TWI515059B - 一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體 - Google Patents

Description

一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體

本發明是關於一種適用於能源材料製作之組合式氣氛控制壓鑄腔體，此腔體可用來製作奈米線，並且達到材料節省使用之目的，利用組合式氣氛控制壓鑄腔體可使熔融之合金液體注入具有奈米等級結構之模板進而製得具有奈米結構之合金工件，奈米技術應用於目前之工程科技上有良好的發展潛能。近年來文獻中提及其製造技術，多以半導體技術為製程，製程中要求高真空度，昂貴的儀器設備，而且製程時間甚長，相對地使奈米材料(元件)於量產上受到了限制，本發明專利提供一簡便製造奈米線材之組合式氣氛控制壓鑄腔體，改善以上諸問題。

壓鑄為一成熟之鑄造產業，其特點是利用模具腔對融化的金屬施加高壓，模具通常是用強度更高的合金加工而成的，這個過程有些類似注塑成型，大多數壓鑄鑄件都是不含鐵的，例如鋅、銅、鋁、鎂、鉛、錫 以及鉛錫合金以及它們的合金，根據壓鑄類型的不同，需要使用冷室壓鑄機或者熱室壓鑄機，鑄造設備和模具的造價高昂，因此壓鑄技術一般只會用於批量製造大量產品，壓鑄特別適合製造大量的中小型鑄件，因此壓鑄是各種鑄造中技術使用最廣泛的一種，相對於其它鑄造技術，壓鑄的表面更為平整，擁有更高的尺寸一致性。

奈米材料為一種節能材料不論在光學、生物科技、光電元件、感測材料、微電子元件或半導體等科技上均有良好的發展潛能，奈米材料除了可使材料密度或元件使用時堆積密度大大地提高外，另外，當材料小於某一尺寸時將呈現與巨觀材料不同的物理和化學性質，如銅的熔點為1085℃而20nm銅微粒的熔點僅39℃、10nm奈米陶瓷粉末的燒結速度比10um粉末快10¹²倍、奈米微粒表面的原子具有極高之反應活性，因此奈米微粒置於空氣中會燃燒、金粉顆粒度小於奈米尺寸(nano-size)時、因光的折射而表現出不同的顏色、某些金屬材料顆粒度小於奈米尺寸時、將使其電阻值降低甚至達無電阻狀態、油漆材料顆粒度小於奈米尺寸時、將使其由親水性變為斥水性材料，而目前奈米科技已有的研究成果則包括：量子計算機、量子磁碟、單電子電晶體、微型感測器、奈米電容器、奈米發光器、分子開關、分子齒輪、分子馬達、奈米微影照相機、奈米電路、奈米電纜、奈米秤、奈米鑷子、奈米鼻、奈米機器、奈米醫學、奈米加工系統、奈米碳管、奈米晶銅、奈米金屬、奈米陶瓷、奈米SiO₂、奈米碳酸鈣、奈米金剛石、奈米磁性材料、奈米複合鋼、奈米潤滑材料、奈米硫化鎢、奈米硒、奈米抗菌衛生陶瓷、奈米高分子材料、奈米火車、奈米洗衣機、奈米抗菌衣、奈米軍服、奈米隱形塗料、奈米彈藥、奈米武器、奈米塑料等成果。

多孔性材料目前已被廣泛地應用於日常生活中，如生物過濾膜、催化劑、潤滑油吸收表面、奈米模板等。目前已有多種技術應用於製造多孔性材料，例如：鋁,鎂,鈦,矽,鋯等金屬表面過陽極處理(anodizing)後、金屬表面經化成處理(chemical conversion)後、陶瓷材料經燒結(sintering)後、石墨經化學溶液浸蝕(etching)後、高分子材料經凝膠-凝結(sol-gel)處理後、或是材料表面經過離子轟擊(ion bombardment)等技術處理後，均會在該材料表面或內部產生多孔性特質。以上各種使材料表面或內部產生多孔性技術中，其中鋁經陽極處理法所得到的氧化鋁(Al₂O₃)具有均一的孔隙度、奈米級的孔徑(5~80nm)、較大的深寬比(h/w7000)、陣列式的孔洞排列、極高的孔隙密度(10⁸~10¹³/cm²)等特點，另外，Al₂O₃的熱穩定性、化學穩定性、與電學穩定性極佳，因此以陽極處理法所得到的陣列式多孔性Al₂O₃為目前最受歡迎的奈米模板(template)材料。

