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經濟部中央揉準扃貝工消费合作社印輦 ….- A7 —_ B7_五、發明説明（） 發昍的铕城 本發明係有两可於离熱A荷下及《化媒質中操作之结 構性物質之领域，並且可用於化學、石油、冶金、和航空 工業上Μ袈造可抗侵蝕性媒質的物件及结構元件，例如用 於中和生態璣境上不安全物質的容室内«、管口、坩場、 在蓮作狀況下需爽荷重機械之离温潙翰中的部件》 理知持術：>锐明 在技藉上，已知有各種方法用Μ生產硪鐵維補強及防 止氧化之物質，Μ避免Μ礦-磺爲主要成份之物質於蓮作 時由於需支持所有的檐械負荷而急速的撗寄。通常，要防 止逭類物質氧化可經由在該物質表面形成一磺化矽抗熱層 而獲得》 已知在本技《中有鼷生產複合材料物件的方法，其最 重要的一點是先製備硪-塑膠預成物，再將該預成物加熱 至1000¾而形成焦庚基質。結果的複合材料經由瀝青含浸 給予緊密化兩次，後者給予磺化。 為了形成Si C表面保護層，將所得之硝化預成物置於 含硪化矽與矽之填充物中加熱處理，因而形成一β厚約 400ju m 之 SiC 表層（JP，A，2-91270) 〇 物件物質的保罐（在分離方法中）在於具有各種碩-磺 基条之CTE之SiC表層的形狀中，在冷卻下會引起SiC層 龜裂，因此在蓮作時將加速此基条的損壤，因潙氧化两會 穿透逋些裂缠。 而且，由此頚低®性棋數之磺-碘基条物質所得之物 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 - - I Ι-If I - --»| - i m · .‘訂- 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央梯率扃貝工消费合作社印製 318811 Α7 Β7 五、發明説明（） 件将不可能使用於要求高W性構造中。 另一值已知技術也是生產複合材料物件的方法，其特 黏是在一倕預先鑄成羊毛、紡紗等等形狀之鐵維預成物上 (例如200X 100X 25··的金羼板）、熱解的磺將MCVD方式 被沈積起來，之後將鑛嫌預成物浸入熔鼬之矽中而形成SiC 的塗佈保護（US, A,4,397,900。在逭一情形下，一部分的 熱解礦會在物件鑛鎗上轉變成磷化矽。 熱解硝直接沈積在纖維上，不需要形成硪-塑膠預成 物的步鼸，並依此形成焦炭基質，結果導致預成物的低強 度（易脆〉，在此情形下*硪纖維顯示並無與基質結合在一 起*而是可移動的狀態，無法承受椅重。 此外，用此方法時，大ft的矽將殘留在基質中，如此 一來将降低物件操作溫度的水平，在物質中增加剩餘*力 (因為矽在冷卻時會膨脹 >，如此一來則減弱其強度。在熔 麯的矽中矽化不只會引起生態上不安全的蒸發，同時也需 要昂贵的設備，而且*若是大形物件時，逋些問題會更嚴 重° 另一已知技術是生產構进物質的方法，其特》是得到 一艏Μ硪纗維補強之磺-塑膠預成物，Μ及熱解磺塗佈之使 用，而後者是在基質形成之前直接用在纖錐上面。所得 之纖維基条再用以撤細-分散之SiC添加_或SiC形態之 成份改良過之熱固性黏着薄來多重緊密化。碘化之後熱庳 理*在焦炭基質中將得到分離的SiC含有物。（PR, B, 2,635,773 )。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > Μ規格（210X297公釐） — — — — — —-7"^ -装 —111—#1 訂'—111—《沐 (請先閲讀免面之注意事項存填寫本頁) A7 B7 ___—* -- ~ 五、發明説明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 用分離的方法* Μ含有矽及含籌土添加雨之《化矽等 之填充料處理* SiC保雄層将在物件表面形成。由於考盧 到SiC層在冷卻時會龜裂，故在第一鹤SiC表靥用CVD法沈 積第二值SiC層Μ覆蓋裂缝。 如果表面保護《受撗害時，像埴樣的方法並不能維持 物質的可蓮作性，因爲預塗佈一 Si C薄靥之硪雄維，在磺-磺 基条被氧化時並無法確保一適笛的物質炱載容量。