TW202120328A

TW202120328A - 孔洞結構及其製作方法以及包含孔洞結構之異材質接合結構及其製作方法

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Publication number: TW202120328A
Application number: TW108142930A
Authority: TW
Inventors: 呂春福
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-06-01
Also published as: TWI790412B

Abstract

一種孔洞結構及其製作方法以及包含孔洞結構之異材質接合結構及其製作方法。包含孔洞結構之異材質接合結構包括一第一基材以及一第二基材。第一基材具有第一表面、第二表面以及孔洞結構，孔洞結構形成在第一表面及第二表面之間，且沿著自第一表面朝向第二表面的深度方向，孔洞結構依序具有第一孔徑、第二孔徑及第三孔徑，第一孔徑位於第一表面，而第二孔徑小於第一孔徑及第三孔徑。第二基材嵌合於孔洞結構中。

Description

孔洞結構及其製作方法以及包含孔洞結構之異材質接合結構及其製作方法

本揭露是有關於一種結構及形成該結構的方法，且特別是有關於一種孔洞結構及其製作方法以及異材質接合結構及其製作方法。

複合結構塗層通用於許多領域，其中將複合結構塗層應用於地熱系統開發以防止地熱管鏽蝕為其中一個應用領域。然而，異質材料的接合良率一直是難以克服的問題。

傳統塗裝業者使用的噴砂或磷酸鹽處理，經常導致金屬基材表面殘留應力或形成疏鬆結構而降低了抗蝕能力，一旦表面塗裝的皮膜有細微刮傷即一發不可收拾，地熱鹽滷水滲入塗層介面會導致複合結構塗層剝落，喪失抗蝕功能。

由上述可知，如何使塗層能夠與基材緊密嵌合，是目前亟待解決的問題。

本揭露提供一種提供良好嵌合作用的孔洞結構。

本揭露提供一種形成上述孔洞結構的孔洞結構的製作方法。

本揭露提供一種具備良好嵌合效果的異材質接合結構。

本揭露提供一種形成上述異材質接合結構的異材質接合結構的製作方法。

本揭露的一種孔洞結構自基材的第一表面以朝向基材的第二表面的深度方向形成在基材的內部，其中沿著深度方向，孔洞結構依序具有第一孔徑、第二孔徑及第三孔徑，第一孔徑位於第一表面，而第二孔徑小於第一孔徑及第三孔徑。

本揭露的一種孔洞結構的製作方法，包括：提供基材；於基材的第一表面形成第一孔；於基材的第一表面鍍上遮蔽層，其中遮蔽層填入第一孔的部分中；以及對其上鍍有遮蔽層的基材進行蝕刻，以形成孔洞結構。

本揭露的一種異材質接合結構包括一第一基材以及一第二基材。第一基材具有第一表面、第二表面以及孔洞結構，孔洞結構形成在第一表面及第二表面之間，且沿著自第一表面朝向第二表面的深度方向，孔洞結構依序具有第一孔徑、第二孔徑及第三孔徑，第一孔徑位於第一表面，而第二孔徑小於第一孔徑及第三孔徑。第二基材嵌合於孔洞結構中。

本揭露的一種異材質接合結構的製作方法至少包括下列步驟：提供第一基材；於第一基材的第一表面形成第一孔；於第一基材的第一表面鍍上一遮蔽層，其中遮蔽層填入第一孔的部分中；對其上鍍有遮蔽層的第一基材進行蝕刻，以形成孔洞結構；以及於第一基材的第一表面上塗裝第二基材的材料，其中第二基材的材料填入孔洞結構中。

基於上述，經由上述的孔洞結構的製作方法可以在基材上形成形狀特殊的孔洞結構，且透過此種孔洞結構的使用，可增加異材質接合的嵌合穩定度。

[第一實施例]

圖1A至圖1F為本揭露第一實施例的異材質接合結構的製作流程圖。

請依序參考圖1A至圖1F。如圖1A所示提供第一基材110，並且在第一基材110的第一表面110a上形成圖案化遮罩120。第一基材110可選用金屬，例如鐵、銅、鋁、鎂，或是不鏽鋼，製作而成。此外，第一基材110也不限為平板狀，也有可能是中空管狀，也就是說，第一表面110a不限為平面，也可能是弧形面。