奈米元件(nano-elements)或奈米線材(nano-wire)通常於奈米孔洞(nano-holds)基座(template)中形成，此一基座的形狀將被所填入的金屬或是氧化物所複製(replicate)，最後除去基座而得到奈米元件或奈米線材，所以基座的特性將影響奈米元件或奈米線材的製作。文獻中製造奈米孔洞基座技術為：於高純度鋁表面上利用陽極處理(anodizing)方式，使其表面生成一Al₂O₃的氧化層，由於Al₂O₃形成之初具有陣列排列的蜂窩狀組織，且其生成之孔洞可小至10nm以下尺寸，因此高密度的陣列孔洞(10⁹~10¹²/cm²)成為其特性之一，目前市售的光碟片容量約為2×10⁷/cm² bits，若改以奈米技術製作光碟片，則記憶容量將可提高至10¹⁰/cm² bits以上。控制奈米孔洞的幾個重要參數分別為基座的材料，電解液、外加電壓、溫度與時間等參數，其中以電 壓為控制奈米孔洞直徑的最重要因素。

許多材料在經過腐蝕液侵蝕(Etching)後，表面亦會產生奈米孔洞，如純鋁置於10%(HF)中，表面即會產生奈米孔洞，但此奈米孔洞之孔徑大小不均一，且無陣列式的排列，所以其研究價值較低，一個良好的奈米孔洞應具有排列性、孔洞尺寸均一、大的深度與口徑比、製程簡單且穩定等基本特性。

奈米材料的研究領域可區分為：陣列式奈米模板(array nano-pores)的製作，奈米點/線材的製作，奈米材料特性的量測，奈米材料的應用等方向，雖然Al₂O₃陣列式奈米孔洞的反應機構早於1978年已由美國貝爾實驗室的Thompson初步提出，但至今仍有許多疑點尚待釐清，同時，製作均一性大面積的陣列式奈米模板技術，仍有待克服。因此，陽極氧化Al₂O₃(AAO)之陣列式奈米模板的反應機構，將有必要更進一步的深入探討。奈米線材製程中常以AAO為模板，將金屬元素填入該模板中，形成奈米金屬點、線、帶等，常見的技術如電鍍法、化學/物理氣相沉積法、凝膠-凝固法、熱處理法、壓鑄等方法。其中電鍍法和凝膠-凝固法可於常壓下進行，然而，其對控制參數的敏感度亦較高，而化學氣相沉積法、熱處理法、壓鑄法需於真空下進行，相對地，其品質與成份亦較易控制。

真空熱處理是真空技術與熱處理技術相結合的新型熱處理技術，真空熱處理所處的真空環境指的是低於一個大氣壓的氣氛環境，包括低真空、中等真空、高真空和超高真空，真空熱處理也屬於氣氛控制熱處理。真空熱處理可以實現幾乎所有的常規熱處理所能涉及的熱處理技術，但熱處理品質大大提高。與大氣熱處理相比，真空熱處理可實現無氧化、 無脫碳、無氧化，並有脫脂除氣等作用，從而達到表面光亮淨化的效果。工件經過真空熱處理後，變形量低，品質高，因此真空熱處理不僅是某些特殊合金熱處理的必要手段，而且在一般工程用鋼的熱處理中也獲得應用，特別是工具、模具和精密元件等，經真空熱處理後使用壽命較一般熱處理有較大的提高。例如某些模具經真空熱處理後，其壽命比原來鹽浴處理的高40~400%，而有許多工具的壽命可提高3~4倍左右。此外，真空加熱爐可在較高溫度下工作，且工件可以保持潔淨的表面，因而能加速化學熱處理的吸附和反應過程。因此，某些化學熱處理，如滲碳、滲氮、滲鉻、滲硼，以及多元共滲都能得到更快、更好的效果。

