108 高普考普通考試 技藝 工藝材料學概要 考古題詳解

核心觀念

本題評量金屬工藝材料學中「材料工藝性能（加工性，Workability / Manufacturability）」之核心體系。

金屬材料的性能可分為「物理／化學性質」、「機械性質（力學性能）」與「工藝性能（加工性）」。機械性質（如抗拉強度、硬度、韌性）是材料本身的內在力學特徵；而「加工性」則是指金屬在特定的加工成形製程中，能夠順利、經濟且保證品質地被製成目標工藝製品的難易程度。

在金工製程與機械加工中，成形技術主要分為四大範疇：

1. 液態成形：對應「鑄造性」
2. 固態受力變形：對應「塑性加工性（鍛造與展延性）」
3. 材料減法（切削移除）成形：對應「切削加工性（被削性）」
4. 材料接合（組裝連結）成形：對應「銲接性」

此四大工藝性能共同決定了金屬材料能否作為金工製品之胚料及適用的製作途徑。

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解題方法

本題為標準的申論型問答題，作答策略應採「總分結構」：先定義加工性之概念，再依「成形原理」分類逐一列舉四種重要加工性。每一項加工性皆須交代定義、材料影響因素以及在金工製品實務中的應用，展現兼具材料科學與工藝應用的完整架構。

一、鑄造性（Castability）

1. 定義：指金屬加熱至熔融狀態後，澆鑄入模穴中凝固成形為形狀完整、組織緻密且無缺陷鑄件之難易程度。
2. 關鍵影響因素：

• 流動性（Fluidity）：熔融金屬充滿模穴細節的能力，與金屬熔點、黏度、表面張力及過熱度密切相關。共晶合金（如共晶錫鉛合金、共晶鑄鐵）具固定凝固點且流動性最佳。
• 收縮率（Shrinkage）：液態降溫、凝固與固態降溫過程的體積收縮量。收縮過大易產生縮孔、縮鬆或開裂。
• 偏析傾向與吸氣性：熔湯吸收氣體（如氫氣、氧氣）易在凝固時析出氣孔；合金元素析出不均勻會產生偏析現象。

3. 金工實務應用：精密脫蠟鑄造（Lost-wax casting）、砂模鑄造。常用於金工首飾（如金、銀、青銅飾品）之複雜浮雕與立體結構快速複製。

二、塑性加工性（Plastic Formability / 鍛造與展延性）

1. 定義：指金屬在承受外力（衝擊、壓縮、彎曲、拉伸）作用時，能產生永久塑性變形而不致破裂或開裂的能力。包含延性（Ductility）（材料能受拉力拉長成細絲之性）與展性（Malleability）（材料能受捶打碾壓成薄片之性）。
2. 關鍵影響因素：

• 晶體結構：面心立方（FCC）金屬（如金、銀、銅、鋁）具有較多的滑移系，常溫下塑性極佳；密排六方（HCP）金屬（如鋅、鈦）滑移系少，冷間變形加工性較差。
• 加工硬化率與再結晶溫度：塑性加工過程中隨應變增加硬度上升（加工硬化），需經由退火（Annealing）回復其塑性；熱加工需在再結晶溫度以上進行以降低變形阻力。

3. 金工實務應用：金工鍛打（Forging）、鎚起（Chasing and Repoussé）、板金成形、軋板（Rolling）、抽線（Drawing）。是製作金屬器皿、戒圍成形與浮雕敲花最重要的加工性。

三、切削加工性（Machinability / 被削性）

1. 定義：指金屬材料受刀具切削移除多餘材料，以獲得精確尺寸、公差配合及特定表面粗糙度的難易程度。
2. 關鍵影響因素：

核心觀念

本題測驗「人造木質材料（木質複合材料）」中「合板（Plywood）」的基本原理與資源經濟效益。考生需掌握以下定義與核心概念：

1. 合板的定義與構造：由原木經旋切（Rotary peeling）或刨切製成薄單板（Veneer），經乾燥、塗膠後，使相鄰單板之纖維方向（木理）互相垂直正交（Cross-banded），並依奇數層原則熱壓膠合而成之板狀材料。
2. 木材利用之「經濟價值」內涵：

