中央大學機械工程學系學位論文
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由於金屬玻璃其獨特的優良性質，使其成為各國近年來炙手可熱並且積極開發的新興材料之一。但除了良好的機械性質之外，金屬玻璃缺乏塑性此一缺點大大限制了其可應用的範圍，因此許多進階研究利用複合材料的觀念，以內析出(In-situ)或是外添加(Ex-situ)的方式使金屬玻璃基地內產生第二相(Second phase)，能有效地改善此一缺點。 本實驗設計分別利用傾倒式鑄造(Tilt-casting)、吸鑄式鑄造(Suction-casting)、射出成型(Injection)以及淬火(Quench)四種不同製程製備Zr47.5Cu47.5Al5與Zr48Cu47.5Al4Co0.5不同尺寸(直徑2~4mm)非晶質合金圓柱複材，先觀察由上述四種不同製程所製作之金屬玻璃複材中In-situ的體心立方之鋯銅相(BCC-ZrCu phase)及孔洞之分布情形，然後進行單軸向壓縮測試，同時並計算不同製備方式所得樣品之雷諾數(Reynolds number)與其金相結構關係，進一步釐清析出相及孔洞之尺寸及分布對其機械性質之影響。 單軸向壓縮測試結果顯示，所有製程之2mm棒材均較其他尺寸之棒材有較佳的塑性表現，而其中以傾倒式鑄造之Zr48Cu47.5Al4Co0.5 2mm棒材具有最佳表現，其塑性變形量可達16%，經由雷諾數的計算可得知，以傾倒式鑄造的雷諾數值較低，流體流動狀態較接近層流，表示流體分層流動，互不混合，因此，相較於其他製程，傾倒式鑄造製備的樣品非晶質合金基地內可以得到分布較均勻且顆粒尺寸較大的B2相，同時由於傾倒式鑄造的試片內部缺陷較少，因此具有較好的塑性。
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現今再生能源的研究與發展已成為全球共識，當中以太陽能電池相關技術發展最受矚目。太陽能電池製造時，晶碇的切割製程是決定成本的主要關鍵。現有切割方式則以多線鋸加工為主，其優點為可複線式加工，加工效率高。但此方式為接觸式加工，過程中易產生加工應力進而造成晶碇破裂損壞。其游離磨粒加工時無法完全使用，並且在回收時過程複雜及會造成環境污染。因此，近年來相關研究文獻中提出，採用線放電加工方式切割矽晶材料，使用此方式可有效改善線鋸加工之缺點。但目前仍以加工單晶矽材料為主，而多晶矽材料的線放電加工方面文獻甚少，主要原因為多晶矽材料具有晶界多變、電阻大等特性，導致無法順利進行線放電切割加工。但是多晶矽材料具有製程簡單、成本較低與光電效率穩定等優勢，因此更需要發展新的方法，改善多晶矽材料的加工問題。 本論文中採用線放電切割與電解磨削的兩種製程方式，對多晶矽材料之加工特性進行研究。本文分為兩大研究方向，第一部份為應用線放電製程於多晶矽材料進行切割加工，探討放電參數對於多晶矽材料切割加工時的影響，並調製磷加工液對其加工效率與特性進行改善。第二部分為應用電解磨削製程對線放電切割後表面缺陷進行磨削，改善表面粗糙度及異質層的去除，使用田口實驗法進行實驗規劃，經由分析後得到製程的主要影響因子。後續於電解加工液中加入石墨烯材料，藉由此材料的高硬度與高磨潤性，改善原有的表面加工特性，並探討製程參數對於加工時的影響。 經由本論文實驗後，線放電切割加工方面，證實磷加工液可以有效使放電過程中的放電能量增強與導電度提升，可以在不改變現有加工參數的條件下，提升切割速度與降低切口損失。電解磨削表面加工方面，加入石墨烯材料後，可有效改善放電加工後殘留之表面問題並減少加工時的摩擦力進而提升磨削刀具壽命。期望藉由本論文之研究成果作為產學界研究之參考。
