TWI790680B - 鋁基複合材料振膜的製造方法及其製品 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種鋁基複合材料振膜的製造方法及其製品，所述方法包括：準備一鋁基複合材料薄板和一成型模具，將鋁基複合材料薄板置入成型模具，在鋁基複合材料的兩側形成一第一氣密室和一第二氣密室，加熱鋁基複合材料薄板至一工作溫度，該工作溫度範圍介於鋁基複合材料薄板的鋁材的再結晶溫度和固溶處理溫度之間，以及在第一氣密室和第二氣密室產生不同氣壓以形成一壓差，以該壓差使該鋁基複合材料薄板在模具成型為振膜；所述方法的一種實施例進一步包括動調整壓差的步驟。本發明方法可以可靠地實現鋁基複合材料振膜的製造，並能避免振膜的破裂，提高良率。

Description

鋁基複合材料振膜的製造方法及其製品

本發明涉及喇叭的振膜及其製造方法，特別是一種鋁基複合材料振膜的製造方法及其製品。

眾所週知，揚聲器的構造基本上是由電磁鐵(Electromagnet)、線圈(Voice Coil)、振膜(Diaphragm)所組成，揚聲器使用的材料和製造技術的差別會對音質產生影響。經歷一百多年的技術發展，揚聲器在材質選擇、製造流程以及結構形式方面也有非常明顯的變化，例如揚聲器的振膜材料從最初的紙盆，已開發出現代化的合成塑膠，以及高成本的鈦金屬振膜，不同材料在聲音特性上有很大不同，並且滿足了不同使用者的需求。

在已授權的中國實用新型專利(授權公告號CN 202085297U)，提出了一種「採用金屬振膜的楊聲器喇叭」，通過採用金屬振膜代替傳統揚聲器喇叭的紙質等材質的振膜，可以提高振膜的剛性，其中金屬振膜的材質為銅、鐵、鋁、鎂、鈦或鈹金屬。

在已公開的中國發明專利(申請公佈號CN 110418248A)，提出了一種「金屬振膜及揚聲器」，所述的金屬振膜包括呈圓頂形的半球形膜部，半球形膜部的周緣延水準方向延伸形成環狀平坦膜部，環狀平坦膜部的周緣朝半球形膜部的凸起方向翻折並背離半球形膜部繼續延伸形成喇叭 狀膜部，喇叭狀膜部背離半球形膜部的外周緣的高度大於半球形膜部的球頂的高度。其中環狀平坦膜部以及所述喇叭狀膜部均由純鎂材料或是鎂合金材料製成。

在已核准的台灣新型專利(證書號數TW M402578U1)，提出了一種「披覆有陶瓷層的金屬喇叭振膜」，其中指出已知的金屬振膜主要採用鋁、鈦、鈹以及相應的合金材料，都是純金屬層結構。這種結構的缺點在於：硬度和強度不夠高，導致振膜在特定情況下容易變形，耐衝擊能力也有限。為解決上述問題，該新型專利「披覆有陶瓷層的金屬喇叭振膜」包括以金屬材質製成金屬振膜基層，在金屬振膜基層的表面設有陶瓷層，陶瓷層覆蓋在振膜的整個表面上；陶瓷層是採用微弧陽極氧化技術生成在金屬振膜基層上的氧化陶瓷層。

在上述已知的專利技術，雖然提出金屬振膜的材質為銅、鐵、鋁、鎂、鈦或鈹金屬，但是並未揭露使用上述金屬製造金屬振膜的具體可行的製造工藝。金屬振膜技術領域具有通常知識者皆知，金屬振膜的成型極為困難，特別是在結構應變率較大的部位，在成型的過程容易產生破裂。

鋁基複合材料(Aluminum Matrix Composites,AMC)是在鋁材內均勻分佈堅硬的陶瓷顆粒，陶瓷顆粒的作用在於調節鋁基複合材料的特性包括：熱膨脹係數、熱傳導率、耐熱性能、比剛性(彈性係數/密度)、耐磨性…等。當鋁基複合材料受到張應力時，鋁材受力伸長，相對地陶瓷顆粒卻絲毫不動，因此鋁基複合材料受張應力作用時在鋁基複合材料表面的鋁材會呈現下凹狀態，而鋁基複合材料表面陶瓷顆粒則相對的呈現突出 狀態。