• 出材率與原料成本：減少製材加工過程中的實木廢料（鋸路損耗）。
• 規格突破與施工效益：打破原木徑級限制，大幅減少裝修拼板之工時與接合人工成本。
• 資源配置與劣材利用：透過分層結構，達成「外美內實」的材料等級階梯式利用。
• 尺寸安定性與折損率：克服實木各向異性（Anisotropy）引發的翹曲與開裂，降低維修與替換成本。

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解題方法

本題為公職考試標準申論題。解題關鍵在於​「緊扣『經濟價值』論述」，不可僅列出合板的物理力學特性，必須將各項結構特點轉換為具體的成本、效益與資源利用指標：

• 切入維度一：原木出材率與減損（加工成本與資源利用）
• 切入維度二：木材等級的階梯式配置（原料採購成本）
• 切入維度三：大面積均質板材（施工工時與拼板成本）
• 切入維度四：尺寸安定性改善（使用端損耗與維護成本）
• 切入維度五：各向力學平衡（破壞率與材料設計經濟）

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選項分析（申論評分關鍵與論述架構剖析）

本題屬非選擇題型，閱卷委員主要依據論點的完整度與專業術語的精確度給分。以下剖析各關鍵論點的採分核心與常見失分對比：

1. 原木旋切利用率高（出材率面向）

• 採分要點：指出合板單板主要採「旋切法」，無傳統鋸切（鋸條厚度）造成的「鋸路損失」（Saw kerf loss），木材出材率顯著高於製材實木（實木製材出材率通常僅約 $40\%\sim50\%$，旋切單板可達 $60\%\sim70\%$ 以上）。
• 失分典型：只寫「比較省木頭」，未點出旋切工藝無鋸屑損失及出材率提升。

2. 化妝與結構分層配置（原料成本最佳化）

• 採分要點：合板表底板採用紋理優美的高級材或化妝薄片，芯板則可充份利用次級木材、疏伐木、小徑木或非結構級劣質材。此「劣材利用、外美內實」之構造大幅降低單位體積的材料取得成本。
• 失分典型：誤將合板單純視為廉價劣質板，未說明各層單板的等級配置原則。

3. 大規格規格化生產（降低施工工資與組裝成本）

• 採分要點：實木板寬度受樹徑限制，寬幅平整板材極其昂貴且須耗費大量人工開榫、拼合。合板規格標準化（如標準 $3\text{ 尺}\times 6\text{ 尺}$、$4\text{ 尺}\times 8\text{ 尺}$），具備平整寬闊、加工快速、節省現場組裝工時的顯著經濟效益。
• 失分典型：僅寫「很大片很好用」，缺乏工時與接合成本角度的經濟論述。

4. 降低乾縮濕脹的材料報廢率（維修與折損成本）

• 採分要點：木材具有天然的異方性（弦向乾縮率約為徑向的 2 倍、縱向的數十倍至百倍）。合板經纖維垂直交疊膠合後，各層相互牽制，實質上將異方性改進為近乎各向同性（Isotropic），大幅降低裝修後翹曲、裂開所導致的維修與報廢費用。

核心觀念

本題旨在測驗「木竹材工藝材料學」中竹材的宏觀解剖構造、微觀組織特性及其與加工工藝適性之對應關係。核心觀念涵蓋：

1. 竹材解剖分層：竹稈徑向結構由外向內依序為「竹青（表皮層）」、「竹肉（維管束與基本薄壁組織）」、「竹黃（髓環內壁層）」，以及縱向結構之「竹節（節環與橫隔壁）」與基部「竹根（地下莖）」。
2. 組織梯度與物理力學特性：竹材無次生生長（無年輪、無形成層），其力學強度主要取決於厚壁纖維構成的維管束鞘。維管束密度由外層向內層遞減，形成外硬內軟、外韌內脆的物理梯度。
3. 工藝加工對應性：依據各部位之耐磨性、抗拉抗彎強度、可塑性（熱彎）、吸濕著色性及劈裂加工難易度，分別應用於竹編、竹雕、竹家具、貼黃及天然器皿等工藝製作。

