陳興華、蕭達慶、李文錦、王鼎翔、劉燕妮、蕭威典、林欣蓉、
陳俊沐、陳溪山、葉日翔、胡憲霖、吳金寶 / 工研院材化所
金屬廣泛應用在能源、運輸、建築、航太、半導體、光電、通訊等領域的關鍵性，以及在氣候變遷推動全球淨零轉型之時，金屬產業在新材料開發及製程減碳上的挑戰。工研院材化所先進金屬複材研究組多年來深耕金屬與複合材料技術，並與產業界保持緊密互動與合作連結，提供產業界重要與迫切需求的技術能量，從產業上游的冶金與反應設計，到產業中下游的精密鍍膜與表面改質，並同步開發高性能粉末與複合材料技術，整合研發平台技術提供不同產業界全方位的技術解決方案。
【內文精選】
組內技術研發策略與量能
1. 冶金與反應設計技術
鋼鐵為全球用量最大的金屬材料，且產業在全球總碳排放量占比高達10%，既是關鍵工業材料也是主要減碳標的，目前國際鋼鐵產業正加速轉向低碳製造。其中，氫基直接還原鐵(Hydrogen Direct Reduced Iron; HDRI)被視為取代高爐煉鐵路線的關鍵技術。國際鋼廠對高純度、低雜質直接還原鐵的需求迅速增加，用以補足廢鋼不足並降低碳排與提供綠色產品，因此具在地製造與成本優化能力的DRI技術成為產業關鍵發展方向。本組透過氫氣導入流體化床反應技術進行鐵礦砂還原，並利用流體力學與離散元素法進行模擬，以優化氣體噴嘴與擴散盤設計提升鐵礦砂還原率，開發金屬還原率達90%以上的商規等級直接還原鐵材料技術（圖一）。
圖一 、(a)氫基直接還原鐵反應系統；(b)電弧爐冶煉系統
3. 粉末與複合材料技術
本組建立特用合金粉末試量產/驗證技術平台，核心技術為透過合金材料設計與製作、氣氛控制、粉末粒徑控制以及造粒控制技術，達成高流動性合金粉體製備，並提升粉體真圓度與緻密堆積度，降低燒結後合金之收縮率，維持產品的精度。此外，針對不同粉末成型及其後製程技術，提供符合該製程之粉末形態，進行各製程參數建立，並進行微結構分析、物理性質及機械性質分析，建立最佳化製程參數。
本組亦開發特用合金材料與粉末製程技術開發，建立試量產線，包含鐵基合金、鋁基合金、高熵合金、鎳基超合金、鈷基超合金與稀土合金等特殊合金粉末製作技術，提供量產前的特用合金粉末設計開發、高品質粉末製作、粉末粒徑控制、製程參數開發、粉末材料性能驗證的Total Solution（圖五）。其中，用在被動元件的高階電感材料為鐵基粉體，現行鐵氧體在高頻存在高損耗限制，為滿足電子產品高效能、小型化與節能需求，需開發高磁導率、低損耗且具量產能力的新型合金材料，提升轉換效率並因應淨零與永續趨勢。本組結合材料模擬計算以開發軟磁合金SMC粉體，微結構非晶化達到高導磁率與低損耗磁性特性，降低鐵損與渦電流損耗，突破材料在高頻領域應用限制---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖五、特用合金粉末試量產/驗證技術平台
★本文節錄自《工業材料雜誌》469期，更多資料請見下方附檔。