如圖1B所示，對其第一表面110a上形成有圖案化遮罩120的第一基材110進行第一次蝕刻，而本實施例中的第一次蝕刻為局部蝕刻，然後移除圖案化遮罩120，便如圖1C所示的在第一基材110的深度方向D上形成第一孔H1，其中深度方向D是指第一表面110a朝向位於相對側的第二表面110b的方向。同樣的，第二表面110b也不限為平面，也可能是弧形面。

如圖1D所示，在第一基材110的第一表面110a上塗裝遮蔽層130，其中可以依照需求而選用塗刷、轉印、電鍍、蒸鍍或濺鍍的方式於第一表面110a上形成遮蔽層130。

須說明的是，遮蔽層130選用活性低於第一基材110的活性的材料以形成，其中遮蔽層130的材料可選自為鎳、銅、鉻、鉛、銀、金及高分子材料中的其中一種。在一種實施例中，常見的金屬活性排列大致如下：鋁＞鋅＞鐵＞鈷＞鎳＞錫＞鉛＞銅＞銀＞鉑＞金，然而腐蝕生成物作用的活性排列會因溶液種類、濃度、溫度等而有變化，例如在海水中的金屬活性排列，因鉛表面形成的反應物比銅表面形成的反應物更不活性，因此整體排列順序還要依照蝕刻液的條件調整。

在一種實施例中，第一基材110的材料可為鐵、銅、鋁、鎂或其合金中的其中一種；遮蔽層130的材料可選自鎳、銅、鉻、鉛、銀、金及高分子材料中的其中一種。

此外，在基材的第一表面110a鍍上遮蔽層130的步驟中，邊緣效應引發遮蔽層130在第一表面110a與第一孔H1相連的轉角處的厚度厚於遮蔽層130其他處的厚度，且沿著深度方向D，越深入第一孔H1，遮蔽層130的厚度漸薄。

接著如圖1E所示，對其第一表面110a上鍍有遮蔽層130的第一基材110進行蝕刻。確切地說，同時對遮蔽層130以及第一基材110進行蝕刻，以在第一基材110形成孔洞結構H2。

承上述，由於第一基材110的活性優於遮蔽層130的活性，因此在進行第二次蝕刻時，遮蔽層130被蝕刻的速率慢於第一基材110被蝕刻的速率，且因此從如圖1E的截面圖看來，沿著深度方向D，被形成的孔洞結構H2有點類似於葫蘆狀，中間具有頸縮部。

具體而言，沿著深度方向D，孔洞結構H2依序具有第一孔徑L1、第二孔徑L2及第三孔徑L3，其中第一孔徑L1位於第一表面110a，而第二孔徑L2小於第一孔徑L1及第三孔徑L3。第一孔徑L1及第三孔徑L3可以是朝向第二孔徑L2而漸縮。

更確切地說，沿著深度方向D，孔洞結構H2大致由楔形部H21及球部H22共同形成，其中楔形部H21是由第一孔徑L1及第二孔徑L2所定義出來，而第三孔徑L3為球部H22的直徑。簡單地說，楔形部H21以及球部H22是以第二孔徑L2做為分界。

附帶一提，蝕刻製程之後，可以在保留剩餘的遮蔽層130的情況下進行下一步驟；或者，也可以是在蝕刻製程之後移除剩餘的遮蔽層130，再進行下一步驟。

之後如圖1F所示，於第一基材110的第一表面110a上塗裝第二基材140的材料，其中第二基材140的材料填入孔洞結構H2中，以形成異材質接合結構200。第二基材140的材料可為選自尼隆、酚醛環氧、環氧樹脂、二氟乙烯、四氟乙烯、氧化矽、碳化矽、鑽石粉、碳管、石墨烯、聚合物纖維、礦物纖維及其組合性材料中的其中一種。在一種實施例中，可於尼隆、酚醛環氧、環氧樹脂、二氟乙烯及四氟乙烯等高分子材料的其中一種或其組合中，再加入氧化矽、碳化矽、鑽石粉、碳管、石墨烯、聚合物纖維及礦物纖維中的至少一種，以形成第二基材140。當製作第二基材140所選用的材料不同時，對於第一基材110所能提供的功效便不同。