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解題方法

本題為標準的國家考試專業申論題，解題切入點採​「空間解剖分層法」結合「材料物理特性－工藝加工用途」對應論述：

1. 結構切入：區分「徑向組織（竹青、竹肉、竹黃）」與「縱向及基部組織（竹節、竹根）」，建立系統性架構，避免雜亂無章。
2. 雙軌論述：各部位皆嚴格依題意拆解為「組織特性（質地、密度、力學特性）」與「工藝用途（技法、對應器物）」兩大維度，論點互為因果，展示材料學與實務工藝的整合能力。
3. 層次推進：由表皮（竹青）之抗磨美觀，論至中間（竹肉）之強韌彈性，再論至內壁（竹黃）之脆弱平整與特殊雕刻，最後補充竹節與竹根的結構特色，完整覆蓋竹株所有工藝可用部位。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項設計。依國家考試閱卷標準，閱卷要點與得分關鍵剖析如下：

• 得分關鍵點：
• 是否精確使用專業術語（如「維管束」、「薄壁細胞」、「角質層」、「留青」、「篾青」、「貼黃」等）。
• 能否明確區分「竹青（篾青）」與「竹肉（篾黃／篾肉）」在抗拉強度與編織用途上的巨大差異。
• 是否提及「竹黃」在工藝上的正反兩面性（編織時通常去黃去除脆性；特殊工藝則用於「貼黃雕刻」）。
• 是否完整答出「竹節」與「竹根」之天然造形與橫向支撐功能。
• 常見失分陷阱：
• 僅泛稱「竹皮」、「竹肉」，缺乏組織學特性說明（如細胞類型、纖維分布、密度變化）。
• 將「竹肉」與「竹黃」混為一談，忽略竹黃為最內層退化薄壁細胞層。
• 只寫用途而未解釋「為何具有該用途」的材料學因果關聯。

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解題技巧

1. 記憶口訣：「外青硬滑韌，中肉彈性豐，內黃平脆薄，節固根盤奇」。
2. 答題版面配置：申論作答時務必使用「條列式標題」配合「黑體字」，並以「特性」與「用途」兩段式分述，使閱卷委員能在 10 秒內掌握關鍵論點。
3. 名詞辨析竅門：

• 工藝俗稱之「篾青」取自「竹青及緊鄰之外層竹肉」；「篾肉（篾白）」取自「中層竹肉」；「篾黃」取自「偏內層竹肉」。
• 文物工藝中的「貼黃（文竹）」係指將最內層「竹黃」經水煮、壓平後貼於木胎雕刻，切勿答成竹肉。

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【答案】

臺灣竹林資源豐富，竹材工藝歷史悠久。竹稈屬於單子葉植物莖，無形成層，其橫斷面由外向內呈顯著之組織梯度。竹材各主要部位組織特性及其在工藝製作上的用途說明如下：

一、竹青（表皮層／竹外皮）

1. 組織特性：

• 為竹材最外層組織，表皮細胞外側覆蓋厚層角質膜及緻密的二氧化矽沉積（矽質層）。
• 表面堅硬、緻密、平滑且耐磨損，具優良之抗水、抗酸鹼及天然防腐能力。
• 緊鄰表皮之纖維鞘極為發達，抗拉強度最高；但氣孔閉合且富含蠟質，著色劑與黏膠不易附著滲透。

