专利名称：类陶瓷材质乐器材料及其制备的制作方法
技术领域：
本发明是有关一种乐器材料及其制备方法，尤指有关于一种类陶瓷材质乐器材料及其制程而言。
背景技术：
传统的乐器，从木制乐器至金属或金属合金，如铜、银、镍、不銹钢、白金…等等材质，一直都在追求硬度的提升，以求取材质优越性部份，例如材质硬度越高，其反应越快，传递也越好，而音波传递损失少，效率好，振动效益高，另外其抗热涨冷缩的能力越佳，音频的稳定度也越好；而前述传统乐器材质的硬度并不高(约在100-200Hv)，所以其传递的效率、抗热涨冷缩能力、及音频的稳定度都还不是最佳化。
另外，前述传统所使用金属或合金材质的乐器，其制程中很多地方需要经过加温焊接，而这会造成焊接处与非焊接处的材质应力不平均，使得音频传递不稳定。
再者，前述乐器所用传统的金属材质，如铜、银、镍、不銹钢、白金或其合金，其重量一般都很重，所以乐器体积都尽量往小而轻巧的方向发展，以减轻其重量，并降低使用者使用时的支撑负荷，但是也相对的减少了乐器本身的共振体积。
而在制程上，传统金属乐器通常较为繁琐，在这里就以笛子的制作做为背景说明。图6为传统笛子主体的部份立体图，图7为其断面图，而图8为其按键部份的正面图，图9为按键的侧视断面图。其中管体6的部份包含了键柱板(reb)61、键柱(post)62、键柱孔63，在制程上必须用抽管机来抽管体6，并经抽孔机来形成音孔64，而键柱板61则经冲床加工成型，键柱62则经车床加工而成，再加上键柱孔63的加工成型，最后必须利用银焊将键柱62与键柱板61焊接固定，冉将焊好的键柱62与键柱板61与管体6锡焊固定。
按键7的部份，其包含了键臂(key arm)71，音盖(cup)72，套管(pipe)73，按片74、弹簧钩75，成型制程则包含了锻造成型及切边、折弯、音盖72的冲床冲制、整修，套管73则利用抽管机来成型，并经过栽切的加工，按片74的锻造成型及切边，弹簧钩75的车制成型，然后利用银焊将套管73与键臂71、按片74、弹簧钩75等焊接完成了按键7的制作。
由上述管体6与按键7的制作了解，其制程非常繁琐，制程长，乐器的价格当然相对提高。
另外，前述常用乐器材质易热涨冷缩，硬度不够，变形率高，再加上焊接处多，会造成音频传递不稳定。
由此可知，乐器材料及制程尚有进步空间。而陶瓷是一种硬度够又是很好的音频传递材料，但确是容易碎裂，而如何保持陶瓷良好的特性又能兼具有很好的强度，能克服制程上的问题，为本发明所要面临的课题。
发明内容
本发明的主要目的，在解决前述问题而提供一种类陶瓷的乐器材料及其制备的方法。
本发明的特征主要在提供一种类陶瓷材质乐器材料，包含了具有在轻金属或轻金属合金的表面形成一类陶瓷氧化膜覆层。
该金属或金属合金选自铝、镁、钛、钴、镉、铝镁合金、铝合金、镁合金、钛合金。
氧化膜覆层至少包含了最上层高密度多孔性氧化物陶瓷层(highlyporous oxide ceramic layer)、第二层低密度多孔性氧化物陶瓷层(slightlyporous oxide ceramic layer)，以及第三层栅层(Barrier layer)。
该类陶瓷氧化膜覆层的硬度在500-2000Hv。
本发明的另一特征亦包括一种类陶瓷材质乐器材料的制备方法，以获得上述的一种类陶瓷材质的乐器材料，其方法包括有选择至少一轻金属或轻金属合金的乐器基材，以及一辅助电极，置于一液体环境中，并对乐器基材与辅助电极间施加一电位差，使得乐器基材表面产生电弧放电，而由其释放的能量气化并离化附近电解液产生电浆，而在乐器基材表面形成一层类陶瓷材质的氧化膜。
上述步骤中的液体包含水或纯水。
进一步的方法是在液体中加入添加剂或钝化剂，以改变其液体的导电度。
该乐器基材选自铝、镁、钛、钴、镉、铝镁合金、铝合金、镁合金、钛合金。
进一步方法是利用挤型成型法制作乐器基材雏型，并再经二次加工成预定的乐器基材形状。
该方法是利用CNC(数控机床)进行二次加工。
进一步包含利用一体射出成型该乐器基材形状。
进一步包含利用雕刻方式形成该乐器基材形状。
所述方法是利用CNC或/及线切割来进行雕刻。
进一步方法包含，该乐器基材选自镁或镁合金，而其方法的步骤是在液体溶液中加入铝的磷酸盐或硫酸盐与镁共同氧化形成Mg-AL-O化合物覆膜，而由于电弧放电所产生的高活性电浆与高温的作用，令镁或镁合金表面形成一层陶瓷结构的氧化膜。
该乐器基材选自铝或铝合金，而其液体溶液则为低浓度的碱性硅酸盐溶液。
经过该方法而在乐器基材表面所形成的类陶瓷材质的氧化膜至少包含了最上层高密度多孔性氧化物陶瓷层(highly porous oxide ceramiclayer)、第二层低密度多孔性氧化物陶瓷层(slightly porous oxide ceramiclayer)，以及第三层栅层(Barricr layer)。
该类陶瓷材质氧化膜的硬度介于500-2000Hv。
图1本发明方法经挤型成型后但未经二次加工的笛子管体粗胚的立体图。
图2本发明方法经挤型成型后并经二次加工后的笛子部份管体的立体图。