一個真空系統往往結合了數項組件，它必須包含幫浦，閥門，管路等項以便可以形成低壓的環境。常見的幫浦如旋轉式和活塞式的機械幫浦，該種幫浦所抽到真空的極限在於10^-1至10^-3Pa之間，當真空度要求比這個更高時，不同種類的幫浦必須相互配合才可達到符合所求，有幾種幫浦可以搭配上面的機械幫浦而使得系統可以達到更高的真空程度，擴散幫便是第一個常見的高真空幫浦。擴散幫浦它的工作範圍無法從大氣壓力一直持續至高真空範圍。第二個常見的高真空幫浦則是渦輪分子幫浦，這兩種幫浦其氣體排放口的壓力必須在0.5至50Pa之間，也就是說該氣體排放必須進入機械式幫浦的進氣口，當機械式幫浦與這高真空幫浦的組合時，我們稱這機械式幫浦為backing pump或是fore pump。

本發明之目的在於提供一種能源材料使用之組合式氣氛控制 壓鑄腔體，藉由可組裝式之真空腔體與壓鑄棒的功能使熔融液體可在此腔體中進行精密之壓鑄操作。本發明專利考量了模具設計的實用性與操作方便性、模具體積小、與低製作成本的商業價值，因此利用產業界廣泛使用的不銹鋼做為真空腔體的基本材料，此氣氛控制壓鑄腔體結構具有生產簡單性與組裝可變化性等特性，適用於大量工業量產上。此一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體之分解圖1000結構如第1圖所示，包含：真空連接板1001、第一連接管1002、真空閥門1003、第二連接管1004、第一真空腔體片1005、螺絲孔1006、冷卻水進水口1007、冷卻水出水口1008、壓鑄棒1009、冷卻管1010、纏繞式冷卻管進水口1011、纏繞式冷卻管出水口1012、冷卻水 連 接管1013、第一硬性墊片1014、第二真空腔體片1015環內徑1016、硬性墊片刀口1018、內模具上墊片1019、內模具中環1020、內模具下墊片1021、第二硬性墊片1022、第三真空腔體片1023、螺絲1024、螺絲墊片1025、螺帽1026。

第2圖更說明了第一真空腔體片與真空閥門組合圖2000，其結構包括連接於真空幫浦之真空連接板2001；第一連接管2002於之一端插入並銲接於真空連接板2001；第一連接管2002之一端插入並鎖緊於真空閥門2003之一端口；第二連接管2004之一端插入並鎖緊於真空閥門2003之另一端口；第二連接管2004之一另端插入並銲接於第一真空腔體片2005；第一真空腔體片2005上設置有複數個螺絲孔2006；冷卻水進水口2007；與冷卻水出水口2008用來當加熱時對第一真空腔體片2005的冷卻；壓鑄棒2009設置於第一真空腔體片2005之圓心處並貫穿第一真空腔體片2005；壓鑄棒2009上纏繞有冷卻管用來當加熱時對壓鑄棒2009的冷卻；第一軟性連 接管2010；第二軟性連接管2011；與冷卻水連接管2012用來串聯冷卻水出口2008與纏繞式冷卻管入水口2013。

第3圖顯示第一真空腔體片結構分解圖3000，其結構包括第一真空腔體片3001表面設置有複數個均勻管穿之螺絲孔3002；冷卻水進水口3003；冷卻水出水口3004；與冷卻水槽3007用來當加熱時對第一真空腔體片3001的冷卻；第一凹槽3005；第二凹槽3006；壓鑄棒插孔3008設置於第一真空腔體片3001之圓心處並貫穿第一真空腔體片3001；O型環槽3009設置於壓鑄棒插孔3008內之側邊；冷卻水槽蓋片3010置於冷卻水槽3007上表面並銲接於第一凹槽3005與第二凹槽3006；冷卻水槽蓋片3010表面設置有溫度計插孔3012與真空連接口3013並貫穿於第一真空腔體片3001。

第4圖顯示第一真空腔體片結構組合圖4000，其結構包括第一真空腔體片4001表面設置有複數個均勻管穿之螺絲孔4002；壓鑄棒插孔4003設置於第一真空腔體片4001之圓心處並貫穿第一真空腔體片4001；O型環槽4004設置於壓鑄棒插孔4003內之側邊；冷卻水進水口4005與出水口設置於第一真空腔體片4001側邊並貫穿至冷卻水槽；冷卻水槽蓋片4006置於冷卻水槽上表面並銲接於第一凹槽與第二凹槽；冷卻水槽蓋片4006與第一凹槽、第二凹槽介面呈現有第一銲道4009與第二銲道4010，該些銲道的表面影像可經化學拋光或機械研磨後移除；冷卻水槽蓋片4006表面設置有溫度計插孔4007與真空連接口4007並貫穿於第一真空腔體片4001。

