中央大學機械工程學系學位論文
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在半導體產業中，因絕緣體上矽材料(Silicon on Insulator ; SOI)發展解決了傳統塊材矽所面臨到的問題，而且提昇了固態元件的效率和降低能量損耗，而通常是利用智切法(Smart-Cut)來製作SOI 材料的方法，它的步驟如下：晶圓清洗、氫離子佈植、晶圓鍵合、退火以及化學機械研磨。在上述步驟中，晶圓鍵合的階段是需要將晶圓維持在高溫，使鍵合強度達1.5 J/m2才得以進行薄膜轉移，原因是為了避免晶圓在剝離後，矽薄膜無法附著在另一片晶圓上；然而此階段容易因高溫熱處理而帶來熱應力的問題，使得生產良率降低，且利用傳統加熱的方式通常需要很長一段時間，才能使晶圓達到高溫。而希望藉由氧離子電漿方式活化晶圓表面，並且以微波取代傳統加熱，使晶圓在低溫與短時間內到達高鍵合強度。 本研究目的在於晶圓經過了氧電漿活化後，鍵合強度對微波活化的影響：實驗是以相同氧電漿活化後的試片，施以不同微波功率與控制時間，再利用紅外光影像觀測微波後的晶圓對和裂縫開口法計算出鍵合強度。結果顯示，微波過後Si/Si、Si/Ox、Ox/Ox 三種晶圓對之鍵合強度在短時間與低溫可得到增強的效果，其中以Si/Ox 晶圓對在微波900W 20 分鐘後效果最為明顯。
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本文主要是以實驗方法探討不同密度顆粒體於類二維旋轉鼓系統中，因物理性質的差異所造成之條紋狀分離現象。並分析旋轉鼓轉速之快慢、密度比之不同、安息角角度之大小，以及粒子填充率之高低對分離圖案所造成的影響。實驗過程中，以高畫質數位攝影機與高速攝影機拍攝顆粒體在旋轉鼓中因密度差異所造成之分離現象，並以影像分析方法及粒子追蹤技術計算分離現象達到穩態後的條紋數目及顆粒體的傳輸性質，其後也計算條紋圖形的面積以及周長，進而求得該圖形之形狀指標。本文更引用了該指標來量化分離圖案變化的過程，並進行分析與比較。 本研究的實驗結果顯示，我們成功的以實驗方法做出由密度分離效應所產生之條紋狀分離現象，這在之前的文獻中並沒有被探討過。且由實驗結果發現，若要在密度效應下形成規律且穩定的條紋狀分離圖案，所需要的是兩顆粒間差異較大的安息角與密度。而最重要的一點是，顆粒體的密度差異並不是造成條紋狀分離形成的主要原因。因此，我們可以根據不同之實驗結果，並利用無因次安息角差值及密度比值畫出一相圖區間。將所有條件分成條紋狀分離、核心狀分離及混合三個部份，用以表示顆粒體在不同條件下之分離圖形。我們也發現到，無因次安息角差值、密度比以及旋轉鼓轉速皆會嚴重影響到條紋形成的花瓣數目。而最後本實驗也發現，在相同的配置且改變不同粒子填充率的情況下，條紋的圖形以及形狀指標都會明顯受到旋轉鼓內填充率高低的影響。
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醫學影像的曲面模型(Surface model)重建對於醫學工程領域來說，是非常重要的工具，尤其是在骨科手術中，常會以患者骨組織的幾何模型來協助術前的診斷與規劃，因此骨組織模型的重建，為首要的步驟，然而骨模型的重建流程含括了醫學影像與幾何模型技術，重建步驟複雜且需耗費許多時間。本研究目標為整合「影像組織分離技術」以及「曲面模型重建技術」，發展電腦斷層影像的骨組織模型重建程序，以提高骨組織模型的重建效率。「影像組織分離技術」方面，以疊代式區域成長法為基礎，發展半自動化的骨組織分離程序，本程序能夠於不同的骨頭組織上自動分配種子區域，正確的完成骨組織分離，另外適用性高以及分離效率佳也是本程序最大的優勢之一。「曲面模型重建技術」方面結合了模型簡化、網格四邊化、網格後處理以及特徵邊搜尋等技術，使能夠於網格化後的骨網格模型上自動規劃出曲面的四邊架構曲線，並經由此架構曲線重建曲面模型。最後整合以上程序，以多組實際的人體骨組織影像為例，重建其曲面模型，以證明其本研究之可行性。
