2-1 鋁基複合材料(Aluminum Matrix Composites, AMCs)
鋁合金為工業上最被廣泛使用之金屬材料，其優異的基本物理性質包 A. 顆粒強化材 (Particle Reinforcement)
顆粒強化材為最常見以及成本最低廉之強化材料，通常為陶瓷或者氧
B. 連續纖維強化材 (Continuous Fiber Reinforcement)
連續纖維強化材的成分通常為碳、氧化鋁（Al2O3）、碳化矽（SiC）等，
在複合材中可以平行排列或者互相交織。此強化材可大幅提升複合材料的
機械以及物理性質，例如鋁基材中若含有體積分率 60％的連續 Al2O3纖維 時，其拉伸強度（Tensile Strength）可達 1500MPa，而彈性勁度（Elastic Stiffness）為 240GPa[8]
。但纖維製造成本高昂，且複合材料也難以二次加 工。
C. 不連續纖維強化材 (Discontinuous Fiber Reinforcement)
不連續纖維指的是在複合材料中強化材為較短之纖維，且排列無特定 方向，其性質介於顆粒強化複合材與連續纖維複強化合材之間，常見的有 氧化鋁[12]
或碳化矽短纖維。
D. 鬚晶強化材 (Whisker Reinforcement)
鬚晶強化材為直徑小於 2μm 的單晶無缺陷纖維材料，相對於其他強化
（1） 固相製程（Solid Phase Fabrication Methods）：
常見的固相製造技術包括擴散接合(Diffusion Bonding)、粉末冶金
（Powder Metallurgy）等。擴散接合是將排列好的纖維強化材置於鋁箔上，
隨後置入真空腔體內施以高溫高壓，使金屬基材與強化材間互相擴散，製
成無空孔之複合材料，若纖維表面與基材潤濕性較佳，則可使用熱壓法製 作複合材料，以降低製造成本；粉末冶金法普遍用於不連續纖維或者顆粒 狀強化複合材，將調配好之強化材料置於模具中並施以壓力使顆粒間界面 緊密接合，隨後予以燒結或熱壓，使材料間產生固相反應而生成複合材料。
（2）液相製程（Liquid Phase Fabrication Methods）[7-9,13-21]
：
常用的液相製造技術包括擠壓鑄造（Squeeze Casting）、液相浸透（Liquid Metal Infiltration）、離心鑄造（Centrifugal Casting）與流變鑄造（RheoCasting）
等。擠壓鑄造法在1878 年由蘇俄的 Chernov 首先發展出此技術，其方法為
2-3 高導熱鋁基複合材料 格低廉，其基底面的導熱係數高達1500-200W/mK（表 2-3），而高熱傳導石 墨薄片的熱傳導係數可達500W/mK，故若以石墨為強化材，應可有效提高
善石墨與鋁之間的潤濕性，可改用含有矽之鋁合金[5]
內部的溫度梯度，並考慮截面積， Wire 2.Hot Plate 3.Heat Flow Meter。穩態分析法的量測對象只限於線材以及
塊材，且無法直接測得熱傳導係數，所測得的數據為材料的熱流以及溫度
Hot Disk法的測量原理是基於Silas Gustafsson[34,35]
所發明的瞬變平面 熱源法(Transient Plane Method,TPS)，TPS技術是由Hot Wire發展而來，其感 測器為鎳線經蝕刻處理後形成具螺旋結構的薄片（圖2-1），可同時作為熱
2-5 複合材料之導熱係數計算
複合材料的物理性質為可調整的（Tailorable），也就是說，強化材或者 基材的體積分率多寡，將決定複合材料的物理性質，包括密度、熱膨脹係 數、熱傳導係數等[22,24,34-40]
，因此 J-M Molina 針對顆粒強化複合材料 的導熱性質進行分析，並利用DEM（Differential Effective Medium）法來進 行計算[22]
a:強化材顆粒大小
表2-1 各種材料之熱性質與密度[20][28]
熱傳導係數(W/mK) 熱膨脹係數(10-6/℃) 密度(g/cm3)
鋁 247 23 2.7 金 315 14 19.32 銅 398 17 8.9 鉛 30 39 11 鉬 142 4.9 10.22 鎢 155 4.5 19.3 鈹 260 6 3 鑽石 ~2000 0.9 3.51 氮化鋁 320 4.5 3.3 碳化矽 270 3.7 3.3 鱗狀石墨 140~500 0.5-2 1.5-2.1 顆粒石墨 100~250 1-5 1.5-2.1
表2-2 石墨基底面與垂直基底面之性質[28]
表2-3 A356 成分[10]
Si Mg Cu Fe Ti Zn Mn
含量(wt％) 6.5-7.5 0.25-0.45 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1
性質 基底面方向 垂直基底面方向
電阻 (Ωm) 0.4 60
彈性係數 (GPa) 1020 36.5
抗拉強度 (GPa) 96 34
熱傳導係數(W/mK) 2000 10
熱膨脹係數(10-6/℃) -0.5x10-6 27x10-6
圖2-1 TPS2500 感應器及熱源
圖2-2 鑽石與 SiC 顆粒體積分率 20％的鋁基複合材料[24]
（a）
（b）
圖2-3 DEM 理論結果與量測結果[22]
（a）實驗值與理論值比較（b）體積分率與導電率關係