鋁基複合材料在室溫下的材料伸長率皆為個位數，因此，使用鋁基複合材料料的薄板的室溫/常溫成型難度極高幾乎不可能；採用熱沖壓成型技術實現鋁基複合材料料的薄板成型技術，雖然可能克服上述的技術問題，但由於成型過程會有局部薄化，所以成功率有限，致使產品的良率不佳；另一方面，沖壓模具容易受到鋁基複合材料突出的陶瓷顆粒的刮削，模具磨耗大，工件尺寸的變異也大。

本發明的目的在於提供一種鋁基複合材料振膜的製造方法及其製品，可以解決鋁基複合材料製造振膜成型困難的問題。

為實現上述目的，本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一種實施例，包括下列步驟：

提供一鋁基複合材料薄板，鋁基複合材料薄板的結構組成包含：鋁合金及陶瓷顆粒，鋁基複合材料薄板的厚度為0.02mm~1.2mm，常溫伸長率為1%~10%；

提供一成型模具，包含一第一模具以及一第二模具，第一模具有一第一模穴用以成型振膜的第一形狀，第二模具有一第二模穴用以成型振膜的第二形狀，其中第一形狀和第二形狀的連接處具有一反曲點，兩模具可分別被加熱；

將鋁基複合材料薄板置入成型模具，鋁基複合材料薄板和第一模穴之間形成一第一氣密室，鋁基複合材料薄板和第二模空之間形成一第二氣密室； 加熱鋁基複合材料薄板或是將鋁基複合材料薄板置於已加熱的第一模具和第二模具之間加熱至一工作溫度，其中工作溫度通常介於鋁基複合材料薄板的鋁材的再結晶溫度和固溶處理溫度之間；

在第一氣密室輸入氣體產生一第一氣壓，在第二氣密室輸入氣體產生一第二氣壓，第一氣壓和第二氣壓不同以形成一壓差；

調整所述的壓差使鋁基複合材料薄板在第一模穴成型振膜的第一形狀；以及

調整所述的壓差使鋁基複合材料薄板在第二模穴成型振膜的第二形狀。

本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一實施例，包括動態調整第一氣壓及/或第二氣壓。

本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一實施例，包括隨時間的遞增，增加所述的壓差。

本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一實施例，包括隨時間的遞增，降低所述的壓差。

其中鋁基複合材料薄板的結構組成包含：鋁合金及陶瓷顆粒，其中陶瓷顆粒選自由碳化矽(SiC)和碳化硼(B4C)組成之群組，碳化矽(SiC)顆粒的平均直徑為0.2μm~10μm，碳化硼(B4C)顆粒的平均直徑為0.2μm~10μm。

本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一實施例，其中鋁合金選自，1XXX(鋁)，2XXX(鋁-銅)，3XXX(鋁-錳)，5XXX(鋁-鎂)，6XXX(鋁-鎂-矽)，7XXX(鋁-鋅-鎂-鉻)與8XXX(鋁-鋰)系列鍛鋁合金組成之 群組。

本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一實施例，其中鋁合金選自2XX(鋁-銅)，3XX(鋁-鎂-矽-銅)與7XX(鋁-鋅)系列鑄鋁合金組成之群組。

本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一實施例，其中鋁基複合材料薄板的結構組成包含：77wt%鋁合金及23wt%碳化矽(SiC)。

本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一實施例，其中鋁基複合材料薄板的結構組成包含：81wt%鋁合金及19wt%碳化硼(B4C)。

本發明的一方面包含以所述之製造方法製成的振膜，其中第一形狀構成振膜的一圓頂，第二形狀構成環繞所述圓頂的一環形周緣。

本發明的優點及功效在於，本發明方法可以可靠地實現鋁基複合材料振膜的製造，並能避免振膜的破裂，提高良率。例如在第一形狀反曲到第二形狀過程，會有段弧長縮短的行程使得鋁基複合材料薄板受到壓應力，尤其在肩角變形量最大處，最受惠此壓應力，更是不易發生破裂。

C1:第一氣密室

C2:第二氣密室

P:鋁基複合材料薄板

S-1:提供一鋁基複合材料薄板

S-2:提供一可加熱的成型模具

S-3:在鋁基複合材料薄板的兩側分別形成一第一氣密室和一第二氣密室

S-4:加熱步驟

S-5:成型步驟

10:成型模具

11:第一模具

110:第一模穴

12:第二模具

120:第二模穴

20:振膜

21:圓頂

22:環形周緣

23:反曲點

第1圖是本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一種實施例的步驟流程圖。

第2圖是實施本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的成型模具的一種實施例的構造示意圖。

第3-1圖至第3-5圖是本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一種實施方式的連續動作示意圖。

