淺談精密陶瓷於工程的應用與挑戰|專家論點【郭啟全】

作者:郭啟全(明志科技大學 機械工程系 教授兼系主任、智慧醫療研究中心 教授)

筆者於精密加工課程介紹「陶瓷(ceramic)」時候,一定舉出此案例。太空梭(space shuttle)外殼之陶瓷材料是讓太空梭穿過大氣層之「金縷衣」。當太空梭穿了金縷衣之後,即可執行發射人造衛星(satellite)、哈伯太空望遠鏡(Hubble space telescope)、太空探測器(space probe)…等任務。陶瓷具備高熔點、高硬度、高強度、高韌性、低比熱容以及低熱導率…等特性。從工程角度來分析,陶瓷材料確實是一種CP值很高的材料。

一般而言,機械系的學生對於陶瓷材料應該不陌生,因為材料科學與工程導論均會介紹陶瓷材料。其實,陶瓷材料與我們日常生活中息息相關,舉凡鍋、碗、瓢、盆均可以看到陶瓷的影子。筆者建議讀者,如有機會可以到新北市鶯歌老街走一走以及參觀新北市立鶯歌陶瓷博物館(設籍於新北市之市民還可以免費參觀),見識臺灣陶瓷工業之真面目,體驗臺灣之光。筆者於念大學期間之專題即以陶瓷坩鍋(ceramic crucible)研發為研究主題。

陶瓷坩鍋實體圖。(圖片來源:郭啟全)

曾經有一位學生問筆者:「喜歡精密陶瓷,是否可以變成自己專長?」。筆者對沒有直接回答學生Yes or No,筆者僅告知該位學生:「如果你喜歡陶瓷,那就Just do it」。其實,具有精密陶瓷之專長是可以當飯吃的。筆者舉出一個實例:國立臺北科技大學王錫福校長,其專長即為陶瓷。此外,國立臺灣大學材料科學與工程學系暨研究,具有一組專長為陶瓷材料組;國立清華大學材料科學工程學系以及國立成功大學材料科學及工程學系,也有數位教授其研究專長為無線通訊(wireless communication)陶瓷材料或陶瓷材料。

由於第五代行動通訊技術(5th generation mobile networks, 5G)屬於毫米高頻波段,訊號傳輸過程中很容易受到外界干擾,由於精密陶瓷材料不容易受到外界干擾,因此於第五代行動通訊技術中逐漸嶄露頭角。根據產業之應用來看,精密陶瓷材料將廣泛應用於電子產業,因為精密陶瓷具備磁性、電子、聲學、光學等特性。此外,精密陶瓷也可以應用於手機內部之天線(antenna),主要的原因為精密陶瓷天線之介電常數(dielectric constant)高,因此可以將天線之尺寸縮小,其優點不但可以使手機變輕、薄、短、小之外,也可以提升手機內部之空間利用效率。

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