TW201726038A - 鈦材保溫杯及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種鈦材保溫杯及其製造方法，其主要係選用鈦金屬材質經初步製作出一體成型之內、外杯身及一封蓋，且讓外杯身底部具有與封蓋對應的開放端，再於封蓋表面濺鍍有不銹鋼系金屬介質層，續利用封底保護焊加工將封蓋結合於外杯身開放端處，之後，再將內、外杯身之間抽取真空同時進行釺焊，以釺焊加工將抽取真空處封口，最後於內、外杯身底部壓合一底蓋，而完成一鈦材保溫杯；藉由上述步驟，達到節省加工過程所使用的設備，且可提高成品良率的功效者。

Description

鈦材保溫杯及其製造方法

本發明係有關於一種鈦材保溫杯及其製造方法，尤指一種選用鈦金屬材質且經特殊鍍層加工製成一優質保溫杯為其應用發明者。

按，保持承裝之水等飲料在它們原來的溫度達數小時之容器係屬習知物品，此飲料容器稱為保溫杯。而一般業者採用不鏽鋼材質[適用耐蝕容器、餐具、家俱、欄杆、醫療器材之型號304不鏽鋼]來製作保溫杯、瓶、罐等商品，當然，於業界也有採用SUS 316不鏽鋼製成，號稱業界最高的耐酸鹼、耐腐蝕、抗氧化能力又有負離子設計，具保溫、保冷、防燙、防溢口設計的真空保溫瓶、保溫杯，此也是所有不銹鋼材料中最優良的鋼材。

然而，在金屬材料中可被使用於保溫杯、瓶製作的除了不銹鋼之外，亦有其他優質特性的金屬材質，如鈦，在金屬元素中，鈦的比強度很高，它是一種高強度但低質量的金屬，而且具有相當好的延展性(尤其是在無氧的環境)，它的熔點相當地高(超過1,649攝氏度)，所以是良好的耐火金屬材料，同時鈦具有順磁性，其電導率及熱導率低。由於鈦材具有穩定的化學性質，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強鹼，以及高強度、低密度、可微波加熱等等功效，且於醫療業界也被運用在製作外科用具及植入物，故鈦被視為優於不鏽鋼的保溫用品基材。

鈦是一種稀有金屬，由於在自然界中其存在分散並難於提取，故鈦金非常昂貴，也因鈦熔點相當高（超過1,649攝氏度），以致運用於製作保溫杯、瓶上的製程設備繁雜且工藝難度高下極為耗費工時，如當鈦材保溫杯真空封口之釺焊加工過程需在高溫爐內製作，請參閱第九圖所示，於250~600℃之間分別進行吸氫、吸氧、吸氮的真空抽取，再於800~930℃間使釺料融熔，此時停止抽取真空，且隨爐內溫度冷卻讓釺料封口，再輸入氮氣N₂ 冷卻，而由上述加工過程極耗費時間；尤於同素異形體的雙型鈦，在高溫時(882度C)就會從六邊形的α型轉變成體心立方（晶格）的β型。在到達臨界溫度前，α型的比熱會隨著升溫而暴增，但到達後會下降，然後在β型下不論溫度地保持基本恆定。跟鋯和鉿類似，鈦還存在一種ω態，在高壓時熱力學穩定，但也可能在常壓下以介穩態存在。此態一般是六邊形（理想）或三角形（扭曲），在軟性縱波聲頻光子導致β型（111）原子平面倒塌時能被觀測到。綜合整個升溫的過程間，鈦的後續二次熱處理溫度皆於700℃左右作業，甚至一般的PVD程序也於200℃內完成，當鈦升溫至體心立方（晶格）的β型時，雖以爐溫隨工作曲線冷卻，已成針狀組織的較高硬度的鈦材，將無法再度成型加工。

另外，上述所採之高溫爐設備昂貴亦非一般業者會購入的加工機具，相對地，在材料稀有製作設備昂貴及先前以結構專利之繁瑣製程的情況下，以鈦金屬所製成之保溫用品非普通消費者可接受購買，因此，於針對優質產品價格居高不下，且不易製作缺失下，此為急需研究突破的課題之一。

今，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構再予以研究改良，提供一種鈦材保溫杯及其製造方法，以期達到更佳實用價值性之目的者。