因此* 表面保護塗佈的可靠性有一特殊的R係（用多雇塗佈>。 雜然磺化矽的存在包含焦炭基質，但此方法所得之物 質的揮性棋數仍然傷低，因爲在基材中磺成分占多數•所 以，在要求高形狀安定性之構造中，此物質是不可使用 的。 太發明的堪示 本發明主要在發展一偏簡單而且相當快速的生鏖方法 (因緊密化循琢>*此方法將可確保所生產的磺-磺化矽物 件癱有髙刚性及形狀安定性，並且，即使在表面保嫌靥已 經受損，仍然能夠運載，至少，直到在蓮作狀態下（達到 1500Ί〇-1600Ό)的物件完成工作循瓖。 根據本發明的方法生產碘化矽複合材料物質的物 件，得以解決上述的問題。该物霣包含得到一硪-塑膠預 成物，是從碘鑛維及一熱固膠所得來，預熱處理該物質直 到Μ碘雄維補強焦炭基芦瞍接基質並 嫌補強之焦炎基質的緊密化係藉由熱解 磺滲透該物質而逹到，在矽化之前沈濂出的熱解硪會结晶 本纸張尺度適用中國困家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） -7 - Μ 8 811 經濟f央揉準局貝工消费合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（） 化，在1900到2000C粗度下熱*理緊密化預成物可形成細 孔道，而在矽化時，在所得到之預成物的细孔空間裡形成 一碘化矽裔架》 在本銳明窨裡* “塑膠"埴隹宇是指一改質或未改質 的天然有機樹脂、或經聚合作用或聚缩合作用所得之半合 成或合成有機樹脂。 在預成物中，磺繼雄可拿來當作編織布或编織作用物 的形狀裡的範例。 矽化物是被製備成覊及矽粉的混合物，其混合比例Μ 重量百分比表示如下： 矽 .......85 到 95 wt% Μ............5 到 15 wt% 用有機黏着製備合遽的挺合物，在矽化之前，此混 合物均一地直接嗔漏在物件表面上，然後在1800到2000T »度中矽化。 像逭樣一条列相當簡單及短的裂程操作中，將可確保 物質的tt性及安定性，並保持其可蓮作性，谊不只由於碘 化矽表雇（此處不考盧分離的方法所形成的），同時最重要 —1 的良而&_拌尥逋化彼脅架在_物住彤既^^物件 ------- ------ 構进則穿透到磺基条物質的#架之中。 Μ硝鐵維補強之焦庚基»的熱解磺滲透，结合其他操 作下，直接供給隨後形成第二泡費架，硪化矽，於碘基条 骨架裡。以熱解硪緊密化焦炭基質的步骤中，可能形成交 鳝通路（細孔道 >，因爲藉著毛細作用及«敝作用，矽會穿 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公* ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消费合作社印装 ,318811 A7 B7 五、發明説明（） 透到物質構造中，也可能產生磺化矽骨架，使所有的矽完 全轉變成硪化矽。逭值可能性存在於熱解碘*當熵充焦炭 基質減小細孔的大小，因細孔可當作»1得费架的“薄棋” 。在帶有熱解碘的物件物質细孔上，物件的自由（細孔）空 間會明顯的下降，所Μ只有少數的矽能穿透，熱解联和硪 化矽層的形成在此充分的交互作用著。而碘鑛維實際上仍 然保持不變，亦邸硪骨架伴隨著第二值骨架（硝化矽骨架> 的形成而保存著，此第二《骨架穿透第一傕骨架並支播物 件中所有的硝基条。 帶有熱解磺細孔的預滲透會增大硪的總量，因而減低 形成該硪化矽骨架所消耗的基条中主要的碘。由於逭一物 件物質最後會擁有該硪取代物及硪化矽的性質（高禪性棋 數及在含有《化媒質下仍能保有原來的性質>，這可由具 有硝化矽骨架之極低比重物質中得到。 在熱解硝沈稹在焦炭基質細孔中和在纖維上的结晶步 骤時*熱解磺的反應性會增加，故可加速矽化時Si C的形 成，防止沒轉變成碘化矽的矽接近磧鐵维。 否則，硝鐵維輿穿透來的矽反臁將導致易鼸的Sic鑛 維部份或全部地形成在物件構迪中，因而無法抗衝擊和張 力歲荷*同時也破壤硪骨架的建鑛性，谊也將損失部份的 物性強度。 