由於第二基材140的材料填入孔洞結構H2中，因此第二基材140嵌合於孔洞結構H2中，且第二基材140嵌合入孔洞結構H2中的部分適形於孔洞結構H2。

由上述，可知，通過孔洞結構H2的特殊形狀，使得第二基材140與第一基材110之間的嵌合更為穩固。

通常複合結構塗層是利用不同的材料層疊而成。而因為不同的材料具有不同的熱膨脹係數，因此起因於溫度變化而導致的熱漲冷縮，容易讓複合結構塗層的各個基材間因為脹縮能力不同而彼此脫離，讓作為表層的塗層無法對基底層提供良好的保護，引發基底層的結構鏽蝕。

但是在本實施例中，通過特殊形狀的孔洞結構可以讓不同材料的第一基材110與第二基材140緊密地嵌合，即使在溫度有所變化的情況下，可以防止起因於不同的脹縮能力所引發的基材彼此脫離的現象。如此一來，可以延長異材質接合結構的使用壽命。

此外，填入孔洞結構H2中的第二基材140的材料可依據需求而選用。例如，選用前述的尼隆、酚醛環氧、環氧樹脂、二氟乙烯、四氟乙烯、氧化矽、碳化矽、鑽石粉、碳管、石墨烯、聚合物纖維、礦物纖維及其組合性材料中的其中一種作為第二基材140的材料時，可以增加異材質接合結構200的抗酸蝕、抗垢及抗沖蝕的能力。而當填入孔洞結構H2中的第二基材140的材料選用其他材料時，例如第二基材140的材料為四氟乙烯時，能夠增加異材質接合結構200的抗酸蝕的能力；又例如第二基材140的組合性材料含有石墨烯時，能夠增加異材質接合結構200的導熱的能力。

[第二實施例]

本實施例與前述第一實施例相同，而其不同之處在於：如圖2所示，在第一基材110的第一表面110a上未形成有圖案化遮罩120的情況下對第一基材110進行蝕刻，以形成如圖1C所示的第一孔H1。

後續的製程及結構與前述第一實施例相同，因此不再重複說明。

上述的第一實施例是在第一基材110的第一表面110a上先形成圖案化遮罩120再利用蝕刻形成第一孔H1、第二實施例是在未形成有圖案化遮罩120的狀況下直接利用蝕刻的方式形成第一孔H1；但在本揭露中，第一孔H1的形成方式並不限於前述第一實施例或第二實施例的方式。

在其他的實施方式中，也可以是利用雷射、噴砂、印刷、切削或雷射雕刻等方式以在第一基材110形成如圖1C所示的第一孔H1。

特別的是，前述第一實施例及第二實施例是以第一基材110是板狀為例說明，但本揭露的孔洞結構H2並不限於只能應用在板材上；換言之，第一基材110的形狀可以依照需求而任意選用，例如，中空的管。

圖3A與圖3B為異材質接合結構應用在中空的管時的示意圖。請參考圖3A，當第一基材310的形狀是中空的管時，形成有孔洞結構H23的第一表面310a可以是管的內表面，且藉由管內雷射雕刻或是管內機械切削的方式在第一表面310a形成孔洞結構H23。

請再參考圖3B，為異材質接合結構的另一種應用的示意圖，在此實施例中孔洞結構H24是形成在中空的管的外表面。要說明的是，在另一種實施例中，也可同時於中空的管的內表面以及外表面均形成有孔洞結構。

爾後，再將第二基材340的材料塗裝在第一表面310a，且第二基材340的材料填入孔洞結構H23中，使得第二基材340緊密地嵌合於第一基材310。

此外，也可能是將板狀的異材質接合結構200利用後加工的方式捲成管狀。

在另外一種未繪示的實施方式中，也可以是使第一表面為管狀的第一基材的外表面，且在第一表面上噴塗有第二基材的材料。

附帶一提，在第一基材110上所形成的第一孔H1的形狀可依照需求而設計。圖4A至圖4H為第一孔H1在第一基材110上的示意圖。如圖4A及圖4B所示，多個第一孔H1的每一個可以大致呈圓形，且圓形具有相同的直徑，且以固定間隔的方式設置。而如圖4C所示，在一種實施方式中，多個第一孔H1的每一個，其圓形的直徑也可以設計為彼此不相同，且多個第一孔H1的位置也可以是隨機設置。如圖4D所示，多個第一孔H1可以是較為集中地圍於繞第一基材110的邊緣，但多個第一孔H1在第一基材110的中間部分的分布則較為疏散。在又一實施例中，多個第一孔H1可以是在第一基材110的中間部分較為密集地設置而在邊緣處的分布則較為疏散。也就是說，可依照需求而設計多個第一孔H1的形狀以及疏密分布方式。