本發明之主要目的在於提供一種鈦材保溫杯及其製造方法，尤其是指一種選用鈦金屬材質且經特殊鍍層加工製成一優質保溫杯為其目的。

本發明鈦材保溫杯及其製造方法主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

其主要係選用鈦金屬材質經初步製作出一體成型之內、外杯身及一封蓋，且讓外杯身底部具有與封蓋對應的開放端，再於封蓋表面濺鍍有不銹鋼系金屬介質層，續利用封底保護焊加工將封蓋結合於外杯身開放端處，之後，再將內、外杯身之間抽取真空同時進行釺焊，以釺焊加工將抽取真空處封口，最後於內、外杯身底部壓合一底蓋，而完成一鈦材保溫杯；藉由上述步驟，達到節省加工過程所使用的設備，且可提高成品良率的功效者。

本發明鈦材保溫杯及其製造方法的較佳實施例，其中該介質層選用鎳、鉻、鋅、鋯其一。

本發明鈦材保溫杯及其製造方法的較佳實施例，其中所濺鍍之介質層厚度為30nm（奈米）~2μm（微米）且以1.6~2.0微米為最佳。

本發明鈦材保溫杯及其製造方法的較佳實施例，其中氬焊加工溫度設定在1000~1200°C之間者。

本發明鈦材保溫杯及其製造方法的較佳實施例，其中釺焊加工溫度為500~600℃之間者。

本發明鈦材保溫杯及其製造方法的較佳實施例，其中該釺焊加工程序用來封口之釺料為固態氧化物玻璃封孔料者。

由上述之元件組成與實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，本發明具有以下之優點：

1.本發明鈦材保溫杯及其製造方法，選用鈦金屬作為保溫杯，藉由鈦材本身的特性，而達到保溫杯質輕、剛性好、熱傳導低、耐熱性高、耐低溫性能及耐腐蝕等功效，而最重要的是與人體具有親合性[生物相容性、無毒及不被人體排斥]的優點。

2.本發明鈦材保溫杯及其製造方法，利用濺鍍一介質層於封蓋表面，讓該介質層於真空後的封口加工可採用簡便的釺焊，而無須如先前技術需藉鈦基或銀基釺料等釺料，並須於高溫爐內進行抽真空封口，達到節省製程設備的成本；同時具有大幅簡化釺焊及徒增其他機構的工藝程序，並避免高溫鈦材轉化再結晶，或影響產品強度等加工的優點。

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

首先，本發明實際運用技術與手段，請參閱第一圖所示，為本發明鈦材保溫杯及其製造方法的製作流程方塊示意圖，其步驟如下：

S1)杯身成型－係選用鈦金屬作為基材，將基材經加工製成一體成型的內、外杯身（１）、（２），且該內、外杯身（１）、（２）間形成一空間（Ａ），該外杯身（２）底部為開放端（２１），且連通空間（Ａ）；

S2)封蓋製作－係選用鈦金屬作為基材，將基材經加工製成一符合外杯身（２）底部之開放端（２１）的封蓋（３），該封蓋（３）中央具有透孔（３１），外側形成接合環緣（３２）；

S3)濺鍍介質－係於封蓋（３）內外表面濺鍍一介質層（４），該介質層（４）為屬可濺鍍之不銹鋼系金屬材或其金屬化合物；

S4)封底保護焊－係經真空或惰性氣體下的焊接加工，將封蓋（３）結合於外杯身（２）底部，且於保護焊施工過程該封蓋（３）接合環緣（３２）處之介質層（４）汽化消失，而與開放端（２１）緣結合一起；

S5)真空釺焊－讓結合封蓋之內、外杯身（１）、（２）置放於真空環境下進行真空抽取，將空間（Ａ）抽取真空同時釺焊加工，為於封蓋（３）透孔（３１）處置設熔點比介質層（４）低的釺料（５）而進行釺焊封口；

S6)壓合底蓋－將釺焊加工後之內、外杯身（１）、（２）底部覆合一底蓋（６），經壓合加工完成一鈦材保溫杯者。

當於實際製作時，請參閱第二～七圖所示，首先執行(S1)杯身成型步驟，係先選用鈦金屬作為基材，將鈦基材經加工製成一體成型的內、外杯身（１）、（２），且讓該內、外杯身（１）、（２）之間形成一空間（Ａ），而該外杯身（２）底部具有一開放端（２１），該開放端（２１）連通至空間（Ａ）；之後，進行(S2)封蓋製作步驟，其該封蓋（３）同樣選用鈦金屬作為基材，將基材經加工製成一符合外杯身底部之開放端（２１）口大小的封蓋（３），同時，於該封蓋（３）中央設有一透孔（３１），而其外側對應開放端（２１）口形成接合環緣（３２）［如第二圖所示］。