硪化矽骨架係於矽滲入緊密細孔構造的物件之開放式 孔道之時形成，因而確保了物件物質的剛性，形狀和大小 的安定性*而且當表面保護塗佈携寄時仍能維持物件的運 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4%格（210Χ297公釐） -----ίιιλ 裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .訂·- 線 η 經濟部中央揉準局負工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 載容量〇 太發明^ »住奮渝锎 為了瞭解本發明的方法及«得《-磺化矽物質之物件 ，所用的新生產之磺-塑膠預成物，其初密度爲1.25到1.45 g/ci3，其《充物含量爲57到65%重量比*而且，根據預 浸技術或含浸鐵維成份到禱棋中。 所得到之預成物置於烘瀘中，於減壓或常壓下霣定地 加熱到磺化溫度900到11001C間烘烤。硪化會導致含焦炭 基質之預成物之碘鐵維補強，將有28到31%的孔性容積 ，及1.0到1.20s/c·3視密度。之後，碘化預成物将被熱 解碩緊密化，此時控制瓦斯使烘爐的溫度在960到990*0之 間。 通常，熱解磺緊密化的參數之遘定視瓦斯中甲烷的含 量、烘爐的大小、装載董、及預成物摻透於熱解硪的程度 而定。 預成物被緊密化到播得热解硪重《的10到25%爲止。 沈積在硪化預成物細孔空間的熱解磺，包含沿著細孔 周園排列堆積的石墨層，也會在物質焦炭基質及在鑛觼基 条的交鐵空間。 然後，熱解磧緊密化預成物於1900到20001C湛度中、 真空或鈍氣下予以熱處理>使熱解硪结晶及形成細孔道。 於结晶過程中，石墨堆積層曹成長（直徑及离度會增加>， 層靥互柑平行排列，平面間之空陳d。。·約爲3.44到3.47A 。而且*_送<两放的 >細孔顯然是因為焦炭基質内之内部 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） *. m : -------- - Lr ·ϋ 1—L n I------- -1- — - - 11 - IP r- 、tT* - -- n j- ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 ^：. A7 B7五、發明説明（） 應力的鬆弛所致。结果，預成物的視密度變成1.24到1.48 g/cna(視起始«充料之密度而定>。 在最後一步篇係将預成物矽化。逭是為了製備矽舆覇 粉（粒徑2 之混合物*其重量百分比為： 矽............85 到 95 wt% 硼............5 到 15 wt% 一液》有機黏著加到所得之混合物中，其添加置為 8到12% (重量比 >，在矽化之前，將混合物均一地塗在預 成物表面，其用董為預成物重董百分比的60到200%。對 每儀各別的預成物而言，混合物的用量視預成物經遇熱處 理後之視密度而定。 矽化的结果可在真空中或鈍氣下加熱至1800至2000¾ 並在此溫度下暴露0.5到1.5小時。此外混合物應用到預成 物熔融表面，並穿透（熔化或蒸發）到預成物两孔中。沿著 熔化和蒸氣的路徑*基質碘和矽及跚發生交互作用，结果 碘化矽纹脈在預成物细孔空間構成脅架。第一酾磧化矽在 細孔裡形成，從沈積之熱解磧持繙進入矽及硼Μ防其穿透 到預成物内部纖嫌骨架。 结果，磺化矽骨架在物件磺骨架的纖维繩之間出現交 纗的現象。 在瀛度低於1800D的操作條件下並不能確保矽進到細 孔中完全轉化成硝化物，因爲低反臞速率及熔顢物穿透能 力降低所致。反之，在溫度超遇2000TC時，會有磺化物分 解成硪化矽之競爭反應產生，而且，此磺是純石璺，将形 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---：丨人裝. .訂I* 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4规格丨210Χ297公釐） 318811 A7 B7 五、發明説明（） 成一磨降低強度的匾域。 