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世界衛生組織調查全球75%國家的交通事故情形發現，各國交通事故中有自行車騎士死亡的比例約占總事故死亡人數的2至19%，自行車騎士於騎乘環境中所面對的道路風險已成為阻礙提升人民騎乘自行車使用率來達到節能減碳的最大原因之一。因此，了解自行車騎士騎乘時之風險因素來降低事故發生的比例成為很重要的研究課題。 本研究利用機電整合技術開成功發自行車的儀器車輛，透過行車影像紀錄器、加速規、超音波測距儀、近接開關和可變電阻紀錄騎士在騎乘時的行為資料，並規劃騎乘路線，收集40位騎士的實際騎乘行為資料來進行分析。利用資料庫技術及.NET程式對大量實驗數據進行處理和資料減縮，發展出一套大量自然觀察資料的解析方法，篩選出具有進一步觀察價值之潛在事件，以縮減人工影像觀察的工作量，提高影像資料觀察註記的效率，並於影像資料中篩選出有觀察價值的事件，例如本研究中所分析之「機動車輛通過自行車事件」案例進行分析，進而了解自行車騎士在不同事件所受到的外在因素影響情形。 研究中以「機動車輛通過自行車事件」為案例，利用變異數分析、t檢定、主成分分析等統計方法，了解道路環境和機動車輛的類型差異下，例如不同車道類型、車道數、大小客車差異對騎士實驗過程中的騎乘空間的影響，經過資料統計後皆有顯著性的差異存在，藉此可了解外在因素環境對自行車騎士行為的影響情形，同時亦揭示本研究開發之儀器自行車所能分析之騎士與機動車輛互動行為的潛力。
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本論文研究開發一套分散式影像處理平台為目標，應用於電腦操作介面 及ARM 系統兩端以分散運算量及降低資料通訊量，考慮過去在影像處理系 統的優缺點，發展一套可移植ARM 的處理及影像辨識演算法函式庫提供開 發者使用。 該架構改良傳輸原始影像的設計，使得影像擷取控制端截取影像後，直 接進行影像處理及影像辨識運算，傳輸影像辨識後參數，當影像擷取裝置 數量變多能夠有效的降低與電腦操作端的運算量及通訊量。利用所開發之 影像平台可供開發演算法驗證結果。 在影像辨識方面，改善弦波對應找線演算法的可移植化及辨識資訊。而 電腦操作介面可嵌入至VMIO 系統，協助未來在智慧型攝像系統影像前置處 理及辨識能夠獲得更多的效益。
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本論文以超塑成形(SuperplasticForming，SPF)之工法應用於飛機製造業所使用之鋁合金蒙皮零件”機翼前緣整流罩(Fairing Cover)”為研究方向，一般超塑成形多以平鈑進行氣吹且成形輪廓都以對稱形狀、深寬比較小為主，複雜曲面及不對稱工件則較少有。因此針對機翼前緣整流罩所使用之模具為複雜曲面且深寬比較大及兩側的V型端深度相對於中間鞍部要來的深，在鈑片進行預折彎時，其材料內部的輪廓變化也相當大。最後在成形結果中產生了皺褶現象，而皺褶的位置剛好顯現在產品零件的裁切線(Ending Opposite Position，E.O.P.)上，針對此一問題會有下列幾項來進行改善：吹製不同條件P-T曲線、不同的材料厚度(AA5052、SP5083)、減少V型端深度(以附加墊塊減少模具成本的花費)等進行研究，以此完成最佳的吹製成形零件(即整流罩)。
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為了要改善燃料電池中釩氧化還原液電池(VRB)的性能，可以藉由增加雙極板中微流道的數量(縱橫比)以及通道的深度提高效率。在諸多研究方法中，製造雙極板中良好縱橫比的微流道，多是以高壓氣吹成型法來進行吹製。為了能以不同吹製方法來得到良好的縱橫比以及成型性之微流道，本研究將探討超塑性成型(superplastic-like forming)採用AA5052鋁合金其中不同低壓壓力以及溫度條件下對最終成形性的影響，本超塑性成型製程為先進行預成形後再用以低壓力氣體吹製成形。另外，藉由ANSYS有限元素模擬軟體進行模擬形成的過程以及結果，來驗證實驗結果以及分析。 本研究結果發現，AA5052鋁合金藉由超塑性成型在溫度450℃以及壓力1MPa的成形條件下，比較其他條件下、流道具有最佳的寬深比(0.5mm厚度以及0.591寬度)。而比起其他成形方式，超塑性成型具有僅利用較低壓力就可以製造金屬二極板微流道的優勢。
