揭示本发明第一实施例的金属压合测试的示意图。如图4所示，一拉伸压缩材料实验机台30包含一下平台31及一对应的上平台32，所述下平台31及所述上平台32通过支撑装置及动力机构(未绘示)，可使所述下平台31及所述上平台32能相对移动。所述下平台31的上表面另设有圆柱状的下模板41，所述上平台32的下表面另设有圆柱状的上模板42，所述上模板42位于对应所述下模板41上方一段距离。

当进行所述测试胚料20的压合测试时，首先，将组合完成的所述测试胚料20及所述测试治具10置于所述下模板41的上表面。另外，将一热源产生器50的一加热线圈51环绕设置以邻近所述测试治具10的外周面。其中，所述热源产生器50优选是一中周波热源产生器50，透过调整电流功率加热所述加热线圈51，可使所述测试治具10内的测试胚料20达到一设定的接合温度。

再者，所述中周波热源产生器50可以搭配其他测温量具(未绘示)，如一红外线温度量测器等，以量测所述加热的测试胚料20表面的温度，同时与一热电耦装置(未绘示)所量测到的温度相比较，以校正温测准确性。以所述热电偶测温装置可测量所述测试胚料20升温达到目标温度及保持目标温度时所需要的时间，以及可使用此方法来监控整个实验的温度变化，并于到达目标温度后开始恒温加热。

接着，所述拉伸压缩材料实验机台30可透过一导螺杆(未绘示)移动所述下平台31及所述上平台32以分别带动所述下模板41及所述上模板42，以带动所述下模板41及置于其上的测试治具10与测试胚料20往上模板42的方向等速度移动。其中，所述上模板42另设有一压杆43。由于所述内环部11(第一内环11a及所述第二内环11b)高度略高于所述一组测试胚料20的迭置高度，因此，所述压杆43可被定位于所述内环部11内，并进一步触压所述测试胚料20。当所述压杆43的下端平面接触所述上方的测试胚料20的上平面时，所述下模板41及下模板42开始给予两测试胚料20外加负荷使其压合，当压深到固定行程后，压合试验就完成。本发明的金属压合测试乃通过高压及高温使所述一组测试胚料20表面间的原子透过原子扩散的方式而互相接合。

在完成金属压合后，将所述测试治具10连同在其内的所述一组测试胚料20从所述实验机台30上取出。由于所述内环部11与所述外环部具有相应的锥度，透过向下敲打所述内环部11的上缘可将所述内环部11连同其内的所述测试胚料20从所述外环部12取出，接着，再从两侧分别施力以分开所述第一内环11a及所述第二内环11b以取出所述一组压合完成的测试胚料20。

特别需要说明的是，本发明所举例使用的所述拉伸压缩材料实验机台30的压缩力量可达50吨，拉伸力量可达5吨。主要在于给予所述一组测试胚料20足够的压力促使其彼此透过扩散接合的方式接合，并且，又可同时在所述相同的实验机台30上做拉伸式的强度测试，因为本测试所使用的拉伸压缩材料实验机台30价格相对便宜，使得所述测试胚料20的测试成本可大幅降低。另外，本发明所使用的测试环境，可选择在一般大气环境下进行，或者因为考虑到加热压合过程中须避免所述一组测试胚料20发生氧化，也可以将所述实验机台30置于一个充填氮气或抽真空的环境下来进行。

请同时参照图5A及图5B所示，图5A揭示本发明第二实施例的金属压合测试治具结构的立体组合图；图5B揭示本发明第二实施例的金属压合测试治具结构的剖视图。如图5A及图5B所示，本发明第二实施例的金属压合测试治具结构相似于本发明第一实施例的金属压合测试治具结构，不同之处在于：其中所述外环部12’对应其自身的内锥度，设有一外锥度，这样的设计可使得所述外环部12’上下两端的厚度一致，因此其结构的应力较好，使所述测试治具10可获得较好的拘束强度与效果。

