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近五年研究成果

本實驗室自1986年起便投入大量的人力及設備致力於合金的精煉、新合金的研發及製程技術的提升及創新，其中包括造渣精煉、電渣重熔、電漿熔煉、真空感應電爐、旋轉電極製粉等技術均有獨特的發展與改進創新；目前正針對水冷銅坩鍋真空感應電爐精煉與雙自熔旋轉電極製粉兩製程申請相關專利中。除此之外，亦有結合材料熱力學與材料計算學之研究，如SiO₂-CaO-FeO等熱力學性質之模擬分析，鐵礦熔融還原技術之建立--熔融還原煉鐵法渣性之基本研究。

以電漿熔煉為例，本實驗室自1991年起便積極投入plasma熔煉技術，並曾針對MG-Si的精煉做過相關研究，可將鋁濃度從5968ppm降低至2000ppm，鎂、鈉可分別由35及240ppm降到0。鈣則可由2827ppm降到數十ppm以下，碳的去除率亦可達90%，在此方面已具有相當基礎。1993年時，更對高氮不鏽鋼之電漿熔煉製程與其機械性質，做過一連串的試驗與比較。

近年來，更與德國的阿亨大學（RWTH Aachen）理論冶金及核燃料研究所（Lehrstuhl für Theoretische Hüttenkunde und Metallurgie der Kernbrennstoffe）之Dr.-Ing Ernst Muenstermann共同發展對電漿模擬的結果與接近工業化問題的探討，並有多次交流經驗，對我方技術之突破有其必要與重要性，且得到對方先進的經驗。除此之外，並與工業技術研究院材料所共同合作，建立電腦輔助模擬電漿精煉矽製程之初步模型，藉由電腦軟體FEMLAB，探討電漿爐中的能量、動量和質量的傳輸過程，及電漿體內的電磁場、流場、熱傳場的相對變化與交互影響，將所獲得的計算結果與文獻比對，獲得相似曲線，證明本研究模型已具有準確之定性與半定量解。

在感應電爐合金精煉製程的發展上更不虞餘力，發展結合水冷卻坩堝之真空感應熔煉技術，不僅具有感應電爐之優點，且因在真空環境中感應方式加熱，故鑄錠所含氣體量極低、加熱更迅速。水冷銅坩鍋與金屬熔體之間存在一層因強烈水冷卻邊界而造成，由金屬熔體重新凝固而產生的固體殼層，即所謂的凝殼，此時相當於用所熔金屬製成的坩鍋內部，即坩鍋內部與金屬熔體成分相同，避免了坩鍋對金屬熔體的污染。由於水冷卻銅坩鍋真空感應電爐所具有之特點，故可用來熔煉活性金屬或高清淨度合金。本實驗室過去已自行研發出一實驗室型水冷卻銅坩鍋真空感應電爐，曾經利用它熔煉鐵鋁介金屬，針對真空熔煉鐵鋁之合金熱處理與高溫性質有進一步研究，並有發表於，及對Fe-Al-Nd之氧化層機制與微觀性質的探討。

更以ANSYS軟體建立一結合電磁場與熱傳場水冷銅坩鍋感應電爐2D模型，來探討在熔煉過程中溫度場的分布，此已獲得不錯之成果。更將此技術結合定向凝固技術，應用在以光碟片製造濺鍍製程的為主的鋁鈦靶上，相關專利申請中。目前更嘗試進一步以電腦軟體FEMLAB計算所造成影響之複雜3-D模型。

除了冶金製程技術的發展外，本實驗室更利用本身設備所製造出之新合金，進一步探討其品質、機械性能與應用性。如藉由上述之真空感應水冷卻銅坩鍋熔煉精煉、鑄造技術，製造出成分相當於傳統使用之F75等級，性質卻較以往之鑄造為優之鍛造鈷鉻鉬合金。並與陽明大學解剖暨生物研究所共同合作之生醫合金成份及表面性質對巨噬細胞生物功能影響之研究，及在金屬對金屬全人工膝關節可行性之探討，利用增加含氮量之方法來加強其機械性質，再配合擬繼續發展的目前設計之電解加工設備，利用電解加工設備工作溫度低，較不會影響材料之機械性質，且加工速度很快，可做一般放電加工難以達到之深孔加工及拋光處理等優點；擬生醫人工關節鑄錠或鍛胚快速成型，僅需少量的加工拋光處理即可製成醫學上的應用之半成品。

但為了推動合金精煉的科技創新、加速技術發展，能夠跟上歐美日本等先進國家的水準，本實驗室近年來一直朝向以不斷的尋找科學、合理的方式、及未來能與工業界類似的操作技術，以期在協助工業界的研發及升級方面有所貢獻，對臺灣未來的經濟發展有所助益，因此在九十一年度開始於國科會計畫中提出發展所謂智慧型精煉技術(Artificial intelligent Melting and Refining)計畫。利用電腦模擬、各合金的基本物理、熱力學量測性質、半實驗理論模式及高速攝影流場拍攝技術的發展，不論對高溫合金熔煉及精煉過程或其設備的運行與成品品質的掌控而言，將逐漸可以不斷的較科學、更合理的方式、朝向更易自動化的操作，使其達到污染少、製造附加價值高、易自動化、減少仰賴進口的目標以提升傳統產業的技術水準及競爭力。