第4圖是本發明鋁基複合材料振膜的一種實施例的構造斷面圖。

第5圖是本發明鋁基複合材料振膜的製造方法實作製成之振膜的實物照片。

首先請參閱第1圖，是本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一種實施例的步驟流程圖。本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一種實施例，基本上包括以下步驟：

S-1 提供一鋁基複合材料薄板的步驟；

S-2 提供一可加熱的成型模具的步驟；

S-3 在鋁基複合材料薄板的兩側分別形成一第一氣密室和一第二氣密室的步驟；

S-4 加熱步驟，將鋁基複合材料薄板置於可加熱的成型模具之間加熱到一工作溫度；以及

S-5 成型步驟，在第一氣密室和第二氣密室產生不同的氣壓以形成壓差，利用壓差使得鋁基複合材料薄板在成型模具成型振膜的第一形狀和第二形狀。

其中鋁基複合材料薄板是一種由鋁基複合材料(Aluminum Matrix Composites,AMC)製成的薄板，其中鋁基複合材料指以鋁材(包括金屬鋁和鋁合金)為基材，在基材其中加入陶瓷顆粒所製成的複合材料。作為本發明的較佳實施例，用於製造振膜的鋁基複合材料薄板的厚度為0.025mm~1.2mm，常溫伸長率為1%~10%。

作為本發明的一種較佳實施例，其中鋁合金選自 1XXX(鋁)，2XXX(鋁-銅)，3XXX(鋁-錳)，5XXX(鋁-鎂)，6XXX(鋁-鎂-矽)，7XXX(鋁-鋅-鎂-鉻)與8XXX(鋁-鋰)系列鍛鋁合金組成之群組。作為本發明的另一種較佳實施例，其中鋁合金選自2XX(鋁-銅)，3XX(鋁-鎂-矽-銅)與7XX(鋁-鋅)系列鑄鋁合金組成之群組。

在本發明的較佳實施方式，所述的陶瓷顆粒選自由碳化矽(SiC)和碳化硼(B4C)組成之群組，碳化矽(SiC)顆粒的平均直徑為0.2μm~10μm，碳化硼(B4C)顆粒的平均直徑為0.2μm~10μm。

請參閱第2圖，是實施本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的成型模具的一種實施例的構造示意圖。成型模具10包含一第一模具11以及一第二模具12，第一模具11有一第一模穴110用以成型振膜的第一形狀，第二模具12有一第二模穴120用以成型振膜的第二形狀。

請參閱第4圖，是本發明鋁基複合材料振膜20的一種實施例的構造斷面圖，振膜20的構造包括：位於振膜20的中央的圓頂21，以及環繞圓頂21的環形周緣22，一般而言，圓頂21是作為振膜20的防塵蓋(Dust Cap)。其中第一模穴110可用於成型振膜20的圓頂21，第二模穴12可用於成型振膜12的環形周緣22，其中圓頂21和環形周緣22具有相反的彎曲方向，因此在圓頂21和環形周緣22的連接處會形成一反曲點23。

作為本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的較佳實施方式，鋁基複合材料薄板P是在一工作溫度下成型為振膜20，其中工作溫度是介於鋁基複合材料薄板的鋁材的再結晶溫度和固溶處理溫度之間，依據鋁基複合材料薄板選用的鋁材(例如鋁合金)的不同，所述的再結晶溫度和固溶處理溫度將會不同，在所述的工作溫度成型振膜20，能夠避免振膜20在反 曲點23的位置發生破裂，提高製造的良率。其中加熱步驟(S-4)的一種實施方式可以先將鋁基複合材料薄板P加熱至工作溫度然後置入成型模具10；在其他可行的實施方式，是利用可加熱的成型模具10將鋁基複合材料薄板P加熱至工作溫度，其中一種實施方式是在成型模具10配置加熱裝置(例如電熱置)，在鋁基複合材料薄板P置入成型模具10之後，再利用所述的加熱裝置將鋁基複合材料薄板P加熱至工作溫度。換言之，就是將鋁基複合材料薄板置於第一模具11和第二模具12之間，然後利用電熱方式加熱第一模具11和第二模具12進將鋁基複合材料薄板P加熱至工作溫度，作為本發明的一種較佳的實施方式，其中第一模具11和第二模具12可分別被加熱。