該物件在最後矽化溫度的暴露下，有助矽化及擴散遇 程的完成，Μ及將未反應之矽騣走。在逋一情形中的物件 密度等於1.65至2.2g/cP。 加入覇可形成其氧化物及礦化物，可壜強物質的抗氧 化能力•並且*對其機械性能也有正面的彩響。混合物中 覇含置超過15%，由於矽化物的形成，對物質強度有灸面 的彩»;然而，在低於5%時，沒有钃的化合物形成，因 爲蒸發的自然流失及輪送到熔渣去了。 爲了更了解本發明，本文以下所給的是逭方法特別的 實施例及播得磺-碘化矽物質的例子。根據逭些例子所得 到之物件（物質樣品）在每鴒生產步骤都會测試其視密度* 禪性棋數，及最大彎折強度。如同上述，樣品在氧氣下Μ 离達30001的熱負載處理，在上面_量櫞品之大小及形狀 ，同時拥鼉鼉大爾折強度Μ決定當物質無SiC表面保讃靥 時之運載能力的保持。經由遒些澜量可評估在硪基質中硪 化矽骨架的可行性及持久性。然而逭骨架的可行性可由視 覺上首先決定以觀察到該物質微切面上*分散在逭塋纖維 之間的磺基質中硝化矽麻络。 mm 1 ； 製作一 200X 200X 8··的金羼板形狀物件。由全循琛 預沒技術裂備一《-塑膠預成物。將TNU-4(THY-4)级之嫘 縈雄維基条之磺鐵品含浸在5〇υ，有酚-甲醛黏著爾（FN 樹脂）中，可得一重量百分比為60%磺化之焦炭殘渣。所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } Μ規格（210X297公釐） I- ιτ 11 -I— I -I - - s L--1 ^1« _」1-- I 11 - I M ---=--- I - - i - . I *^^1 - I I ......... - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央梂準局負工消费合作杜印製 1 〇 經濟部中Jfcr·標準局貝工消费+作社印«. A7 B7 五、發明説明（） 得之預浸板在501C下乾燥28小時，然後暴露在大氣中24小 時。接著，四德鏃品層之預浸堆積板於置入物件形棋中形 成。在1701C下加歷7小時使鑄棋成形，可得碘-塑謬預成 物，其碘鐵嫌含量爲59%，視密度爲1.29g/cn3 » 碘化作用是在焦庚填充媒質中完成速度 升溫至900t!，得一視密度爲1.03g/caa之預成物，再将 此預成物熱解硪於一霣子真空烘觼中緊密化，瓦斯歷力為 1333Pa，先於960*C下50小時，之後於9901C下90小時。由 於熱解硪沈稹在細孔空間裡，故得到一 15%之預成物。 形成熱解磺结晶和細孔道係在霣子真空烘爐裡且餘壓 為133.3 Pa及20001C下1小時而芫成。最度偁於20小 時内逋到。處理後之視密度总1.25g/c·»。 矽化係於矽蒸氣下進行。預成物置入烘瀘中，並放一 盛有矽之坩.場在其旁。烘《溫度Μ平均100¾/h速上升至 2000TC，之後維持0.5小時，再Μ相同速度降祖至50t， 即可将預成物拿開。 產物的視密度爲2 g/c·3，其成份的重量百分比如下 硪獾維....... ........55 w顶— 基質硪....... ........2 wt96 碘化矽....... ........43 ut96 物霣之靜態張力棋數爲3〇x 108kg/··» ;在20C下之 «I限彎折強度為12kg/。 在氧北媒H且1300*0下操作1小時，亦發現相同之數 本紙法尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁 裝.