图3本发明方法的挤型成型制程后但未经二次加工的一种笛子按键粗胚的立体图。
图4本发明方法的挤型成型制程后并经二次加工后的一种笛子按键立体图。
图5依本发明的方法而在乐器基材表面所形成的氧化膜断面图。
图6传统笛子主体部份立体图。
图7为图6的断面图。
图8为传统笛子的一种按键的正面图。
图9为图8的侧视断面图。
具体实施例方式
以下为本发明较佳实施例的详细描述本发明主要是提供一种类陶瓷材质的乐器材料的制备，其包括有下列步骤选择至少一轻金属或轻金属合金的乐器基材，以及至少一辅助电极，将其置于一液体环境中，并对乐器基材与辅助电极间施加一电位差，使得乐器基材表面产生电弧放电，而由其释放的能量气化并离化附近电解液产生电浆，而在乐器基材表面形成一层类陶瓷的氧化膜。
本发明中，在乐器基材表面所产生的电弧放电所形成的电浆使辅助电极氧化生成和传统阳极处理产生完全不同的氧化膜覆层—类陶瓷，且高温造成覆膜部份熔解，而改变覆膜孔隙度与其微结构。
而本发明前述的乐器基材可选用如铝、铝合金、镁、镁合金、钛、钛合金、锆、锆合金、镉、镉合金等。
前述乐器基材的成型加工方法一般采用下列方式1、挤型成型法利用一套挤型模具，将材料以压挤设备压挤成型，并及/或再经二次加工成预成型的形状。其特别适用在铝、镁材质或其合金材质。
以下以笛子为实施例做为本发明与已有笛子制程比较的参考。其中图2是以本发明经挤型成型并经CNC二次加工后的笛子管体立体图，而图1则是挤型成型后但未经二次加工的笛子管体粗胚立体图。其中，笛子经挤型完成的管体1包含了键柱11、键柱板12、键柱孔13等雏形(参见图1)，再经CNC的二次加工，便完成了其笛子管体1的整个形状(参见图2)，其制作速度非常快。
另外，图3则是利用本发明挤型成型后但未经二次加工的笛子按键雏型立体图，而图4则是利用本发明挤型成型并经二次加工，例如经CNC加工后的立体图。依据本发明所形成的如图3所示的按键2雏形，就已包含了套管21、键臂22及音盖23的雏形，只要再经CNC的二次加工，便完成了如图4所示的按键2的成型，制作速度非常快。
2、射出成型法本发明主要是将铝、铝合金，镁或镁合金…等材料熔化，并以模具及射出成型设备射出成型，可以一次完成预定形状的乐器基材，如图2或图4所示的笛子管体及笛子按键的造型，都可以以射出成型法一体成型，而不需再经其他的加工程序。
3、雕刻成型法本发明主要将乐器的素材，如铝、镁、钛…或其合金等材料经过雕刻方式，将如管体1及其键柱11、键柱板12、键柱孔13、音孔14、按键2及其键臂22、套管21、音盖23等一体雕刻完成如图2及图4的笛子及其按键形状。
而工具的使用上，可以采用CNC、线切割、金属加工机械及其他的雕刻工具。
以上三种基材的成型方法，可以依预成型乐器的形状来选择其中较适合的方法或混合二种以上的方法来使用。
前述所指的液体环境，最主要为水溶液的环境，尤其纯水为较佳的选择。另外，为了改变液体的导电度，可以在液体中加入适度的添加剂或钝化剂，或者视情况加入一些化合物，例如当乐器基材选择铝或铝合金材质时，可加入适量的碱性硅酸盐，使成为低浓度的碱性硅酸盐溶液。
当乐器基材选择镁或镁合金材质时，则可以在液体溶液中加入铝的磷酸盐或硫酸盐与镁共同氧化形成Mg-AL-O化合物的覆膜。
本发明的辅助电极是采用不銹钢材，一般放在阳极，其在反应中主要在提供电流的进出，进行溶液的法拉第反应，所以几乎没有损耗产生。
请参见图5所示，由前述方法而在乐器基材3表面所形成的氧化膜覆层31至少包括有第一层高密度多孔性氧化物陶瓷层(highly porous oxideceramic layer)311，第二层低密度多孔性气化物陶瓷层(slightly porous oxideceramic layer)312，以及第三层栅层(Barrier layer)313。其中第一层的结构，孔隙度高，硬度较低，适合涂装第二层密度高，甚至达零孔隙，具有高硬度及耐蚀性，而其硬度约在500-2000Hv；而第三层则是属于扩散层。
经由本发明制备的类陶瓷材质乐器材料，其硬度非常高，抗热涨冷缩能力好，对于音波传递的损失少，振动效益及音频稳定度高；再加上由于本身采用轻金属，重量非常轻，在相同的重量条件下，可以增加其体积，以增加乐器本身的共振体积，而得到较佳的共振效果；另外，经由本发明制备的类陶瓷材质乐器，并可得到良好且宽广的音域表现。
而利用本发明制备的乐器或其配件，包括诸如各式笛子，如短笛、长笛、直笛，竖笛(单簧管)、双簧管，巴松管及其吹嘴，萨克斯风及其吹嘴，小喇叭及其吹嘴，钢琴琴键、琴槌本体，口风琴、提琴，音响喇叭振动膜、音箱…等等。
以上实施例仅做为本发明的一说明，当不能以此限定本发明的专利范围，亦即，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。
权利要求
1.一种类陶瓷材质的乐器材料的制备，包括步骤如下选择至少一轻金属或轻金属合金的乐器基材，以及一辅助电极，置于一液体环境中，并对乐器基材与辅助电极间施加一电位差，使得乐器基材表面产生电弧放电，而由其释放的能量气化并离化附近电解液产生电浆，而在乐器基材表面形成一层类陶瓷材质的氧化膜。