第5圖說明內模具結構分解圖5000，內模具上墊片5001；內模具中環5002；內模具下墊片5003，可將工件置於內模具中環內並將內模具上墊片5001置於工件之第一表面上，將內模具下墊片5003置於工件之第 二表面上；其中上述內模具材質為不易變形之鋼材。

第6圖說明組合式氣氛控制壓鑄腔體組合圖6000；其結構包括連接於真空幫浦之真空連接板6001；第一連接管6002於之一端插入並銲接於真空連接板6001；第一連接管6002之一端插入並鎖緊於真空閥門6004之一端口；第二連接管6004之一端插入並鎖緊於真空閥門6003之另一端口；第二連接管6004之一另端插入並銲接於第一真空腔體片6005；第一真空腔體片6005上設置有複數個螺絲孔6016；冷卻水進水口6008；與冷卻水出水口6009用來當加熱時對第一真空腔體片6005的冷卻；壓鑄棒6015設置於第一真空腔體片6005之圓心處並貫穿第一真空腔體片6005；壓鑄棒6015上纏繞有冷卻管6011用來當加熱時對壓鑄棒6015的冷卻；第一軟性連接管6013；第二軟性連接管6014；纏繞式冷卻管進水口6011；纏繞式冷卻管出水口6012；與冷卻水連接管6017用來串聯冷卻水出水6009口與纏繞式冷卻管出水口6012；第二真空腔體片6006；第三真空腔體片6007；利用螺帽6019、螺絲墊片與複數根螺絲6016使第一真空腔體片6005、第一硬性墊片、第二真空腔體片6006、第二硬性墊片、第三真空腔體片6007結合成一腔體；其中上述壓鑄棒材質為不易變形之鋼材。

以下，茲使用第1圖~第6圖來詳細說明本發明相關之組合式氣氛控制壓鑄腔體各實施例，此壓鑄腔體除了可進行真空壓鑄外若將內模具移除則此真空腔體亦同時具備有真空熱處理的功能。此外，在圖面的說明中，同一要素或具有同一機能的要素係使用同一符號，並省略重複的說 明。

【實施例1】

真空合金層形成：其操作步驟為(1)將表面鍍有鎳的銅片置入真空腔體內；(2)利用機械幫浦使真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至500~900℃，0.1~10小時熱處理；(4)將真空腔體冷卻至室溫，較佳的操作條件為空度維持在10^-3Torr，真空腔體加熱至750℃，5小時熱處理，鎳-銅片經真空熱處理後表面可形成鎳銅合金層。

【實施例2】

碳鋼的真空退火：其操作步驟為(1)將低碳碳鋼、中碳鋼、與高碳鋼工件置入真空腔體內；(2)利用機械幫浦使真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至500~900℃，0.1~10小時熱處理；(4)將真空腔體冷卻至室溫，較佳的操作條件為空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至760℃，1小時熱處理，工件經真空熱處理後表面未見脫碳或氧化的現象。

【實施例3】

銅的真空退火：其操作步驟為(1)將銅工件置入真空腔體內；(2)利用機械幫浦使真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至500~900℃，0.1~10小時熱處理；(4)將真空腔體冷卻至室溫，較佳的操作條件為空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至800℃，1小時熱處理，銅工件經真空熱處理後表面未見氧化的現象。

【實施例4】

真空合金熔煉：其操作步驟為(1)將配置完成之合金成份置入坩 堝內再將坩堝置入真空腔體內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至100~800℃，0.1~10小時合金熔煉；(4)將真空腔體冷卻至室溫，較佳的操作條件為將45wt.%鉛與55wt.%鉍置入真空腔體內，真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至350℃，1小時合金熔煉45wt.%鉛與55wt.%鉍經真空熱處理熔煉形成鉛-鉍共晶合金。

