工業材料雜誌六月號推出「先進鍍膜」及「阻絕火與熱的機能材料」兩大技術專題

 

刊登日期:2019/6/5
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先進鍍膜材料技術  為產品鍍上高機能、高品質與高價值
國際工業科技發展日益精進,鍍膜材料技術需求及應用更不可或缺。工研院材化所針對現行產業應用,開發先進的鍍膜材料及技術整合,以符合各類產業之需求。本期專題介紹四篇專文,包括:碳化矽塗層之技術進展與產品應用、高熵合金膜層製程技術與應用潛力探討、準晶鍍膜技術發展現況與應用展望、高溫靜電防護鍍膜技術及其應用。期能透過各種具前瞻應用性之材料與技術的探討,帶動相關鍍膜產業與應用的發展與商機,讓先進鍍膜材料技術為產品之高機能、高品質創新加值。

碳化矽塗層之技術進展與產品應用」一文指出,碳化矽(SiC)塗層是由矽和碳的化合物組成的特種塗層,碳化矽是一種綜合製造的複合材料。然而,它在全球特種塗層市場中較少見,且碳化矽塗層因製程技術,使它成為市場上較昂貴塗層之一。碳化矽塗層具有高耐磨性、耐腐蝕性,並且具有高導熱性等許多優點,因此該塗層在各種工業應用中受到青睞。而碳化矽塗層具備高度的化學穩定性和抗氧化性,因此可以應用於LED載盤、半導體產業、板材、泵葉片、球閥部件、密封件、軸承和熱交換器等。近年來,由於亞太地區LED產業與半導體產業的蓬勃發展,讓整體碳化矽膜層的需求大幅增加,全球碳化矽塗層市場預計將由亞太地區主導,中國在碳化矽塗層消費將占據市場主導地位,而全球對於碳化矽塗層約有數十億台幣之需求。工研院已經完成厚膜碳化矽製程開發與膜層的檢測分析,讓國內廠商可以在國內直接取得高品質之碳化矽鍍模組件。

高熵合金膜層製程技術與應用潛力探討」一文透過熱熔射(Thermal Spraying)製程簡介幾種高熵塗層材料,包括工研院開發無Ti元素之代號A (Al-Co-Cr-Fe-Ni-Si)非等莫耳高熵合金塗層、代號B以及代號C兩種(Al-Co-Cr-Fe-Ni-Si-Ti)近等莫耳高熵合金塗層。其具有高硬度、耐磨耗與抗腐蝕之兼備功能,這是傳統超合金難以同時達成的規格要求。彙整高熵合金塗層之相關實驗,顯示熱噴塗技術可以提升高熵合金之自有開發及商品化優勢,熱噴塗高熵合金塗層有開發潛力,能達到傳統市場之升級、製備成本的管控及專利壁壘之突破,有助低成本與高品質之國產牌號合金生產。在航空、核電、造船、工業燃氣輪機、鋼鐵、半導體/電子、能源領域和造紙領域之行業均具有重要之需求及潛力開發價值,所占的市場比重亦將日益增大。

準晶(Quasicrystals)材料在2011年薛契曼教授獲得諾貝爾化學獎後,受到學術研究領域的關注與討論,其應用領域也持續拓展。目前準晶材料大部分是金屬元素,但特殊的原子排列結構,卻具有與金屬截然不同的特性。因此不僅可應用在金屬基複材上,更可在表面功能性塗層、耐磨耗、熱阻障層塗層、觸媒、儲氫、熱電材料等應用皆有一席之地。但因為準晶材料相對硬脆且延展性較低,因此在表面功能性硬質塗層的應用就相對重要。「準晶塗層材料技術發展與應用現況」介紹準晶塗層材料近期的技術發展與其應用現況。工研院材化所已建立準晶材料的合金熔煉、粉體製程、塗層製備及其檢測分析等研究能量,未來進一步拓展到產品的應用,相信能增加產品的創新性,提高產品的技術門檻與競爭力。

由於電子零件轉往小型集中化發展,半導體元件之靜電防護提升,已成為相當重要之課題。其中針對高溫封裝製程中所需要之高溫靜電防護材料,須同時具備連續使用耐溫性(>350˚C)、耐酸鹼、靜電消散能力,並同時具有一定程度之機械性質等特性。相關目前可國產化之材料,仍存在耐溫性不足與靜電消散效果極差等問題。「高溫靜電防護鍍膜技術及其應用」一文指出,目前最具潛力之技術為利用金屬氧化物陶瓷靶材,進行真空濺鍍製程,可成功製備出具有耐高溫、耐酸鹼、高電阻值並具有靜電消散能力之材料。未來此技術若可成功進行量產工業化,將可提供更具競爭力的高品質高溫靜電防護材料,並進一步提升台灣半導體於高溫製程時之良率,取代目前對國外高溫靜電防護材料、技術之依賴,降低生產成本,增進國內半導體產業競爭力。