請參閱第二圖所示，當封蓋（３）製作完成後，施作(S3)濺鍍介質步驟，以將封蓋（３）內、外表面包含透孔（３１）處濺鍍一介質層（４），該介質層（４）主要讓真空後的封口加工可採用簡便的釺焊，而無須在特殊鈦材用高溫爐內進行封口，達到便利加工的優點，因此，該封蓋（３）所濺鍍之介質層（４）需選擇慣用之技術手段的結合材料，於此選用不銹鋼系金屬材或其金屬化合物，進一步所述之不銹鋼系金屬材或其金屬化合物包含有鎳、鉻、鋅、鋯等金屬材質其中一種，而所濺鍍之介質層厚度為30nm（奈米）~2μm（微米）且以1.6~2.0微米為最佳。進一步說明本發明所採之濺鍍技術，當薄膜沈積的鍍膜處理為起弧處理時，乃以原子或分子的層次控制離子化粒子使其形成被膜，因此得到以熱平衡狀態無法得到的具有特殊構造及功能的覆膜。且薄膜沈積依據沈積過程中，無有化學反應(食品級不適)的機制的物理氣相沈積；係以真空、測射、離子化、或離子束等法使純金屬及合金靶材金屬揮發與惰性氣體等作用，在加熱至200~250℃（1~2小時）的工件表面上，鍍膜碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等之微細粒狀晶薄膜；也不同於蒸鍍溫度較低，結合性稍差（無擴散結合作用），且背對金屬蒸發源之工件陰部會產生蒸鍍不良現象。合金原子藉表面毛細孔型式方式滲入後，雖經中高溫回火溫度(500-700度Ｃ)，其仍可維持其高附著力。

接著，請參閱第三～四圖所示，將內、外杯身（１）、（２）與封蓋（３）進行(S4)封底保護焊步驟，於此，該封底保護焊可採用氬焊、鎢極氣體保護電弧焊（Gas tungsten arc welding，簡稱GTAW焊）、鎢極惰性氣體保護焊（Tungsten Inert Gas Welding，簡稱TIG焊）等，且加工溫度設定在1000℃~1200℃之間，經保護焊加工將封蓋（３）結合於外杯身（２）底部，而再保護焊施工過程，因高溫之故讓封蓋（３）接合環緣（３２）處之介質層（４）汽化消失，如此，讓同屬鈦基材的接合環緣（３２）與開放端（２１）緣可結合一起，經由此步驟將外杯身（２）與封蓋（３）結合固定。之後，請參閱第五～六圖所示，在(S5)真空釺焊步驟中係將上述步驟之半成品置放於真空環境下進行空間真空抽取，此處選用於釺焊爐內進行抽取真空，同時，也一併施作釺焊加工，其主要於封蓋（３）透孔（３１）處嵌入熔點比介質層（４）低的釺料（５），進一步釺料（５）選用固態氧化物玻璃封孔料，請一併參閱第七圖所示，將釺焊溫度設定在500~600℃之間，以將焊件和釺料（５）加熱到高於釺料（５）熔點，低於介質層（４）熔化溫度，利用液態釺料（５）潤濕介質層填充透孔（３１）間隙，並與介質層（４）相互擴散實現連接封口的(S5)真空釺焊步驟。

最後，請參閱第八圖所示，於(S6)壓合底蓋步驟中，將釺焊加工後之內、外杯身（１）、（２）底部覆合一底蓋（６），經壓合加工完成一鈦材保溫杯者。

然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

由上述之元件組成與實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，本發明具有以下之優點：

1.本發明鈦材保溫杯及其製造方法，選用鈦金屬作為保溫杯，藉由鈦材本身的特性，而達到保溫杯質輕、剛性好、熱傳導低、耐熱性高、耐低溫性能及耐腐蝕等功效，而最重要的是與人體具有親合性[生物相容性、無毒及不被人體排斥]的優點。

2.本發明鈦材保溫杯及其製造方法，利用濺鍍一介質層於封蓋表面，讓該介質層於真空後的封口加工可採用簡便的釺焊，而無須在特殊鈦材用高溫爐內進行封口，達到節省製程設備和材料的成本，同時具有便利加工的優點。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