【實施例5】

真空成型：其操作步驟為(1)將未成型之金屬材置入真空腔體之內模具內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至100~800℃，0.1~10小時真空成型；(4)將真空腔體冷卻至室溫，較佳的操作條件為將未成型之銦金屬材置入真空腔體內，真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至200℃，1小時真空成型，經真空成型後未成型之金屬銦可成型成內模具之內徑完整形狀之塊狀銦金屬。

【實施例6】

真空熱處理淬火：其操作步驟為(1)將碳鋼置入真空腔體內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至500~800℃，0.1~10小時真空熱處理；(4)將真空腔體急冷至室溫，較佳的操作條件為將高碳鋼置入真空腔體內，真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至800℃，經1小時真空熱處理後，將真空模具焠火至室溫，經淬火後真空腔體內的高碳鋼具有麻田散鐵的顯微組織。

【實施例7】

純金屬奈米線製作：

利用高純度鋁經電化學之陽極處理法製作不同孔徑與厚度之氧化鋁陽 極膜模板，再利用真空壓鑄法將純金屬經加熱成液相後，壓鑄至氧化鋁陽極膜模板內，製得奈米金屬線材，其操作步驟為(1)將純金屬碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將純金屬碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至200~400℃，0.1~10小時真空熱處理；(4)於壓鑄棒上表面施加一壓力使熔融之金屬液藉由內模具之上墊片注入氧化鋁陽極膜模板內；(5)將真空腔體冷卻至室溫；(6)熔融之金屬液在氧化鋁陽極膜模板內凝固成奈米線，較佳的操作條件為將錫碇與具有100nm孔徑之氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內，真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至250℃，經1分鐘真空持溫後，利用油壓設備施加一10kg．cm^-2之壓力壓鑄棒上表面持壓10秒後將真空腔體冷卻至室溫可得到線徑為100nm之錫奈米金屬線，如第7圖所示。

【實施例8】

純金屬奈米線製作：

利用高純度鋁經電化學之陽極處理法製作不同孔徑與厚度之氧化鋁陽極膜模板，再利用真空壓鑄法將純金屬經加熱成液相後，壓鑄至氧化鋁陽極膜模板內，製得奈米金屬線材，其操作步驟為(1)將純金屬碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將純金屬碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至200~400℃，0.1~10小時真空熱處理；(4)於壓鑄棒上表面施加一壓力使熔融之金屬液藉由內模具之上墊片注入氧化鋁陽極膜模板內；(5)將真空腔體冷卻至室溫；(6)熔融之金屬液在氧化鋁陽極膜模板內凝 固成奈米線，較佳的操作條件為將錫碇與具有60nm孔徑之氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內，真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至250℃，經1分鐘真空持溫後，利用油壓設備施加一20kg．cm^-2之壓力壓鑄棒上表面持壓10秒後將真空腔體冷卻至室溫可得到線徑為60nm之錫奈米金屬線，如第8圖所示。

【實施例9】

純金屬奈米線製作：

利用高純度鋁經電化學之陽極處理法製作不同孔徑與厚度之氧化鋁陽極膜模板，再利用真空壓鑄法將純金屬經加熱成液相後，壓鑄至氧化鋁陽極膜模板內，製得奈米金屬線材，其操作步驟為(1)將純金屬碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將純金屬碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至200~400℃，0.1~10小時真空熱處理；(4)於壓鑄棒上表面施加一壓力使熔融之金屬液藉由內模具之上墊片注入氧化鋁陽極膜模板內；(5)將真空腔體冷卻至室溫；(6)熔融之金屬液在氧化鋁陽極膜模板內凝固成奈米線，較佳的操作條件為將錫碇與具有15nm孔徑之氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內，真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至250℃，經1分鐘真空持溫後，利用油壓設備施加一60kg．cm^-2之壓力壓鑄棒上表面持壓10秒後將真空腔體冷卻至室溫可得到線徑為15nm之錫奈米金屬線，如第9圖所示。