阻絕火與熱  運用材料新機能創造安全節能生活環境
火的發現與應用已有超過170萬年的歷史,但即使到今天,我們仍無法說人類能全面操控火,每年火災仍帶走許多傷亡及財物損失,因此建物的防火規範與材料應用成為安全防護相當關鍵的因素。火為人類帶來溫暖,但在天候炎熱的區域,如何在建物內維持涼爽舒適的環境卻是建物設計時的重點,為達到節能減碳,阻絕戶外熱量或是陽光的熱能進入室內,成為節能建築重要的課題。建物的外殼可透過隔熱牆面建材、隔熱塗料、節能玻璃來加強其隔熱性能,減少外界熱能及日照能量進入室內,並減少空調負載,節約能源。本次專題介紹應用在隔絕火與熱的建材上之新穎機能材料,在永續發展的前提下,各項新機能材料皆具有巨大的發展潛力,將能為人類創造安全健康、節能環保、便利舒適的生活環境。

全球暖化造成世界各地之氣候產生極大改變,節能減碳已成為攸關人類永續重要的應對策略。目前廣泛使用的隔熱塗料大多為淺色系列,主要以白色為主,具有高紅外線反射率,但使用上有美觀與光害等問題。紅外線反射型隔熱塗料能有效隔絕室外熱能進入室內並可降低室內溫度、降低空調電力使用量。「紅外線反射型隔熱塗料」介紹紅外線反射型之隔熱材料與塗膜技術,已成功應用於建築、外牆與汽車上,可有效降低表面溫度約10~20˚C,減少熱能進入室內,進而降低空調耗能使用。

建築的能源消耗多,具有低熱傳導係數的隔熱建材可以大幅降低建築的冷熱空調能源消耗;而隨著人類生活水準的提高以及對生命財產的重視,火災的預防變得愈來愈重要。建材同時具備隔熱及阻燃/防火特性因之益發受到重視。「隔熱防火建材的發展與應用」介紹市場上常見的隔熱防火建材與相關防火測試法規、高分子發泡隔熱材料使用的阻燃劑對環境影響,目前防火隔熱建材市場仍以無機的岩棉與玻璃纖維棉及有機發泡塑膠的聚氨酯與聚苯乙烯為主,後者的隔熱性較佳,但為添加的非環保型阻燃劑長期接觸影響健康的問題已越來越受到重視。工研院材化所開發出REDDEXTM新型低密度隔熱材料,可以應用於天花板、屋頂與外牆隔熱,避免因火災所造成生命及財產的損失。而因應資源再生趨勢,未來隔熱防火建材開發也需要考慮到資源可再利用性。

2018日本高機能素材展隔熱塗料相關介紹」探討目前隔熱塗料的發展趨勢及應用層面。透明型隔熱塗料現階段主要還是利用高單價金屬銀及精密控制厚度的製程去製備,製程成本過高,市場可能無法接受,未來仍有很大的發展空間。而有色隔熱塗料部分,淺色系發展非常成熟,深色系受限於可見光區的高度吸收,目前全太陽光反射率仍低,藍色、綠色、棕色及黑色部分未來仍具有發展潛力。在應用端方面,除了一般認知的屋頂,隔熱塗料的應用也不斷擴展,從道路用隔熱塗料到船舶用隔熱塗料,未來也可能發展成車用隔熱塗料、玻璃用隔熱塗料等。在這個能源有限的社會,節電已經逐漸成為大家生活的一部分,而隔熱塗料就是未來增加節電效能的方法之一,重要性確實是值得大家關注。

隨著聖嬰現象以及各種大自然反撲,人類已漸漸意識到節能的重要性。然而具體方式為何?人們不斷地開發各種能源的同時卻製造更多的碳排放。更重要的當務之急是節能的方式是否正確?「台灣對隔熱應有的認識」從太陽照射角度、地理位置、氣候條件的不同,來探討「傳導熱」和「輻射熱」的差異性以及台灣的節能方式。從光的組成(紫外線、可見光、紅外線)及各式玻璃的介紹,並提供內政部建築研究所的節能實驗及玻璃建材參數數據,提供讀者關於隔熱應有的認識。不像高緯度的地區,台灣屬於亞熱帶,受到太陽直接輻射非常強,由玻璃進來的輻射超過90%以上,光照度也非常的高,不只要隔熱,還要隔光。面對不同的差異,台灣應建立自己地區的隔熱觀念與正確的節能方式。