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固態氧化物燃料電池為一種高轉換效率、無汙染、可使用碳氫燃料的發電裝置。且由於其工作溫度高達600-1000 ℃，所以無需貴重金屬當作觸媒。傳統固態氧化物燃料電池為氧離子傳導型固態氧化物燃料電池，因其工作溫度高達1000 ℃，故產生熱膨脹係數匹配、元件需耐超高溫等問題。新型固態氧化物燃料電池為氫質子傳導型固態氧化物燃料電池，其工作溫度可降低至600-800 ℃，對降低成本、延長電池壽命有明顯幫助，故近期受到相當矚目。然而，對於氫質子傳導型固態氧化物燃料電池發展的關鍵問題是找到一個合適的質子導電氧化物電解質。本研究使用溶膠-凝膠法製備鋇鈰鋯釔氧化物並探討其材料與電化學特性。 本研究首先探討鈰/鋯比例對Ba0.6Sr0.4Ce0.8-xZrxY0.2O3-δ (0.0≤x≤0.8) 之影響。結果顯示經過高溫1600 ℃燒結後試片呈現單一鈣鈦礦晶體結構、無雜相、緻密度高的試片，適合應用於氫質子傳導型固態氧化物燃料電池之電解質。隨著鋯比例增加會導致晶格收縮，且在1600 ℃燒結時抑制晶粒成長。Ba0.6Sr0.4Ce0.8-xZrxY0.2O3-δ (0.0≤x≤0.8)之導電率隨著鋯比例增加而下降，在800 ℃，導電率最高為為未摻雜鋯之Ba0.6Sr0.4Ce0.8Y0.2O3-δ，其導電率高達0.014 S / cm。但X光繞射和拉曼光譜結果顯示，Ba0.6Sr0.4Ce0.8Y0.2O3-δ對二氧化碳之化學穩定性不佳。可藉由少量摻雜鈰提高其化學穩定性。 其次，探討鋇/鍶比例對Ba1-xSrxCe0.6Zr0.2Y0.2O3-δ (0.0≤x≤1.0) 之影響。結果顯示經1600 ℃燒結的Ba1-xSrxCe0.6Zr0.2Y0.2O3-δ試片在二氧化碳環境下表現出優異的化學穩定性。然而，其微觀結構和導電率對鍶摻雜量相當敏感。藉由鍶摻雜可明顯抑制雜相形成，且促進晶粒成長。在800 ℃，Ba0.8Sr0.2Ce0.6Zr0.2Y0.2O3-δ之試片導電率可達0.009 S/cm。推測可藉由鍶摻雜可抑制雜相形成、促進晶粒成長與提高相均勻性。本研究提出，適量的鍶摻雜對Ba1-xSrxCe0.6Zr0.2Y0.2O3-δ之相均勻性等材料特性有明顯幫助，且未來可運用在氫質子傳導型固態氧化物燃料電池之電解質。 接著探討以鉀取代鍶之影響，針對鋇/鉀的比例進行研究，並開發新製程：成分交換法。與傳統溶膠-凝膠相比，利用成分交換法所製備出之Ba1-xKxCe0.6Zr0.2Y0.2O3-δ有更好的燒結性、更高的導電率、相均勻性與對二氧化碳有更好的化學穩定性。利用成分交換法所製備出之Ba0.925K0.075Ce0.6Zr0.2Y0.2O3-δ之試片於800 ℃有最高之導電率約0.0094 S/cm。本研究指出利用成分交換法所製備出之Ba1-xKxCe0.6Zr0.2Y0.2O3-δ試片，未來有機會運用在氫質子傳導型固態氧化物燃料電池之電解質。更重要的是，此成分交換法未來亦可運用在其他類似的材料系統。 最後探討鈰/釔比例對BaZr0.2Ce0.8-xYxO3-δ (x=0-0.4) 之影響，並利用成分交換法製備出品質更優良之BaZr0.2Ce0.8-xYxO3-δ之試片並分析其差異。與傳統溶膠-凝膠相比，利用成分交換法所製備出之BaZr0.2Ce0.8-xYxO3-δ有更好的燒結性、更高的導電率、相均勻性與對二氧化碳有更好的化學穩定性。此外，並將BaZr0.2Ce0.6Y0.2O3-δ製備為白金/電解質/白金之單電池，進行電解質性能分析。與傳統溶膠-凝膠相比，利用成分交換法所製備出之BaZr0.2Ce0.6Y0.2O3-δ試片，其電解質性能有明顯之提升。本研究指出利用成分交換法所製備出之BaZr0.2Ce0.8-xYxO3-δ試片，未來有機會運用在氫質子傳導型固態氧化物燃料電池之電解質。 本研究探討氫質子傳導型固態氧化物燃料電池之電解質材料，針對BaCeO3-δ之基礎材料，藉由元素摻雜提高化學穩定性、導電度與相均勻性等材料特性，並發開新製程：成分交換法。結果顯示：摻雜鋯雖然降低其導電度，但可大幅提升化學穩定性；摻雜鍶可提升其化學穩定性與相均勻性；摻雜鉀可提高導電度，但會造成電解質之孔隙率上升；摻雜釔可提高導電度，但過量摻雜釔會造成晶格嚴重扭曲。利用成分交換法所製備之電解質材料有更好的燒結性、更高的導電率、相均勻性與對二氧化碳有更好的化學穩定性，亦可大幅降低孔隙率與晶格扭曲效應。未來可將成分交換法運用在其他類似的材料系統。