再者，如圖4E所示，多個第一孔H1也可以設計為具有長條狀，且此些具有長條狀的多個第一孔H1沿著同一個方向彼此平行地間隔設置。在一實施例中，如圖4F所示，多個第一孔H1的長度可依照需求而改變、或彼此不相同，且沿著第一孔H1的長度方向可同時設置彼此間隔設置的多個第一孔H1。又或者，如圖4G所示，多個第一孔H1也可以是以彼此交錯的方式來設置。

此外，如圖4H所示，多個第一孔H1的長度方向並不平行於第一基材110的邊緣，而是與第一基材110的邊緣夾有一個角度。

由上述可知，本揭露的多個第一孔H1的形狀、長度、排列方式及疏密程度等，都可以依照實際需求而改變。

綜上所述，本揭露在第一基材的表面上形成的孔洞結構具有特殊的形狀，其中孔洞結構的中間部分的孔徑小於位在相對兩側的部分的孔徑，因此在將與第一基材材質相異的第二基材的材料填入孔洞結構之後，能夠讓第一基材與第二基材達到良好的嵌合效果，有效防止第二基材自第一基材脫離。

如此一來，可依照實際需求選用填入孔洞結構的第二基材的材料，使得本揭露的異材質接合結構能夠應用在各種類相異材質的接合，進而通用於各種領域，因此具備廣泛的應用性。

110、310:第一基材 110a、310a:第一表面 110b:第二表面 120:圖案化遮罩 130:遮蔽層 140、340:第二基材 200、400:異材質接合結構 H1:第一孔 H2、H23、H24:孔洞結構 H21:楔形部 H22:球部 D:深度方向 L1:第一孔徑 L2:第二孔徑 L3:第三孔徑

圖1A至圖1F為本揭露第一實施例的異材質接合結構的製作流程圖。圖2是在第一基材的第一表面上未形成有圖案化遮罩的情況下對第一基材進行蝕刻的示意圖。圖3A與圖3B為異材質接合結構應用在中空的管時的示意圖。圖4A至圖4H為第一孔在第一基材上的示意圖。