（１）‧‧‧內杯身

（２）‧‧‧外杯身

（２１）‧‧‧開放端

（３）‧‧‧封蓋

（３１）‧‧‧透孔

（３２）‧‧‧接合環緣

（４）‧‧‧介質層

（５）‧‧‧釺料

（６）‧‧‧底蓋

（Ａ）‧‧‧空間

(S1)‧‧‧杯身成型步驟

(S2)‧‧‧封蓋製作步驟

(S3)‧‧‧濺鍍介質步驟

(S4)‧‧‧封底保護焊步驟

(S5)‧‧‧真空釺焊步驟

(S6)‧‧‧壓合底蓋步驟

第一圖：本發明之製作流程方塊圖

第二圖：本發明之杯身、封蓋成型示意圖

第三圖：本發明封蓋置設於外杯身開口端示意圖

第四圖：本發明封底保護焊步驟端示意圖

第五圖：本發明真空釺焊步驟示意圖

第六圖：本發明釺焊完成示意圖

第七圖：本發明釺焊溫度示意圖

第八圖：本發明壓合底蓋步驟示意圖

第九圖：現有技術之釺焊溫度示意圖

(S1)‧‧‧杯身成型步驟

(S2)‧‧‧封蓋製作步驟

(S3)‧‧‧濺鍍介質步驟

(S4)‧‧‧封底保護焊步驟

(S5)‧‧‧真空釺焊步驟

(S6)‧‧‧壓合底蓋步驟

Claims (10)

1. 一種鈦材保溫杯製造方法，其步驟如下： 　　S1)杯身成型－係選用鈦金屬作為基材，將基材經加工製成一體成型的內、外杯身，且該內、外杯身間形成一空間，該外杯身底部為開放端，且連通空間； 　　S2)封蓋製作－係選用鈦金屬作為基材，將基材經加工製成一符合外杯身底部之開放端的封蓋，該封蓋中央具有透孔，外側形成接合環緣； 　　S3)濺鍍介質－係於封蓋內外表面濺鍍一介質層，該介質層為屬可濺鍍之不銹鋼系金屬材或其金屬化合物； 　　S4)封底保護焊－為經真空或惰性氣體下的焊接加工，將封蓋結合於外杯身底部，且於保護焊施工過程該封蓋接合環緣處之介質層汽化消失，而與開放端緣結合一起； 　　S5)真空釺焊－讓結合封蓋之內、外杯身置放於真空環境下進行真空抽取，將空間抽取真空同時釺焊加工，為於封蓋透孔處置設熔點比介質層低的釺料而進行釺焊封口； 　　S6)壓合底蓋－將釺焊加工後之內、外杯身底部覆合一底蓋，經壓合加工完成一鈦材保溫杯者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鈦材保溫杯製造方法，其中於(S3)濺鍍介質步驟中的介質層選用鎳、鉻、鋅、鋯其一。
3. 如申請專利範圍第2項所述之鈦材保溫杯製造方法，其中所濺鍍之介質層厚度為30nm（奈米）~2μm（微米）。
4. 如申請專利範圍第3項所述之鈦材保溫杯製造方法，其中所濺鍍之介質層厚度以1.6~2.0μm(微米)為最佳。
5. 如申請專利範圍第1所述之鈦材保溫杯製造方法，其中(S4)封底保護焊步驟採用氬焊、鎢極氣體保護電弧焊（Gas tungsten arc welding，簡稱GTAW焊）、鎢極惰性氣體保護焊（Tungsten Inert Gas Welding，簡稱TIG焊）其一為之。
6. 如申請專利範圍第1所述之鈦材保溫杯製造方法，其中(S4)封底保護焊步驟中之加工溫度為1000~1200℃之間者。
7. 如申請專利範圍第1項所述之鈦材保溫杯製造方法，其中(S5)真空釺焊步驟中的釺焊加工溫度為500~600℃者。
8. 如申請專利範圍第7項所述之鈦材保溫杯製造方法，其中(S5)真空釺焊步驟中的釺料為固態氧化物玻璃封孔料。
9. 如申請專利範圍第7項所述之鈦材保溫杯製造方法，其中(S5)真空釺焊步驟係位於釺焊爐內施作者。
10. 一種鈦材保溫杯，係包含有如申請專利範圍第1至9項中任意一項所述之方法；經所述方法製成一真空鈦材保溫杯者。