请同时参照图6A及图6B所示，图6A揭示本发明第三实施例的金属压合测试治具结构的立体组合图；图6B揭示本发明第三实施例的金属压合测试治具结构的剖视图。如图6A及图6B所示，本发明第三实施例的金属压合测试治具结构相似于本发明第二实施例(或第二实施例)的金属压合测试治具结构，不同之处在于：其中所述第一内环11a’的高度略高于所述第二内环11b’的高度(或所述第二内环11b’的高度略高于所述第一内环11a’的高度)。例如，所述第一内环11a’的高度优选为45mm(毫米)，所述第一内环11b’的高度优选为41mm。因此，当完成金属压合后，将所述测试治具10连同其内的所述测试胚料20从所述拉伸压缩材料实验机台30上取出后。由于所述内环部11’与所述外环部12’具有相应的锥度，透过向下敲打所述内环部11’上缘可将所述内环部11’连同其内的所述测试胚料20从所述外环部12’取出，接着，再从两侧分别施力以分开所述第一内环11a’及所述第二内环11b’，由于所述第一内环11a’及所述第二内环11b’具有一高度差，因此在分开所述第一内环11a’及所述第二内环11b’时能靠此高度差找到施力点，以更容易将所述第一内环11a’及所述第二内环11b’分开，以方便取出所述测试胚料20。

综上所述，相较于现有的测试胚料测试治具以方形为主，其直角角落因为应力的不平均，易于使所述测试治具应力不均而破裂，并使得测试胚料的接合品质不良。本发明的金属压合测试治具结构10，其通过二个内环11a、11b组成的具有外锥度的一组内环部11，以包覆一组迭置的测试胚料20，以及对应设置具有内锥度的一外环部12包覆所述一组内环部11，以提供所述一组测试胚料20足够的拘束强度以进行压合测试，并于所述一组测试胚料20压合完成后方便取出所述一组测试胚料20。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims

1.一种金属压合测试治具，其用于一金属压合测试机台上，以压合一组测试胚料，所述一组测试胚料为二个同质或异质以上下迭置的金属圆柱体，所述金属压合测试治具特征在于：其包含：

一组内环部，是由二个半圆弧体组合的中空圆柱体，其包含一第一内环及一第二内环，所述一组内环部紧密包覆所述一组测试胚料，并且所述一组内环部的外周面上具有一向上方内缩的外锥度；及

一外环部，是一中空的圆柱体，套设于所述一组内环部之外，所述外环部的内周面对应所述一组内环部的外锥度设有一内锥度。

2.如权利要求1所述的金属压合测试治具，其特征在于：所述一组内环部外周面底部外径约等于所述外环部底部的内径；所述一组内环部的高度约等于所述一组测试胚料的迭置高度；所述外环部的高度约等于所述一组测试胚料的迭置高度。

3.如权利要求1所述的金属压合测试治具，其特征在于：所述第一内环及所述第二内环的高度略高于所述一组测试胚料的迭置高度。

4.如权利要求3所述的金属压合测试治具，其特征在于：所述第一内环的高度略高于所述第二内环的高度。

5.如权利要求1所述的金属压合测试治具，其特征在于：所述一组内环部的外锥度为1度至5度。

6.如权利要求1所述的金属压合测试治具，其特征在于：所述一组内环部的外锥度为2度至4度。

7.如权利要求1所述的金属压合测试治具，其特征在于：所述外环部对应其自身的内锥度，设有一外锥度，以使所述外环部的厚度一致。

8.如权利要求1所述的金属压合测试治具，其特征在于：所述测试胚料直径为30毫米，高度为20毫米；所述第一内环及所述第二内环的高度为41毫米。

9.如权利要求1所述的金属压合测试治具，其特征在于：所述测试胚料直径为30毫米，高度为20毫米；所述第一内环的高度为41毫米，所述第二内环的高度为45毫米。