110:第一基材

110a:第一表面

110b:第二表面

130:遮蔽層

140:第二基材

200:異材質接合結構

H2:孔洞結構

Claims

一種孔洞結構，自一基材的一第一表面以朝向該基材的一第二表面的一深度方向形成在該基材的內部，其中沿著該深度方向，該孔洞結構依序具有一第一孔徑、一第二孔徑及一第三孔徑，該第一孔徑位於該第一表面，而該第二孔徑小於該第一孔徑及該第三孔徑。
如申請專利範圍第1項所述的孔洞結構，其中該第一孔徑及該第三孔徑朝向該第二孔徑漸縮。
如申請專利範圍第1項所述的孔洞結構，其中沿著該深度方向，該孔洞結構具有一楔形部及一球部，該第二孔徑為該楔形部及該球部的分界。
如申請專利範圍第3項所述的孔洞結構，其中該第一孔徑及該第二孔徑定義出該楔形部，而該第三孔徑為該球部的直徑。
一種孔洞結構的製作方法，包括：提供一基材；於該基材的一第一表面形成一第一孔；於該基材的該第一表面鍍上一遮蔽層，其中該遮蔽層填入該第一孔的部分中；以及對其上鍍有該遮蔽層的該基材進行蝕刻，以形成該孔洞結構。
如申請專利範圍第5項所述的孔洞結構的製作方法，其中形成該第一孔的方法包括雷射、噴砂、印刷、切削或蝕刻。
如申請專利範圍第5項所述的孔洞結構的製作方法，其中該第一孔為圖案化的多個孔。
如申請專利範圍第5項所述的孔洞結構的製作方法，其中該基材的活性優於該遮蔽層的活性。
如申請專利範圍第8項所述的孔洞結構的製作方法，其中該基材的材料為鐵、銅、鋁、鎂或不鏽鋼，而該遮蔽層的材料可選自為鎳、銅、鉻、鉛、銀、金及高分子材料中的其中一種。
如申請專利範圍第5項所述的孔洞結構的製作方法，其中於該基材的該第一表面塗裝上該遮蔽層的方法包括塗刷、轉印、蒸鍍、電鍍或濺鍍。
如申請專利範圍第5項所述的孔洞結構的製作方法，其中於該基材的該第一表面鍍上該遮蔽層時，該第一表面與該第一孔相連的轉角處的該遮蔽層因為邊緣效應而厚度厚於其他處的該遮蔽層。
如申請專利範圍第11項所述的孔洞結構的製作方法，其中沿著該深度方向，越深入該第一孔，該遮蔽層的厚度漸薄。
如申請專利範圍第5項所述的孔洞結構的製作方法，更包括在蝕刻製程之後移除剩餘的該遮蔽層。
一種異材質接合結構，包括：一第一基材，具有一第一表面、一第二表面以及一孔洞結構，該孔洞結構形成在該第一表面及該第二表面之間，且沿著自該第一表面朝向該第二表面的一深度方向，該孔洞結構依序具有一第一孔徑、一第二孔徑及一第三孔徑，該第一孔徑位於該第一表面，而該第二孔徑小於該第一孔徑及該第三孔徑；以及一第二基材，嵌合於該孔洞結構中。
如申請專利範圍第14項所述的異材質接合結構，其中該第一孔徑及該第三孔徑朝向該第二孔徑漸縮。
如申請專利範圍第14項所述的異材質接合結構，其中沿著該深度方向，該孔洞結構具有一楔形部及一球部，該第二孔徑為該楔形部及該球部的分界。
如申請專利範圍第16項所述的異材質接合結構，其中該第一孔徑及該第二孔徑定義出該楔形部，而該第三孔徑為該球部的直徑。
如申請專利範圍第14項所述的異材質接合結構，其中該第二基材嵌合入該孔洞結構中的部分適形於該孔洞結構。
一種異材質接合結構的製作方法，包括：提供一第一基材；於該第一基材的一第一表面形成一第一孔；於該第一基材的該第一表面鍍上一遮蔽層，其中該遮蔽層填入該第一孔的部分中；對其上鍍有該遮蔽層的該第一基材進行蝕刻，以形成該孔洞結構；以及於該第一基材的該第一表面上塗裝一第二基材的材料，其中該第二基材的材料填入該孔洞結構中。
如申請專利範圍第19項所述的異材質接合結構的製作方法，其中形成該第一孔的方法包括雷射、噴砂、印刷、切削或蝕刻。
如申請專利範圍第19項所述的異材質接合結構的製作方法，其中於該第一基材的該第一表面鍍上該遮蔽層時，該第一表面與該第一孔相連的轉角處的該遮蔽層因為邊緣效應而厚度厚於其他處的該遮蔽層。
如申請專利範圍第21項所述的異材質接合結構的製作方法，其中沿著該深度方向，越深入該第一孔，該遮蔽層的厚度漸薄。
如申請專利範圍第21項所述的異材質接合結構的製作方法，其中該第一孔為圖案化的多個孔。
如申請專利範圍第19項所述的異材質接合結構的製作方法，其中該第一基材的活性優於該遮蔽層的活性。
如申請專利範圍第24項所述的異材質接合結構的製作方法，其中該第一基材的材料為鐵、銅、鋁、鎂或其合金，而該遮蔽層的材料可選自為鎳、銅、鉻、鉛、銀、金及高分子材料中的其中一種。
如申請專利範圍第21項所述的異材質接合結構的製作方法，其中於該第一基材的該第一表面鍍上該遮蔽層的方法包括塗刷、轉印、蒸鍍、電鍍或濺鍍。
如申請專利範圍第21項所述的異材質接合結構的製作方法，更包括在蝕刻製程之後移除剩餘的該遮蔽層。
如申請專利範圍第21項所述的異材質接合結構的製作方法，其中該第二基材的材料為高分子材料。
如申請專利範圍第28項所述的異材質接合結構的製作方法，其中該第二基材的材料為選自尼隆、酚醛環氧、環氧樹脂、二氟乙烯、四氟乙烯、氧化矽、碳化矽、鑽石粉、碳管、石墨烯、聚合物纖維、礦物纖維及其組合性材料中的其中一種。