TWI422820B - 金屬壓合測試治具結構 - Google Patents

Description

金屬壓合測試治具結構

本發明係關於一種金屬壓合測試治具結構，特別是關於一種設有內環部及外環部的金屬壓合測試治具結構。

所謂金屬壓合或金屬擴散接合(Diffusion Bonding)，是在高壓與高溫下使金屬與金屬(同質金屬或異質金屬)之間的原子在兩層金屬間跳躍並接合；例如古代的打鐵鑄劍，就是運用反覆加溫與搥打，讓軟鐵包覆硬鋼，使鍛鑄的刀劍同時具備高硬度與強韌性。金屬壓合與共晶接合不同的是，共晶接合需要以焊料作為媒介，利用加熱焊料使焊料溶解，然後達到接合金屬的目的；而金屬擴散接合則不需要使用焊料，就可接合同質或異質的金屬，此種技術具有較佳的密封性等特點，目前廣範被應用於各種加工領域。

習用的金屬壓合測試，特別是指用於兩片同質或異質金屬間的壓合測試。其主要目的是藉由此技術觀察兩試片在高溫狀態下，藉由高壓力使其金屬原子透過原子擴散的方式而互相接合，並可測試各種加壓壓力及加熱溫度下該接合試片之接合強度。目前，業界測試金屬擴散接合能力多需使用一種專用的材料試驗機以進行測試，由於此種機台價格昂貴且環境需限制在真空之下，因此，使得金屬壓合測試的成本向來偏高。

後來，已有改良出一種以拉伸壓縮材料實驗機來進行金屬壓合測試的方法，該機台可對一組測試胚料進行加壓及加溫，以使該組測試胚料接合，並且可進一步利用該機台進行後續之接合強度的測試(拉伸測試)。

請參考第1A圖及第1B圖所示，第1A圖揭示一種習用金屬壓合測試治具結構之分解立體圖；第1B圖揭示一種習用金屬壓合測試治具結構之組裝立體圖。以鋁質的測試胚料之壓合測試為例。首先，將兩片鋁質的測試胚料81堆置於一測試治具82內，該鋁質測試胚料81係一立方體，例如常使用的尺寸是長度及寬度各為30公厘、高度為20公厘的鋁質立方體。該測試治具82是由兩個對稱的殼體821組成的一組對應該兩片疊置的測試胚料81的拘束構造，該二殼體821對應設有凸耳部與固定孔(未標示)，將該兩片測試胚料81一上一下的疊置於該測試治具82之內，並以扣件(未繪示)固定該二殼體821以將該兩片疊置的測試胚料81固定拘束於該測試治具82之內。接著，藉由一機台(未繪示)從上下方加壓與對該測試治具82的周圍施加高溫，使該兩片測試胚料81透過原子擴散的方式而互相接合，由於該鋁質的測試胚料81在上下加壓及整體加溫時其體積會產生沿水平方向向外擴張的變形應力，藉由該測試治具82的拘束可使該測試胚料81能保持其沿水平方向不至變形，並且於壓合完成後將該測試治具82分開以取出該兩片測試胚料81，並進行後續的接合強度的測試。

然而，該習用之測試治具82具有以下的缺點，例如：其方型的直角角落極端不利於應力的平均分布，當該鋁質的測試胚料81及該測試治具82受到高壓及高溫時，所產生之應力容易造成該測試治具82的角落變形或破裂，甚至使該測試胚料81的接合處變形，以至於使得該測試胚料81接合的品質不佳，無法進行後續接合強度的測試。

故，有必要提供一種金屬壓合測試治具結構，以解決習知技術所存在的缺陷。

本發明之主要目的在於提供一種金屬壓合測試治具結構，其藉由二個內環所組成之具有外錐度之一組內環部，用以包覆一組疊置之測試胚料，以及對應設置的一具有內錐度之外環部，用以包覆該組內環部。該測試治具結構提供該測試胚料足夠的拘束強度以進行壓合測試，並且於該測試胚料壓合完成後能方便取出該測試胚料。

本發明之次要目的在於提供一種金屬壓合測試治具結構，其藉由一外環部對應其自身之內錐度設有一外錐度，以使該外環部之厚度一致，其具有較佳之結構，用以平均壓合測試時因加熱及加壓所產生的應力。

本發明之另一目的在於提供一種金屬壓合測試治具結構，其藉由第一內環及第二內環具有一高度差，因此在分開該第一內環及該第二內環時能靠此高度差作為施力點，以更容易的將該第一內環及該第二內環分開，以方便取出測試胚料。