.•IT A7 B7 鍾濟部y*揉準局T消费合作社印製 五、發明説明（） 值爲 11kg/ 。 樣品的尺寸及形狀仍保持不變。 籲拥P : 製作一镇200X 200X 8 之金靨板。磺-塑膠預成物 的製備方法同範例1 ,除了用TGN-2M(T H-2M>级之鑼品及 LBS( EC>级之黏著劃之外得預成物之視密度為1.27g/c·3 ，硝含ft 62% (重量比）。稂據範例1的狀況矽化，得其視 密度為l.Og/c·*。 熱解硪结晶化係於1900Ό下1.5小時得到。結晶後之 視密度為1.24g/cna »矽化物由矽與硼粉粒徑不大於2»· 且碥舆矽比為5: 95%之混合物裂備而得。 所得之混合物，重置比例為石墨鐵品袋中預成物的150 %，被嗅爾在預成物表面》烘爐升滙速度同範例1，但升 到1870t後暴露1小時。 冷卻並從烘爐中取出後，物件之視密度爲1.9g/c·9 ，其成份之重董百分比如下： 硪纽維...............44 wt96 基質磺...............4.9 wt% 磺化矽...............51 ut96 _____ ilh«9 . . ^ ΓΓΓΓΤΤ. . ..0.1 wt% 的性霣如下： 、---------------- 彈性棋數.............4000kg/I·'8 棰限《折強度.........14ks/··* (在201C時〉 在《化媒質存在下： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 ，旅 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4规格（ 210X297公釐） A7 B7 318811 五、發明説明（） 操作1小時...........13kg/··* 樣品之尺寸及形狀保持不變。 鐮麻3 : 重後範例1的步》得一物件《像範例1相间的製備>° 一磺-塑謬預成物Μ相同步驟製備之，除了离棋數之VMN-4 (ΒΜΗ-4)鐵維為原料之纗品之外。 硪-塑膠預成物之視密度為1.45g/c·9，其纖維之重 曇比例爲60%。同範例1步鼸硪化預成物，得視密度1.2 g/c·3。熱解硪緊密化之重量比為20% ° 經热解硪結晶化及細孔道形成後，視密度變成1.43 g/ c·3。 在矽化過程中，一混合物僳由85%矽典15%粒徑不大 於500 ac·之珊粉（重量比>製得。裝載量是預成物的100% 重量比，混MKMT*<KMU>级之黏著_ 1 : 10之比例。所得之 期狀物均一嗔濯於物件表面，在最後溫度18〇〇t：下進行矽 化1. 5小時 所得之物件之視密度爲1.7g/c·*，其成份之重量比 例如下： 碩獷維...............72 wt% 基質碘...............0.5 wt96 硪化矽...............25 wt% 碾化物...............2.5 wt% 經1小時«化媒質拥試後..........20kg/··» 樣品之尺寸及形狀保持不變。同上，爲了決定«程參 本紙乐尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1^-------. —丨人 tn_i- m· ·ΒΒϋ« In· a·— II (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印氧

-1 R 經濟部中央棣準局I工消費合作社印製 A7 __B7五、發明説明（） 數之最佳數值，另外作了一些拥試，特別是熱解磺结晶化 溫度及預成物之最佳矽化溫度，其結果列在表1。所有餘 留的狀況重複範例2。 表1 範例 mm 结融 mm X： 砂化的 urn •c 視密度 g/c·3 眺鳅 kg/··* 極限W 澜碰 在《R，1300t：， 1小赌的澜試 4 2100 1900 2.3 3000 7.0 4.0 5 1800 1900 1.58 200 7.5 3.0 6 沒有结 1900 1.55 700 6.0 2.0 晶 7 1900 1750 1.59 600 8.0 5.0 8 1900 2050 1.60 700 5.0 3.0 並且，燃燒测試（於閬放的大氣下）物質之$成份，因 此，準備一傾100X 5X 5··之樣品，於1200C下加熱5小 時。 於測試後，樣品仍維持原形狀及尺寸。然而表面有些 撖的海綿結構（磷化矽费架 產物成份的重量百分比如下： 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） -1 A - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----—*-丨訂.