請參閱第3-1圖至第3-5圖，是本發明鋁基複合材料振膜的製造方法的一種實施方式的連續動作示意圖。

請參閱第3-1圖，將鋁基複合材料薄板P置入成型模具10，在鋁基複合材料薄板P的兩側形成形成一第一氣密室C1和一第二氣密室C2(見第3-3圖)；其中一種實施方式，第一氣密室C1是在第一模穴110和鋁基複合材料薄板P之間，第二氣密室C2是在第二模穴120和鋁基複合材料薄板P之間。

請參閱第3-2圖，在第一氣密室C1產生一第一氣壓及/或在第二氣密室C2產生一第二氣壓，其中第一氣壓和第二氣壓不同以形成一壓差，第一氣壓和第二氣壓不限正壓，也可以是負壓，例如壓差的一種產生方式可以是在第一氣密室C1或是第二氣密室C2輸入氣體形成正壓，就能夠使第一氣壓和第二氣壓不同以形成壓差；在其他的實施方式也可以是在第一氣密室C1或是第二氣密室C2以抽真空的方式形成負壓，就能夠使第一氣 壓和第二氣壓不同以形成壓差；在第3-2圖繪示的一種實施方式，其中第二氣密室C2的第二氣壓可以是負壓，由於差壓的作用鋁基複合材料薄板P會朝向第二模穴120的方向彎曲，藉由第二模穴120成型振膜20的第二形狀，第二形狀構成振膜20的環形周緣22(見第3-5圖)。

請參閱第3-3圖和第3-4圖，其中繪示的是調整第一氣壓和第二氣壓的壓差，使鋁基複合材料薄板P在第一模穴110成型振膜20的第一形狀的動作。在第3-3圖繪示的一種實施方式，其中第一氣密室C1的第一氣壓調整為負壓或大氣壓，第二氣密室C2的第二氣壓調整為正壓，由於差壓的作用鋁基複合材料薄板P會朝向第一模穴110的方向彎曲，使得鋁基複合材料薄板P的彎曲方向和第二形狀的彎曲方向相反，產生反向彎曲的動作；如第3-4圖所示，鋁基複合材料薄板P在作反向彎曲的過程中形成反曲點23，鋁基複合材料薄板P在反曲點23暫時存在壓應力。

請參閱第3-5圖，藉由第一氣壓和第二氣壓的壓差，鋁基複合材料薄板P最終會在第一模穴110成型振膜20的第一形狀，第一形狀構成振膜20的圓頂21。

通過上述第3-1圖至第3-5圖的說明，本發明方法的一種較佳實施方式，其中包括動態調整第一氣壓及/或第二氣壓以形成所述的壓差，可以理解為在鋁基複合材料薄板P成型為振膜20的過程中，第一氣壓和第二氣壓可以是動態起伏的變化，例如：(例1)第二氣壓維持不變，只調整第一氣壓；(例2)第一氣壓維持不變，只調整第二氣壓；(例3)同時調整第一氣壓和第二氣壓。壓差愈大，鋁基複合材料薄板P成型為振膜20的速率愈快，可視成型模具10的設計和工件(如振膜20)的(最大)變形率決定。第一氣壓和第 二氣壓可以是動態起伏，如此可以減少鋁基複合材料薄板P和成型模具10之間的摩擦，減少成型模具10的磨耗，且能促成鋁基複合材料薄板P的均勻變形。

由於振膜20有局部應變率非常大的部位(例如振膜20的反曲點23)，在反曲點23的位置有短暫壓應力(壓應變)發生，通過動態調整壓差，或是第一氣壓和第二氣壓互換的手段，工件的彎曲形狀發生反曲時，可以緩和以及避免振膜20在反曲點23的位置發生破裂，增加良率。

本發明方法的另一種較佳實施方式，其中動態調整第一氣壓及/或該第二氣壓以形成所述的壓差，可以理解為隨時間的遞增，增加該壓差；以及隨時間的遞增，降低該壓差。其中在鋁基複合材料薄板P成型為振膜20的末期壓差變小，將有利於脫模。

【實施例】

請參閱第5圖，是本發明鋁基複合材料振膜的製造方法實作製成之振膜的實物照片。其中展示了兩個分別以不同之鋁基複合材料薄板P成型的振膜20，其中兩個振膜20的圓頂21的實際伸長率均超過30%，其中一種鋁基複合材料薄板P的厚度為0.10mm，鋁基複合材料薄板P的結構組成包含：6063鋁合金77wt%及23wt%碳化矽(SiC)，另一種鋁基複合材料薄板P的厚度為0.05mm，鋁基複合材料薄板P的結構組成包含：1070鋁合金81wt%及19wt%碳化硼(B4C)。通過第5圖展示的實物照片，可以理解本發明鋁基複合材料振膜的製造方法能夠可靠地實現鋁基複合材料振膜的製造，並能避免振膜的破裂，提高良率。