為達上述之目的，本發明提供一種金屬壓合測試治具結構，其用於一金屬壓合測試機台上，以壓合一組測試胚料，該組測試胚料為二個同質或異質的上下疊置之圓柱體，該金屬壓合測試治具結構包含：一組內環部，係由二個半圓弧體組合之中空圓柱體，其高度約等於該組測試胚料之疊置高度，其包含一第一內環及一第二內環，該組內環部緊密包覆該組測試胚料，並且該組內環部之外周面上具有一向上方內縮之外錐度；及一外環部，係一中空之圓柱體，其套設於該內環部之外周面，其高度約等於該組測試胚料之疊置高度，其內周面上對應該組內環部之外錐度設有一內錐度。

在本發明之一實施例中，該組內環部外周面底部外徑約等於該外環部底部之內徑。

在本發明之一實施例中，該第一內環及該第二內環之高度略高於該組測試胚料之疊置高度。

在本發明之一實施例中，該第一內環之高度略高於該第二內環之高度。

在本發明之一實施例中，該第二內環之高度略高於該第一內環之高度。

在本發明之一實施例中，該組內環部之外錐度為1度至5度

在本發明之一實施例中，該組內環部之外錐度為2度至4度

在本發明之一實施例中，該外環部對應其自身之內錐度，設有一外錐度，以使該外環部之厚度一致。

在本發明之一實施例中，該測試胚料直徑為30公厘，高度為20mm(公厘)；該第一內環及該第二內環之高度為41mm(公厘)。

在本發明之一實施例中，該測試胚料直徑為30mm(公厘)，高度為20mm(公厘)；該第一內環之高度為41mm(公厘)，該第二內環之高度為45mm(公厘)。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

下列說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「內」、「外」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，本發明以下實施例中所提到的方向用語僅是用來輔助說明本發明技術內容，而非用來限制本發明。

請參照第2圖所示，其揭示本發明第一實施例之金屬壓合測試治具結構之立體分解圖。一種金屬壓合測試治具結構10，其用於一金屬壓合測試機台(未繪示)上，以壓合一組測試胚料20，該組測試胚料20為二個同質或異質的以上下疊置之金屬圓柱體(例如二個鋁質的測試胚料20)，該金屬壓合測試治具結構10包含：一組內環部11及一外環部12。該組內環部11係由二個半圓弧體組合之中空圓柱體，包含一第一內環11a及一第二內環11b，該組內環部11可緊密包覆該組疊置之測試胚料20；該外環部12係一中空之圓柱體，其套設於該內環部11之外，其高度約等於該組測試胚料20之疊置高度。

請同時參考第3A圖及第3B圖所示，第3A圖揭示本發明第一實施例之金屬壓合測試治具結構之立體組合圖；第3B圖揭示本發明第一實施例之金屬壓合測試治具結構之側剖視圖。如第3A圖及第3B圖所示，該組測試胚料20被置於該第一內環11a及該第二內環11b所組成之該組內環部11內，並且該組測試胚料20與該內環部11呈一緊密套合之狀態；另外，該組內環部11之外周面具有一向上內縮之外錐度；該外環部12之內周面上對應該組內環部11之外錐度設有一內錐度，該組內環部11與該外環部12亦可緊密套合，其中，該內環部11外周面底部外徑約等於該外環部12底部之內徑，以使該內環部11與該外環部12套合後之底部能落在同一平面上。

在本發明的第一實施例之金屬壓合測試治具結構10較佳由工具鋼來製作，以具有較佳的模具強度。而每一個測試胚料20(例如鋁質測試胚料20)其直徑較佳例如為30mm(公厘)，高度為20mm。該內環部11(第一內環11a及該第二內環11b)高度較佳略高於該組測試胚料20之疊置高度40mm，例如，該第一內環11a及該第二內環11b之高度為41mm，以方便一壓桿(未繪示)定位及施加壓力於該測試胚料20上。另外，該組內環部之外錐度為較佳為1度至5度，更佳是為2度至4度。其中該組內環部底部之厚度例如為8mm，該外環部之底部之厚度例如為10mm。該組內環部11之外錐度較佳為1度至5度，該組內環部11之外錐度更佳為2度至4度，以具有較佳的拘束強度又方便將該組測試胚料20取出。

雖然，上述列舉了本發明之金屬壓合測試治具結構10的一些主要尺寸，在相同尺寸的測試胚料20的條件下，才能去比較不同壓合壓力與溫度所產生的接合強度。然而，上述之尺寸並非用以限制本發明。

請再參考第4圖所示，第4圖揭示本發明第一實施例之金屬壓合測試之示意圖。如圖所示，一拉伸壓縮材料實驗機台30包含一下平台31及一對應的上平台32，該下平台31及該上平台32藉由支撐裝置及動力機構(未繪示)，可使該下平台31及該上平台32能相對移動。該下平台31之上表面另設有圓柱狀之下模板41，該上平台32之下表面另設有圓柱狀之上模板42，該上模板42位於對應該下模板41上方一段距離。