【實施例10】

合金奈米線製作：

利用高純度鋁經電化學之陽極處理法製作不同孔徑與厚度之氧化鋁陽極膜模板，再利用真空壓鑄法將合金經加熱成液相後，壓鑄至氧化鋁陽極膜模板內，製得合金奈米線材，其操作步驟為(1)將合金碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將合金碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至200~400℃，0.1~10小時真空熱處理；(4)於壓鑄棒上表面施加一壓力使熔融之金屬液藉由內模具之上墊片注入氧化鋁陽極膜模板內；(5)將真空腔體冷卻至室溫；(6)熔融之金屬液在氧化鋁陽極膜模板內凝固成奈米線，較佳的操作條件：將合金成份為52wt.%鉍-48wt.%錫合金碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將合金碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內，真空腔體之真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至170℃，經1分鐘真空持溫後，利用油壓設備施加一10kg．cm^-2之壓力壓鑄棒上表面持壓10秒後將真空腔體冷卻至室溫可得到鉍錫共晶奈米金屬線。

【實施例11】

合金奈米線製作：

利用高純度鋁經電化學之陽極處理法製作不同孔徑與厚度之氧化鋁陽極膜模板，再利用真空壓鑄法將合金經加熱成液相後，壓鑄至氧化鋁陽極膜模板內，製得合金奈米線材，其操作步驟為(1)將合金碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將合金碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至200~400℃，0.1~10小時真空熱處理；(4)於壓鑄棒上表面施加一壓力使熔融之金屬液藉由內模具之上墊片注入氧化鋁陽極膜模板內；(5) 將真空腔體冷卻至室溫；(6)熔融之金屬液在氧化鋁陽極膜模板內凝固成奈米線，較佳的操作條件：將合金成份為37wt.%鉛-63wt.%錫合金碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將合金碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內，真空腔體之真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至200℃，經1分鐘真空持溫後，利用油壓設備施加一15kg．cm^-2之壓力壓鑄棒上表面持壓10秒後將真空腔體冷卻至室溫可得到鉛錫共晶奈米金屬線。

【實施例12】

化合物奈米線製作：

利用高純度鋁經電化學之陽極處理法製作不同孔徑與厚度之氧化鋁陽極膜模板，再利用真空壓鑄法將合金經加熱成液相後，壓鑄至氧化鋁陽極膜模板內，製得合金奈米線材，其操作步驟為(1)將合金碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將合金碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內；(2)利用機械幫浦真空腔體內的真空度維持在10^-1~10^-3Torr以下；(3)將真空腔體加熱至300~600℃，0.1~10小時真空熱處理；(4)於壓鑄棒上表面施加一壓力使熔融之金屬液藉由內模具之上墊片注入氧化鋁陽極膜模板內；(5)將真空腔體冷卻至室溫；(6)熔融之金屬液在氧化鋁陽極膜模板內凝固成奈米線，較佳的操作條件：將化合物成份為2.8wt.%矽-97.2wt.%金化合物碇置於氧化鋁陽極膜模板上表面再將合金碇與氧化鋁陽極膜模一起置入真空腔體之內模具內，真空腔體之真空度維持在10^-2Torr，真空腔體加熱至400℃，經1分鐘真空持溫後，利用油壓設備施加一20kg．cm^-2之壓力壓鑄棒上表面持壓10秒後將真空腔體冷卻至室溫可得到金矽共晶奈米化合物線。