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晶體生長是一項重要的技術，尤其是泡生法(Kyropoulos)這種主要應用在工業上生長大型晶體的低溫度梯度法。對於這種生長大尺寸晶體，且處於高溫無法直接觀測的生長法，必須使用數值模擬的方式獲得初始的基本資料，以減少實驗所耗費的時間與成本。因為泡生法主要是調整加熱功率與取熱大小來控制整個晶體生長的過程，因此晶體生長爐所提供的加熱器設計、熱場設計與通水取熱方式的設計等熱流控制問題對於生長品質優良之藍寶石單晶來說相當重要。為了確保生長藍寶石單晶的品質，本文須掌握坩堝內之生長情況，因此使用模擬的方法對坩堝內之情形加以分析，以獲得各項熱流場分佈情形資訊。 本研究本文選用以有限元素法(FEM)為基礎的套裝軟體 COMSOL Multiphysics，進行模擬分析工作。在模擬研究的初期，本文使用準穩態的方式針對鳥籠式加熱器系統生長氧化鋁單晶過程之熱流場、固液界面形狀與晶體外形分佈作深入的研究。結果發現晶體生長過程中，溫度場會受到浮力作用影響而扭曲變形；熔湯內經過設計只有一個渦漩；固液界面形狀會越來越凸向熔湯，待固液界面尾端接近坩堝底部時，因為固液界面形狀變平坦而使凸出長度開始下降，模擬完成之晶體與工業上實際長晶之梨子狀相似。之後本文亦針對分段加熱器的調整對晶體形狀、固液界面形狀、固液界面溫度梯度與晶體熱流場分佈的影響，而針對結果做了修正，得到當加熱器的加熱功率比率為1.3:1:0.8為初始時，亦即上加熱器比中加熱器功率高，固定其他兩個加熱器只調降上加熱器，可獲得比較接近等直徑的晶體，且晶體的溫度梯度最小。並且分析了晶體內部非等向熱應力分佈情況，在本文所模擬的低溫梯系統中，熱應力分佈會呈現幾乎軸對稱的效果，而非等向的效果並不顯著。本研究針對複雜之KY法藍寶石晶體生長系統簡化分析，可提供模擬之數值結果供實際長晶做為參考。
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含Mg之亞共晶Al-Si合金（Al-7Si-0.3Mg, A356 alloy）具有質輕、耐磨、耐蝕且鑄造性佳等優點，廣泛應用於航空、汽車等運輸工業。生產鋁鑄件需先將鑄錠熔解並精煉後，將鋁液注入模穴予以成型。成型後鑄胚先切除冒口再經過熱處理、機械加工等步驟方可進行各項品質檢驗。近年來因應節能減碳需求，運輸工業對輕量化且具高強度之零組件需求提升，發展鑄鋁合金塑性成型技術之研究亦與日俱增。 基於鑄件製程對於A356合金微結構與性質的影響，以及考慮實際應用的層面，本研究首先探討熔煉中常用之鍶改良劑及熱處理條件對於鑄件微結構、磨耗腐蝕特性之效應。再深入研究旋壓成型（Spinning Deformation Processing, SDP）改善鑄鋁合金機械強度、耐磨及抗蝕等特性的機制，以提升工業應用的效益。 實驗結果發現，以鍶改良之A356合金具有纖維狀共晶矽組織，細小地集中於樹枝間區域，達到完全改良狀態，導致乾磨耗速率及磨耗腐蝕速率降低。其腐蝕速率卻因伽凡尼腐蝕敏感性增加而提高，降低合金抗蝕性。熱處理球化共晶矽形貌、粗化其尺寸，亦藉析出相強化初晶鋁，提高合金硬度。乾磨耗速率與伽凡尼腐蝕敏感性因此降低，同時增強抵抗磨耗腐蝕的能力，減低合金磨耗腐蝕速率。以改善平衡電位下磨耗腐蝕速率為例，熱處理的改善效果高於鍶改良劑，其中以T6熱處理改善效果最顯著，可達29 %。 以SDP加工A356合金，其鑄造微結構隨壁厚縮減率增加有明顯受擠壓、拉長之現象，且其變形具方向性。相對於未進行加工部位，其鑄造缺陷明顯減少，共晶矽被細化且散布於初晶鋁基地中。隨著壁厚縮減率增加，微結構與硬度有逐漸均勻之效果，導致材料受拉力後裂口成長不易，因而提高材料延展性、拉伸強度以及品質指標。材料耐磨特性亦受其影響，乾磨耗速率明顯下降。此外，加工後組織減低材料腐蝕敏感性，避免腐蝕集中攻擊樹枝間區域，提高合金抗蝕性。耐磨、抗蝕的提升有助於增強抵抗磨耗腐蝕的能力，因此SDP加工後材料具有較低之磨耗腐蝕速率。以改善平衡電位下磨耗腐蝕速率為例，A356合金經SDP加工其改善效果達31 %。
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本研究以分析慣性感測訊號來重建手臂運動軌跡，索量測訊號包含角速度與線加速度。研究分為兩部分，第一部份為技術發展，也就是肢體運動模擬與軌跡重建方法建構，運動模擬可利用運動學推導出角速度與線加速度方程式，以模擬肢體運動過程產生之相對座標角速度與線加速度值；而軌跡重建須用絕對座標之加速度，但要使相對座標數值轉換到絕對座標上則需靠轉移矩陣來轉換，轉移矩陣可由四元數法求得，而四元數值可由角位移得到，本研究提出一新穎方法獲得角位移，由角速度訊號之頻譜獲得頻域訊號之頻率、幅值及相位，從而計算其角位移；同理，絕對座標之線加速度，同樣經過頻譜分析獲得其頻域訊號之頻率、幅值及相位，以計算線位移，如此進而重建運動軌跡。第二部份為技術驗證，設計五種迴旋動作，並比較模擬訊號與實際量測之慣性感測訊號重建之軌跡正確性。 由模擬訊號與實驗數據之軌跡重建結果相比，所發展之軌跡重建計數據有相當之正確性。