主題專欄
環氧樹脂性能優異,但脆性高,需透過增韌技術以提升其韌性。國內環氧樹脂應用廣泛且市場成熟,對於必須仰賴進口的增韌劑有大量需求,尤其是橡膠彈性體類型之增韌劑。隨著高階應用產品的發展,傳統環氧樹脂增韌劑已難滿足高性能產品應用需求。「橡膠彈性體於環氧樹脂增韌技術之發展與應用」一文探討環氧樹脂增韌技術及增韌劑市場狀況,並針對橡膠彈性體於高性能環氧樹脂增韌劑的發展以及工研院之研發成果加以介紹。期能透過高性能橡膠彈性體類型之增韌劑生產技術及應用開發,串聯國內擁有充足的橡膠彈性體單體原料供應之上游,與環氧樹脂應用下游產業鏈,帶動國內橡膠彈性體生產及環氧樹脂應用產業高值化發展。

全固態電池因其出眾之安全性,現已成儲能材料科學之研究重點目標。鋰金屬負極因其高能量密度,被視為全固態電池之理想負極。然而鋰金屬負極與固態電解質之結合卻使電池之循環壽命衰減,阻礙固態電池之實際應用。以鋰金屬為負極之固態電池中,各類固態電解質之失效機制不盡相同。鋰金屬枝晶與界面副反應導致之電池短路與固態電解質失效,這是全固態電池失效之兩大原因。固態電解質與電極之微觀接觸不完全,引發電池極化效應產生,此亦將使全固態電池循環性能形成負面影響。「全固態電解質應用於鋰離子電池及其界面導電機制探討」介紹各類固態電解質之性能,並總結固態電池配合鋰金屬負極面臨之困境與提高固態電池性能之方法。

為了滿足安全與高能量密度的需求,許多國際大廠與國家研究單位致力開發全固態電池。當鋰電池導入全固態電解質時,電池製造技術也可能隨之改變,當全固態電解質不斷地被發掘後,研發主軸已由最初探索高性能固態電解質,逐步邁向開發電解質量產技術與電池製造技術。「國際廠商開發固態電池發展現況」主要介紹國際大廠在固態電解質與固態電池製造技術的發展現況。不同於過往液態系統鋰離子電池中的電解液,電解液廠商可單純作為材料製造商;製作全固態鋰電池時,正極材料與負極材料的選擇與其製程條件皆須配合固態電解質,因此目前許多固態電解質製造商會與其他廠商共同合作,並且開發電池製造技術,可望提供客戶全方位解決方案。開發固態電解質時不能一昧追求材料性能,而須由量產製程角度出發,開發未來易實現大規模生產之材料。

新南向政策是我國政府重要施政目標,瞄準東協10國、南亞6國、紐澳2國,共18個新市場。由於石化產業發展受到市場規模、基礎建設以及經濟發展情況影響,近年石化產業聚焦崛起的新南向國家如:新加坡、馬來西亞、泰國、印尼、越南以及印度作為主要發展市場,新興市場對於塑膠產品的需求與供給皆快速增長,卻也是海洋廢塑膠主要來源地區。「新南向國家的塑膠新挑戰」一文將以石化產業潛力龐大的新南向國家─馬來西亞、泰國、印尼、越南以及印度為主軸,探討各國聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)塑膠市場現況,包括經濟發展、塑膠原料供需發展以及海洋廢塑膠對各國之挑戰。

人的認知,來自家庭、學校以及社會的經驗,從書本以及媒體得到知識與訊息。雖說「盡信書不如無書」,假新聞可以「以假亂真」,但成年以後,有相當的判斷力,然而研究卻發現,「你對世界的認知,真確性遠比你知道的少!」煮字集「真確」一文由陳力俊院士分享瑞典知名公共教育家漢斯.羅斯林(Hans Rosling)在臨終前所出版的作品《Factfulness》,顛覆世人的思維方式,推薦給讀者參考。

電廠除役工作中,自動化無人搬運技術係將我國既有之自動化產業及物流產業導入至核能電廠除役時,相關廢棄物容器之搬運與管理。所涉及之主要關鍵技術與設備包括:自動化導引及定位技術(LiDAR、Slam、磁條、3G、WiFi等)、自動化導引車輛、自動化導引堆高機、輸送帶系統、倉儲系統,以及倉儲管理系統。相關之自動化搬運設備應就所處之輻射環境,能夠進行安全導引,且電控設備在此環境下不受其影響,同時在運行中相關之工安、防人員碰撞等可預期意外事故情境,皆需考量在搬運設備相關之導引及系統運轉中。「核能除役產業商機說明會系列三:自動化無人搬運技術暨台電需求說明」除蒐集廠商技術內容,傳達台電的需求之外,並希望凝聚廠商,將我國已成熟之自動化產業及物流產業技術導入至核能電廠除役各別搬運技術需求內。

熱門專利組合本月推出工研院材化所兩類八項優質專利組合。「先進鍍膜專利組合」精選表面鍍膜/塗層技術、電弧鍍膜技術、碳化矽材料技術、合金鍍膜應用;「阻絕火與熱的機能材料專利組合」則有紅外光反射隔熱塗料、隔熱防火建材、耐燃/難燃應用、建築節能設計技術。材化所技術豐富多元,歡迎業界與材化所智權加值推廣室(03-5913737)聯繫洽談。

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