2.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，步骤中的液体包含水或纯水。
3.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步的方法是在液体中加入添加剂或钝化剂，以改变其液体的导电度。
4.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，该乐器基材选自铝、镁、钛、钴、镉、铝镁合金、铝合金、镁合金、钛合金。
5.如权利要求4所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步方法是利用挤型成型法制作乐器基材雏型，并再经二次加工成预定的乐器基材形状。
6.如权利要求5所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，该方法是利用数控机床进行二次加工。
7.如权利要求4所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步包含利用一体射出成型该乐器基材形状。
8.如权利要求4所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步包含利用雕刻方式形成该乐器基材形状。
9.如权利要求8所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，所述方法是利用数控机床或/及线切割来进行雕刻。
10.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步方法包含利用挤型成型法制作乐器基材雏型，并再经二次加工成预定的乐器基材形状。
11.如权利要求10所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步方法是利用数控机床进行二次加工成型。
12.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步方法包含利用一体射出成型该乐器基材形状。
13.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步方法包含利用雕刻方式形成该乐器基材形状。
14.如权利要求13所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步方法是利用数控机床或/及线切割进行雕刻。
15.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，进一步方法包含，该乐器基材选自镁或镁合金，而其方法的步骤是在液体溶液中加入铝的磷酸盐或硫酸盐与镁共同氧化形成Mg-AL-O化合物覆膜，而由于电弧放电所产生的高活性电浆与高温的作用，令镁或镁合金表面形成一层陶瓷结构的氧化膜。
16.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，该乐器基材选自铝或铝合金，而其液体溶液则为低浓度的碱性硅酸盐溶液。
17.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，经过该方法而在乐器基材表面所形成的类陶瓷材质的氧化膜至少包含了最上层高密度多孔性氧化物陶瓷层、第二层低密度多孔性氧化物陶瓷层，以及第三层栅层。
18.如权利要求1所述的一种类陶瓷材质乐器材料的制备，其特征在于，该类陶瓷材质氧化膜的硬度介于500-2000Hv。
19.一种类陶瓷材质乐器材料，包含具有在轻金属或轻金属合金的表面形成一类陶瓷氧化膜覆层。
20.如权利要求19所述的一种类陶瓷材质乐器材料，其特征在于，该金属或金属合金选自铝、镁、钛、钴、镉、铝镁合金、铝合金、镁合金、钛合金。
21.如权利要求19所述的一种类陶瓷材质乐器材料，其特征在于，氧化膜覆层至少包含了最上层高密度多孔性氧化物陶瓷层、第二层低密度多孔性氧化物陶瓷层，以及第三层栅层。
22.如权利要求19所述的一种类陶瓷材质乐器材料，其特征在于，该类陶瓷氧化膜覆层的硬度在500-2000Hv。
全文摘要
本发明是有关一种类陶瓷乐器材料的制备，包括下列步骤包含利用挤型成型法或一体射出成型法或雕刻成型法或其混合方法，对选自至少一轻金属或轻金属合金的乐器材料施以预成型为一乐器基材，然后将该预成型乐器基材以及一辅助电极置于一液体环境中，并对乐器基材与辅助电极间施加一电位差，使得乐器基材表面产生电弧放电，而由其释放的能量气化并离化附近电解液产生电浆，而在乐器基材表面形成一层类陶瓷材质的氧化膜。
文档编号C25D11/00GK1605659SQ200310101208
公开日2005年4月13日 申请日期2003年10月9日 优先权日2003年10月9日
发明者郭俊峯 申请人:郭俊峯