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我們設計出裝載三個關節手指的機械夾爪，由馬達帶動一導螺桿，使導螺桿上的滑塊往上或往下移動，進而帶動固定於手指傳動軸上的三個連桿，讓三爪齒輪關節手指做出抓取或放開的動作，至於抓取的力道，則是由我們安裝在手指端的壓力感測器來決定，最後可以一個固定力抓起我們要的物品，控制器的部分，我們是以微處理器dspic30f4011和TOSHIBA-TB6549PG驅動IC組成電路控制夾爪。
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本文係以過濾式陰極電弧法(FCVA)和高功率脈衝磁控濺鍍法(HPPMS)進行材料表面改質之研究，於電漿鍍膜製程中，以鈦金屬為陰極、C2H2為反應氣體，分別於碳化鎢(WC)、SKH51工具鋼和SUS304不銹鋼等基材表面披覆含鈦類鑽碳膜(Ti-C:H)，進行基材表面降低摩擦係數和磨耗性之表面改質並驗證FCVA製程鍍膜品質及將HPPMS製程導入耐磨耗DLC膜應用的效果。 FCVA製程以「基材偏壓」和「靶電流」的變化為實驗參數，而HPPMS製程以「基材偏壓」和「基材至靶距離」為實驗參數，透過輝光放電分光儀、掃描式電子顯微鏡、拉曼光譜儀、X光電子光譜儀、X光繞射儀及奈米壓痕試驗機、磨耗試驗機和刮痕測試機等工具，對鍍膜之組織結構及硬度、楊氏係數、摩擦係數、磨耗率、附著性等機械性質進行分析量測；以FCVA製程所得之Ti-C:H膜表面光滑，其硬度最高達18.3GPa、楊氏係數最高達180GPa、摩擦係數低於0.1、磨耗率在1.28 10-16m3/Nm以下及附著力大於4.9kg，而以HPPMS製程所得之Ti-C:H膜，其硬度最高達22.6GPa、楊氏係數最高達215GPa、摩擦係數低於0.165及附著力大於5kg;研究之結果顯示，FCVA可大幅提升鍍膜品質，可完全改善陰極真空電弧法的缺失，而以本研究FCVA及HPPMS電漿鍍膜製程於碳化鎢(WC)及SKH51工具鋼基材所披覆之Ti-C:H膜，其與基材間的附著力均優於一般使用標準，對降低摩擦係數和增加磨耗性的表面改質頗具成效。
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本篇論文提出幾種適用於高精度無鐵心線性永磁同步馬達驅動系統的控制演算法。首先提出一種強健不確定項消除控制器和時間延遲補償器的控制方法用於未知系統參數的無鐵心線性永磁同步馬達系統。此控制方法應用於無鐵心線性永磁同步馬達系統的電流和速度迴路控制上，來減少由d-q軸耦合項、系統的不確定項、摩擦力和重力所造成的干擾。此控制方法好處之一是它相當簡單，並且讓系統於穩態時的輸出等於輸入，這代表系統的DC增益可以設計成1。因此本控制方法不需再結合其他控制演算法。另外的好處是此控制方法不需要知道確切的系統參數。其次本論文提出一種震盪消除方法用於無鐵心線性永磁同步馬達系統。由於系統的非線性因素會使得無鐵心線性永磁同步馬達系統在某些PI控制器參數可能產生震盪。因此本震盪消除控制方法可以限制PI控制器參數在一定的穩定範圍內，以避免震盪現象產生。此震盪消除方法也可應用於 低取樣頻率的控制系統。在一個低取樣頻率的閉迴路控制系統裡，某些PI控制器參數會造成系統不穩定而產生震盪。而本震盪消除控制方法不但簡單還能確保閉迴路控制系統在低固定取樣頻率下的穩定性。
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研究目的是製作一個以水-矽膠為吸附配對的小型吸附式空調系統並測試其性能。比較兩種吸附床、兩種冷凝器對及冷卻水溫度對性能的影響。 由實驗結果發現，比較扁平管吸附床與扁平鰭管吸附床，扁平管製冷量為1.808 kW，扁平鰭管吸附床製冷量為2.216 kW，增加鰭片面積可提升製冷量22.5%，但鰭片增加了吸附床的金屬熱容，導致COP下降。 比較不同冷凝器對性能的影響，四層冷凝器較三層冷凝器的熱傳面積增加了33.3%，製冷量可提高8.2%。 冷卻水溫度對性能有顯著的影響，冷卻水30oC時的製冷量為1.283 kW；冷卻水25 oC時製冷量為1.808 kW，降低冷卻水溫度，製冷量可提升40.9%。