石墨複材流道板之超音波反射訊號實驗

石墨雙極流道板具有良好的導電性及導熱性，可確保電子傳導性及 散熱溫度均勻分佈，並緊密支撐膜電極組使反應氣體在整個電極各處均 勻分佈。然而，純質石墨流道板在製造上相當不易，一般以石墨環氧樹 酯複合材料(graphite epoxy composites)較為常見，而石墨環氧樹酯複合材 料之材料特性較接近等向性材料，與純石墨有所差異，為了解石墨流道 雙極板超音波回波訊號之特性，以及是否能辨別在流道內有水與沒水的 情況，故針對石墨之平坦非流道區及具凹凸表面的流道區進行實驗。得 到其超音波回波訊號，接著在流道板上加上水，比較回波訊號差異。另 外確認石墨複材流道板與純石墨材料特性之差異，量測其密度與材料係 數。

3.1.1實驗方法及其流程

在待測試片表面塗抹些許耦合劑(couplant)，將壓力波探頭置於耦合 劑上，施予正向壓力將探頭與試片表面壓合。此時，超音波發射器將週 期性地提供超音波探頭一個大約 150 伏特以上的負電壓脈衝，不斷地激 發該超音波探頭產生壓力波，壓力波穿透過耦合劑傳遞至試片內部，沿 著厚度方向傳遞，試片底部反射的回波抵達探頭時，會產生電壓響應。

由於此電壓訊號的振幅很小，需經過超音波接收器的放大電路增益後，

再連接至示波器上觀察訊號變化，此方法稱為脈波回音法(pulse-echo method)。

3.1.2 非流道區反射訊號實驗

實驗架構配置圖如圖3.1.1所示，使用壓力波探頭(Panametrics 5MHz

V543)對於石墨流道雙極板非流道區(如圖 3.1.2 所示)的厚度方向進行檢

3.1.3 流道區反射訊號實驗

的存在，故振幅不會降低。而在第一回波波群的尾部，多了數個回波訊

以下實驗利用脈波回音法(pulse-echo method)對石墨流道板進行波速 量測，其中縱波波速利用壓力波探頭(Panametrics 5MHz V543)進行量測，

其探頭寬度為6.35 mm，中心頻率為5 MHz，横波波速則使用剪力波探頭 (Panametrics V221BA)進行量測，其探頭寬度為 6.35 mm，中心頻率為10 MHz。

藉由回波訊號的時間差及波程可以算得波速，其中波程為兩倍的厚

11 15.80

C = , C₄₄ =5.33, C₁₂ =5.14 (3.1.2) 根據實驗的結果，所測試的石墨流道板為等向性材料，其材料係數列於 表1。

3.1.5 小結

本節利用工業用超音波探頭對石墨流道板進行回波訊號量測實驗，

分別針對表面平坦之非流道區與具凹凸交錯形狀之流道區得到石墨流道 板之超音波反射訊號，並分別加上水觀察回波訊號之變化，由實驗結果 可發現，利用非聚焦式探頭，在5 MHz 的頻率下，流道之凹凸交錯之幾 何外型，可在回波訊號中被區別，而當有水存在於流道板表面時，回波 訊號之起始回波振幅會降低，回波訊號的後面則會多出數個回波訊號，

原因為部分能量經流道板與水之交界面傳遞進入水中的緣故，當波傳遞 進水中之後會在水中反覆反射，形成數個回波訊號，由於水的波速較慢，

故其出現位置位於時間較晚之位置。為確認石墨流道板之材料特性，對 其材料特性進行量測，並獲得其密度與彈性係數，實驗結果發現其較為 接近等向性材料，與理想石墨差異甚大。