1000‧‧‧組合式氣氛控制壓鑄腔體分解圖

1001、2001、6001‧‧‧真空連接板

1002、2002、6002‧‧‧第一連接管

1003、2003、6003‧‧‧真空閥門

1004、2004、6004‧‧‧第二連接管

1005、2005、3001、4001、6005‧‧‧第一真空腔體片

1006、1017、1024、2006、3002、4002、6016‧‧‧螺絲孔

1007、2007、3003、4005、6008‧‧‧冷卻水進水口

1008、2008、3004、6009‧‧‧冷卻水出水口

1009、2009、6015‧‧‧壓鑄棒

1010、6010‧‧‧冷卻管

1011、6011‧‧‧纏繞式冷卻管進水口

1012、2013、6012‧‧‧纏繞式冷卻管出水口

1013、2012、6017‧‧‧冷卻水連接管

1014‧‧‧第一硬性墊片

1015、6006‧‧‧第二真空腔體片

1016‧‧‧環內徑

1018、1025‧‧‧硬性墊片刀口

1019、5001‧‧‧內模具上墊片

1020、5002‧‧‧內模具中環

1021、5003‧‧‧內模具下墊片

1022‧‧‧第二硬性墊片

1023、6007‧‧‧第三真空腔體片

1024‧‧‧螺絲

1025‧‧‧螺絲墊片

1026、6019‧‧‧螺帽

2000‧‧‧第一真空腔體片與真空閥門組合圖

2010、6013‧‧‧第一軟性連接管

2011、6014‧‧‧第二軟性連接管

3000‧‧‧第一真空腔體片結構分解圖

3005‧‧‧第一凹槽

3006‧‧‧第二凹槽

3007‧‧‧冷卻水槽

3008、3011、4003‧‧‧壓鑄棒插孔

3009、4004‧‧‧O型環槽

3010、4006‧‧‧冷卻水槽蓋片

3012、4007‧‧‧溫度計插孔

3013、4008‧‧‧真空連接口

4000‧‧‧第一真空腔體片結構組合圖

4009‧‧‧第一銲道

4010‧‧‧第二銲道

5000‧‧‧內模具結構分解圖

6000‧‧‧組合式氣氛控制壓鑄腔體組合圖

第1圖 組合式氣氛控制壓鑄腔體分解圖。

第2圖 第一真空腔體片與真空閥門組合圖。

第3圖 第一真空腔體片結構分解圖。

第4圖 第一真空腔體片結構組合圖。

第5圖 內模具結構分解圖。

第6圖 組合式氣氛控制壓鑄腔體組合圖。

第7圖 100nm奈米線顯微影像。

第8圖 60nm奈米線顯微影像。

第9圖 15nm奈米線顯微影像。

1000‧‧‧組合式氣氛控制壓鑄腔體分解圖

1001‧‧‧真空連接板

1002‧‧‧第一連接管

1003‧‧‧真空閥門

1004‧‧‧第二連接管

1005‧‧‧第一真空腔體片

1006‧‧‧螺絲孔

1007‧‧‧冷卻水進水口

1008‧‧‧冷卻水出水口

1009‧‧‧壓鑄棒

1010‧‧‧冷卻管

1011‧‧‧纏繞式冷卻管進水口

1012‧‧‧纏繞式冷卻管出水口

1013‧‧‧冷卻水連接管

1014‧‧‧第一硬性墊片

1015‧‧‧第二真空腔體片

1016‧‧‧環內徑

1018‧‧‧硬性墊片刀口

1019‧‧‧內模具上墊片

1020‧‧‧內模具中環

1021‧‧‧內模具下墊片

1022‧‧‧第二硬性墊片

1023‧‧‧第三真空腔體片

1024‧‧‧螺絲

1025‧‧‧螺絲墊片

1026‧‧‧螺帽

Claims (8)

1. 一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體，其結構包含：複數片用於形成真空腔體之真空腔體片；其中複數片真空腔體片至少包含第一真空腔體片、第二真空腔體片、與第三真空腔體片；用於結合複數片真空腔體片之複數螺絲；複數螺絲墊片；複數螺帽；與硬性墊片；用於壓力傳導之壓鑄棒；用於冷卻真空腔體片與壓鑄棒之冷卻槽；與纏繞式冷卻管；用於樣品之壓鑄作用之內模具；其中壓鑄棒與內模具為不易變形之鋼材。
2. 如請求項1之一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體，其中複數片真空腔體片中其中第一真空腔體片至少包含有複數螺絲孔與壓鑄棒插孔。
3. 如請求項1之一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體，其中複數片真空腔體片中其中第二真空腔體片至少包含有複數螺絲孔之環狀片體。
4. 如請求項1之一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體，其中複數片真空腔體片中其中第二真空腔體片可為複數之片體。
5. 如請求項1之一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體，其中複數片真空腔體片中其中第三真空腔體片至少包含有複數螺絲孔之一實心片體。
6. 如請求項1之一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體，其中真空熱 處理腔體適用於真空熔煉、真空熱處理、合金奈米線成型、化合物奈米現成型、與純金屬奈米線成型等應用。
7. 如請求項1之一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體，其中腔體適用於高溫、正壓至高真空度、與高壓力下使用。
8. 如請求項7之一種能源材料使用之組合式氣氛控制壓鑄腔體，其中腔體適用溫度為800℃以下、壓力為150kg．cm^-2以下、與真空度為10³~10^-8Torr範圍內操作。