在一方面，本發明鋁基複合材料振膜的製造方法基本上可視 為鋁基複合材料薄板的成型方法，除了可應用於製造振膜，也適用於製造使用鋁基複合材料薄板為材料的薄型金屬元件。

雖然本發明已通過上述的實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的專利保護範圍須視本申請的權利要求所界定者為准。

S-1:提供一鋁基複合材料薄板

S-2:提供一可加熱的成型模具

S-3:在鋁基複合材料薄板的兩側分別形成一第一氣密室和一第二氣密室

S-4:加熱步驟

S-5:成型步驟

Claims (10)

1. 一種鋁基複合材料振膜的製造方法，包括下列步驟：

   提供一鋁基複合材料薄板，該鋁基複合材料薄板的結構組成包含：鋁合金及陶瓷顆粒，該鋁基複合材料薄板的厚度為0.02mm~1.2mm，伸長率為1%~10%；

   提供一可加熱的成型模具，該可加熱的成型模具包含一第一模具以及一第二模具，該第一模具有一第一模穴用以成型該振膜的第一形狀，該第二模具有一第二模穴用以成型該振膜的第二形狀，其中該第一形狀和該第二形狀的連接處具有一反曲點，該第一模具和該第二模具可分別被加熱；

   將該鋁基複合材料薄板置入該可加熱的成型模具，該鋁基複合材料薄板和該第一模穴之間形成一第一氣密室，該鋁基複合材料薄板和該第二模空之間形成一第二氣密室；

   加熱該鋁基複合材料薄板或將該鋁基複合材料薄板置於已加熱的該第一模具和該第二模具之間加熱至一工作溫度，該工作溫度介於該鋁基複合材料薄板的鋁材的再結晶溫度和固溶處理溫度之間；

   在該第一氣密室產生一第一氣壓，在該第二氣密室產生一第二氣壓，該第一氣壓和該第二氣壓不同以形成一壓差；

   調整該壓差使該鋁基複合材料薄板在該第一模穴成型該振膜的該第一形狀；以及

   調整該壓差使該鋁基複合材料薄板在該第二模穴成型該振膜的該第二形狀。
2. 如請求項1所述的鋁基複合材料振膜的製造方法，包括動態調整該第一氣壓及/或該第二氣壓。
3. 如請求項1所述的鋁基複合材料振膜的製造方法，包括隨時間的遞增，增加該壓差。
4. 如請求項1所述的鋁基複合材料振膜的製造方法，包括隨時間的遞增，降低該壓差。
5. 如請求項1所述的鋁基複合材料振膜的製造方法，該鋁基複合材料薄板的結構組成包含：鋁合金及陶瓷顆粒，該陶瓷顆粒選自由碳化矽(SiC)和碳化硼(B4C)組成之群組，該碳化矽(SiC)顆粒的平均直徑為0.2μm~10μm，碳化硼(B4C)顆粒的平均直徑為0.2μm~10μm。
6. 如請求項5所述的鋁基複合材料振膜的製造方法，該鋁合金選自1XXX(鋁)，2XXX(鋁-銅)，3XXX(鋁-錳)，5XXX(鋁-鎂)，6XXX(鋁-鎂-矽)，7XXX(鋁-鋅-鎂-鉻)與8XXX(鋁-鋰)系列鍛鋁合金組成之群組。
7. 如請求項5所述的鋁基複合材料振膜的製造方法，該鋁合金選自2XX(鋁-銅)，3XX(鋁-鎂-矽-銅)與7XX(鋁-鋅)系列鑄鋁合金組成之群組。
8. 如請求項1所述的鋁基複合材料振膜的製造方法，該鋁基複合材料薄板的結構組成包含：77wt%鋁合金及23wt%碳化矽(SiC)。
9. 如請求項1所述的鋁基複合材料振膜的製造方法，該鋁基複合材料薄板的結構組成包含：81wt%鋁合金及19wt%碳化硼(B4C)。
10. 一種能夠以請求項1至9之中的任一項所述之製造方法製成的振膜，該 第一形狀構成該振膜的一圓頂，該第二形狀構成環繞該圓頂的一環形周緣。

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