當進行該測試胚料20之壓合測試時，首先，將該組合完成之該測試胚料20及該測試治具10置於該下模板41之上表面。另外，將一熱源產生器50之一加熱線圈51環繞設置以鄰近該測試治具10之外周面。其中，該熱源產生器50較佳是一中週波熱源產生器50，透過調整電流功率加熱該加熱線圈51，可使該測試治具10內的測試胚料20達到一設定之接合溫度。

再者，該中週波熱源產生器50可以搭配其他測溫量具(未繪示)，如一紅外線溫度量測器等，以量測該加熱之測試胚料20表面之溫度，同時與一熱電耦裝置(未繪示)所量測到的溫度相比較，藉此來校正溫測準確性。以該熱電偶測溫裝置可測量該測試胚料20升溫達到目標溫度及保持目標溫度時所需要的時間，以及可使用此方法來監控整個實驗的溫度變化，並於到達目標溫度後開始恆溫加熱。

接著，該拉伸壓縮材料實驗機台30可透過一導螺桿(未繪示)移動該下平台31及該上平台32以分別帶動該下模板41及該上模板42，以帶動該下模板41及置於其上的測試治具10與測試胚料20往上模板42的方向等速度移動。其中，該上模板42另設有一壓桿43。由於該內環部11(第一內環11a及該第二內環11b)高度略高於該組測試胚料20之疊置高度，因此，該壓桿43可被定位於該內環部11內，並進一步觸壓該測試胚料20。當該壓桿43之下端平面接觸該上方之測試胚料20之上平面時，該下模板41及下模板42開始給予兩測試胚料20外加負荷使其壓合，當壓深到固定行程後，壓合試驗就完成。本發明的金屬壓合測試乃藉由高壓及高溫使該組測試胚料20表面間之原子透過原子擴散的方式而互相接合。

在完成金屬壓合後，將該測試治具10連同在其內的該組測試胚料20從該實驗機台30上取出。由於該內環部11與該外環部具有相應之錐度，透過向下敲打該內環部11之上緣可將該內環部11連同其內的該測試胚料20從該外環部12取出，接著，再從兩側分別施力以分開該第一內環11a及該第二內環11b以取出該組壓合完成之測試胚料20。

特別需要說明的是，本發明所舉例使用的該拉伸壓縮材料實驗機台30之壓縮力量可達50噸，拉伸力量可達5噸。主要在於給予該組測試胚料20足夠的壓力促使其彼此透過擴散接合的方式接合，並且，又可同時在該相同的實驗機台30上做拉伸式之強度測試，因為本測試所使用的拉伸壓縮材料實驗機台30價格相對便宜，使得該測試胚料20之測試成本可大幅降低。另外，本發明所使用的測試環境，可選擇在一般大氣環境下進行，或者因為考慮到加熱壓合過程中須避免該組測試胚料20發生氧化，也可以將該實驗機台30置於一個充填氮氣或抽真空的環境下來進行。

請同時參考第5A圖及第5B圖所示，第5A圖揭示本發明第二實施例之金屬壓合測試治具結構之立體組合圖；第5B圖揭示本發明第二實施例之金屬壓合測試治具結構之側剖視圖。如第5A圖及第5B圖所示，本發明第二實施例之金屬壓合測試治具結構相似於本發明第一實施例之金屬壓合測試治具結構，不同之處在於：其中該外環部12’對應其自身之內錐度，設有一外錐度，如此的設計可使得該外環部12’上下兩端的厚度一致，因此其結構之應力較佳，使該測試治具10可獲得較好的拘束強度與效果。

請同時參考第6A圖及第6B圖所示，第6A圖揭示本發明第三實施例之金屬壓合測試治具結構之立體組合圖；第6B圖揭示本發明第三實施例之金屬壓合測試治具結構之側剖視圖。如第6A圖及第6B圖所示，本發明第三實施例之金屬壓合測試治具結構相似於本發明第二實施例(或第二實施例)之金屬壓合測試治具結構，不同之處在於：其中該第一內環11a’之高度略高於該第二內環11b’之高度(或該第二內環11b’之高度略高於該第一內環11a’之高度)。例如，該第一內環11a’之高度較佳為45mm(公厘)，該第一內環11b’之高度較佳為41mm。因此，當完成金屬壓合後，將該測試治具10連同其內的該測試胚料20從該拉伸壓縮材料實驗機台30上取出後。由於該內環部11’與該外環部12’具有相應之錐度，透過向下敲打該內環部11’上緣可將該內環部11’連同其內的該測試胚料20從該外環部12’取出，接著，再從兩側分別施力以分開該第一內環11a’及該第二內環11b’，由於該第一內環11a’及該第二內環11b’具有一高度差，因此在分開該第一內環11a’及該第二內環11b’時能靠此高度差找到施力點，以更容易將該第一內環11a’及該第二內環11b’分開，以方便取出該測試胚料20。