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有機發光二極體OLED具有自發光性、廣視角、高對比、低耗電、高反應速率、全彩化、製程簡單等優點，而熱蒸鍍為OLED製程中最重要的技術，依其蒸發源又分為點蒸鍍、線蒸鍍以及面蒸鍍，前二者由於材料成本耗費太大，近年來又以面蒸發源共蒸鍍技術為各大廠商研發之重點。本論文目的在於設計面型共蒸鍍驗證平台，以下有5點指標為本論文研究之目標：(1).面型蒸鍍加熱器面積325×435mm2 (2).操作溫度：500℃ (3).穩態溫度均勻度< 1% (在真空下1×10-5torr) (4).加熱時間600秒，溫度均勻度< 3%升溫速率>100℃/min (5).流場均勻性< 3%，以ANSYS有限元素法及Fluent流體計算力學模擬大面積蒸鍍加熱源之材質與紅外線燈管之陣列組合，研究快速升溫下面型蒸鍍加熱器的特性，並設計反射板，分析其對溫度均勻性以及升溫速率的影響，最後探討腔體內部流場分布情形，分析加熱器設計對於流場均勻性的影響，並設計不同的擋板，觀察其對流場的影響，期許能提昇面型蒸鍍之蒸鍍效率，並使研究成果作為R2R蒸鍍技術發展之基礎。
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一般常見的超塑成形製程多以平板直接吹氣成形，且成形形狀都呈簡易對稱之形狀，本論文研究之超塑成型飛機機翼整流罩為曲面複雜且幾何外型不對稱之零件，且其深寬比較大，無法使用平鈑吹製製程。解決此問題的方法為在執行超塑成形前先將鈑材進行預成形折彎加工、縮短材料與成形模具之間的成形距離，使工件能順利吹製。為使成品的厚度提升，中央大學超塑成形實驗室與漢翔公司合作開發了新的縮小型測試模具，該模具可使鈑材更貼近模具、提升厚度，以此縮小型模具為基礎，漢翔公司製作了原尺寸的飛機機翼整流罩模具，但是鈑材經此模具吹製後發生了皺摺問題。 為解決皺摺問題，本論文利用中央大學超塑成形實驗室擁有的小型超塑成形機，使用四種不同輪廓的縮小型模具，分別進行折彎實驗分析、折彎-氣吹實驗分析、氣吹成品厚度分析等不同的實驗分析來探討皺摺的形成，並在可能發生皺摺的鈑片輪廓進行簡易的2D有限元素分析。
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本研究藉由微結構觀察、X光繞射分析、微差掃描熱分析及機械性質測試（硬度、拉伸），探討不同冷加工量（20%、40%、60%）對17-4PH不鏽鋼析出動力之影響。結果顯示，商用板材之17-4PH不鏽鋼經固溶淬火後其基地為麻田散鐵，然隨著冷加工量的增加此麻田散鐵基地並無顯著的變化，但由X光繞射分析可發現因擇優取向的關係，繞射峰（CuFe/Fe4Cu3與殘留沃斯田鐵相（γ））隨冷加工量的增加有越之明顯的情況，但在X光漫射效應加強下，於60%冷加工量時，反而迅速消失；另由微差掃描熱分析可發現，冷加工可有效降低合金強化富銅相的析出溫度，其中又以含有60%冷加工量之17-4PH不鏽鋼有最佳之析出動力，且由機械性質測試可發現，未經冷加工之17-4PH不鏽鋼於450℃進行人工時效2小時可達頂時效，而冷加工則可有效增加17-4PH不鏽鋼之機械性質（硬度、抗拉強度），其中含60%冷加工量之17-4PH不鏽鋼於400℃進行人工時效4小時可獲得最佳之機械性質（硬度、抗拉強度）且硬度顯著增加約27%，由此可知，冷加工可有效提升17-4PH不鏽鋼之析出動力，進而能有效提升機械性質。