Γ-----ί 4 丨-—：----- 51«8« Α7 Β7 五、發明説明（） 磺餓維....... ........9.9 wt96 基質硪........ ........0.1 wt% 碘化矽....... ........89 wt% 覇化物....... ........1.0 wt% 其視密度為1.59g/ci«a，»性棋數爲1800g/···，而極限 it折強度是8 kg/···。 由Μ上結果顧示，根據Μ上所描敘之技術而得之物質 ，由於磺化矽骨架在此處的可行性，可操作於棰嫌的狀況 甚至是SiC表面保護屬受換害畤，至少，可在氣化媒質存 在及离熱A荷下完成工作循環。 丁澹l·的瞻爾 本發明可應用於機械建築、航空、及其他需在离溫中 使用之碘物質。該物質可由SiC表靥或其他耐火物質塗佈 予Μ保護。 (請先wtt背面之注意事項再填寫本頁) m ^^1 up - -- I 1= I 1. LIr^ - -- .-- - 1= -- i^i I -ί?_· I I I -- -i I I »- 經濟部中央棣準局I工消费合作社印製 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS )八4规格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 918811 修正! 補?J A8 B8 C8 D8 公告 本 #、申請專利範園 第82 111 203號申請案申謫^利範園修正本 . 修正日期：85年12月 1. 一種製作碳-碳化矽複合材料物質之物件的方法，其 包含從碳纖維及一種热固性黏著劑製備一種碳-塑膠 預成物，經加热預處理該預成物直到獲得被碳纖維補 強之焦庚基質為止，接著緊密化該焦庚基質並予Μ矽 化*特激在於該碳纖維補強之焦炭基霣之緊密化係賴 由热裂解碳之滲透而逹成，由沈積的热裂解碳之结晶 化及由熱處理而形成细孔道，該緊密化的預成物於 1900〜2Q0Q1C下於該矽化之前先形成，並且於矽化狀 況下，由於矽與碳之間互相作用的结果而形成一種碳 化矽骨架。 2. 如申請専利範画第1項的方法，其中該矽化物係由砸 與矽之粉末Μ下列之重量百分比之混合物製備而得： W...........85 到 95 wt% 硼...........5 到 15 wt% 請先閱讀背面之注f項再填寫本頁 frui aLr ϋ·— li>i it 經濟部中央梂準局貞工消费合作社印裝 3. 如申請專利範園第2項的方法*其中該混合物的粉末 為用有檐黏著劑予以製備，在矽化之前，將它均一地 直接啧灑在物件表面上，並且該矽化係在溫度從180 0 t到2000¾下進行。 4. 一種碳-碳化矽複合材料物質，其包含配置在具有碳 化矽之碳基質裡之碳雄維骨架形式的基系*其特徽在 於該碳化矽係以穿透該碳骨架之第二骨架形式所構成 Ο Γ— HI —----UM-—I 本紙張尺度逋用中國困家標準（CNS ) A4規格（210X297公液） 18 918811 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 5.如申請專利範園第的碳-碳化矽複合材料物質* 其中該組成成份係包含下列重量百分比： 碳雄維...............30到 72 wt% 基質碳...............0.5到 5 wt% 碳化矽............... 25到 65 wt% 砸化物...............0到2.5 wt% 6.如申請専利範匯第5項的碳-碳化矽複合材料物質， 其中該碳-碳化矽複合材料物質包含當作編继物或編 孅基質之碳灌維。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 ^1.----- ------J-----f ! 19 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）