相較於習用測試胚料測試治具以方形為主，其直角角落因為應力的不平均，易於使該測試治具應力不均而破裂，並使得測試胚料的接合品質不佳。本發明之金屬壓合測試治具結構10，其藉由二個內環11a、11b組成之具有外錐度之一組內環部11，以包覆一組疊置之測試胚料20，以及對應設置具有內錐度之一外環部12包覆該組內環部11，以提供該組測試胚料20足夠的拘束強度以進行壓合測試，並於該組測試胚料20壓合完成後方便取出該組測試胚料20。

本發明已以較佳實施例方式揭露，然其並非用以限制本創作，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．測試治具結構

11．．．內環部

11’．．．內環部

11a．．．第一內環

11a’．．．第一內環

11b．．．第二內環

11b’．．．第二內環

12．．．外環部

12’．．．外環部

20．．．測試胚料

30．．．實驗機台

31．．．下平台

32．．．上平台

41．．．下模板

42．．．上模板

43．．．壓桿

50．．．熱源產生器

51．．．加熱線圈

81．．．測試胚料

82．．．測試治具

821．．．殼體

第1A圖：習用金屬壓合測試治具結構之分解立體圖。

第1B圖：習用金屬壓合測試治具結構之組裝立體圖。

第2圖：本發明第一實施例之金屬壓合測試治具結構之立體分解圖。

第3A圖：本發明第一實施例之金屬壓合測試治具結構之立體組合圖。

第3B圖：本發明第一實施例之金屬壓合測試治具結構之側剖視圖。

第4圖：本發明第一實施例之金屬壓合測試之示意圖。

第5A圖：本發明第二實施例之金屬壓合測試治具結構之立體組合圖。

第5B圖：本發明第二實施例之金屬壓合測試治具結構之側剖視圖。

第6A圖：本發明第三實施例之金屬壓合測試治具結構之立體組合圖。

第6B圖：本發明第三實施例之金屬壓合測試治具結構之側剖視圖。

10．．．測試治具結構

11．．．內環部

11a．．．第一內環

11b．．．第二內環

12．．．外環部

20．．．測試胚料

Claims (9)

1. 一種金屬壓合測試治具結構，其用於一金屬壓合測試機台上，以壓合一組測試胚料，該組測試胚料為二個同質或異質以上下疊置之金屬圓柱體，該金屬壓合測試治具結構包含：一組內環部，係由二個半圓弧體組合之中空圓柱體，其高度約等於該組測試胚料之疊置高度，其包含一第一內環及一第二內環，該組內環部緊密包覆該組測試胚料，並且該組內環部之外周面上具有一向上方內縮之外錐度，該組內環部之外錐度為1度至5度；及一外環部，係一中空之圓柱體，套設於該組內環部之外，其高度約等於該組測試胚料之疊置高度，該內周面對應該組內環部之外錐度設有一內錐度；其中，該金屬壓合測試機台另包含一下模板、一上模板與一熱源產生器，該下模板之上表面放置該測試治具，其內並包含該組測試胚料；該上模板另設有一壓桿以定位於該測試治具的內環部上端，並觸壓至該組測試胚料的上方；該熱源產生器環繞設置於該測試治具之外周面，藉由高壓及高溫使該組測試胚料表面間之原子透過原子擴散的方式而互相接合時，該測試治具提供該組測試胚料的水平方向拘束強度，並於壓合完成後方便取出該組測試胚料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬壓合測試治具結 構，其中該組內環部外周面底部外徑約等於該外環部底部之內徑。
3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬壓合測試治具結構，其中該第一內環及該第二內環之高度略高於該組測試胚料之疊置高度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之金屬壓合測試治具結構，其中該第一內環之高度略高於該第二內環之高度。
5. 如申請專利範圍第3項所述之金屬壓合測試治具結構，其中該第二內環之高度略高於該第一內環之高度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之金屬壓合測試治具結構，其中該組內環部之外錐度為2度至4度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之金屬壓合測試治具結構，其中該外環部對應其自身之內錐度，設有一外錐度，以使該外環部之厚度一致。
8. 如申請專利範圍第1項所述之金屬壓合測試治具結構，其中該測試胚料直徑為30公厘，高度為20公厘；該第一內環及該第二內環之高度為41公厘。
9. 如申請專利範圍第1項所述之金屬壓合測試治具結構，其中該測試胚料直徑為30公厘，高度為20公厘；該第一內環之高度為41公厘，該第二內環之高度為45公厘。