2. 工藝用途：

核心觀念 本題評量考生對「玻璃工藝材料特性與成型加工技術」的分類能力。核心觀念包含：

1. 玻璃材料的熱變形特性：玻璃無固定熔點，具有連續軟化之轉移區間（Glass Transition Range）。依加工時之溫度條件與材料物理狀態（高溫黏稠塑性態 vs. 常溫脆性固態），工藝製程主要區分為「熱加工」與「冷加工」。
2. 熱加工（Hot work）：於玻璃軟化點至成型溫度範圍（約 $600^\circ\text{C}\sim 1400^\circ\text{C}$）內進行，利用重力、吹氣、外力擠壓或表面張力塑形。
3. 冷加工（Cold work）：在常溫（室溫）固態條件下，針對已完成徐冷（退火）之玻璃胚體，施以機械研磨、切削、衝擊或化學腐蝕等「減法」加工與表面精修。

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解題方法 本題為標準申論題，答題策略應採取「定義與原理說明 $\rightarrow$ 核心技法分類舉例 $\rightarrow$ 造形與視覺效果歸納」之層次開展，並在文末輔以整合對比，凸顯作答結構之完整性：

• 先界定加工環境之溫度與物理狀態。
• 分項列舉工藝上最具代表性之熱加工技法（如：徒手吹製、噴燈作業、脫蠟鑄造、熱熔塌陷）與冷加工技法（如：切磨拋光、噴砂、酸蝕、鑽刻），並具體說明成型步驟與造形特徵。
• 點明兩者在完整玻璃製品產出流程中的互補關係。

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選項分析 本題為申論題，非選擇題，故無個別選項判讀；答題內容應將熱加工與冷加工各自的核心加工技法分類列點剖析（詳見下方【答案】）。

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解題技巧

1. 物理機制記憶法：

• 熱加工是「加溫加法／流體塑形」：掌控材料的黏滯係數與表面張力，創造流暢、曲面、膨脹感或中空流動的器形。
• 冷加工是「常溫減法／幾何雕琢」：克服玻璃高脆性，藉助硬度高於玻璃之磨料（如金剛砂、鑽石磨輪）或化學試劑，創造折射面、霧化質感或精密細節。

2. 答題加分關鍵詞：

• 熱加工：軟化點、高溫塑性、黏滯流動、徒手成型、徐冷（退火消除內應力）。
• 冷加工：常溫固態、莫氏硬度、脆性斷裂、減法加工、研磨拋光、折射反射光影。

3. 工序整合觀念：高分關鍵在於說明「熱加工決定器體輪廓，冷加工決定細部與光學質感」，絕大多數精緻玻璃藝品皆為兩者結合（例如：吹製成型後，透過研磨整平底部、切除吹口、刻紋修飾）。

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【答案】

一、玻璃加工之「熱加工（Hot work）」

（一）定義與物理特性

熱加工係指將玻璃材料加熱至軟化點以上（約 $600^\circ\text{C} \sim 1400^\circ\text{C}$，依玻璃成分如鈉鈣玻璃、硼矽酸玻璃而異），利用玻璃在高溫下呈現的高黏度流動性與塑性，透過人工吹氣、重力流動、工具揉拉、模具壓擠或熔融澆鑄等方式成型的工藝。加工完成後必須經過「徐冷（退火）」程序，嚴格控制降溫速率以消除內部熱應力。

（二）典型技法與舉例

1. 吹製技法（Glassblowing）：

• 徒手吹製（Off-hand blowing）：工匠以不鏽鋼吹管伸入熔爐取出熔融玻璃料（Gathering），一邊旋轉吹管防止滴落，一邊吹入氣體形成氣泡（Bubble），搭配鐵剪、滾木板（Marver）、木模塑形，能製作出造型流暢、線條有機的花瓶、酒杯、壺具等中空器皿。
• 模具吹製（Mold blowing）：將取料後的玻璃吹泡置入雕有紋飾的金屬或木質模具中吹脹，能快速且大量複製帶有特定浮雕與標準規格的瓶罐與燈罩。

2. 燈炬作業／噴燈加工（Flameworking / Lampworking）：

• 利用氧氣結合瓦斯或丙烷之高溫噴燈火焰（溫度可達 $1200^\circ\text{C}$ 以上），局部加熱玻璃管或玻璃棒使其熔融軟化，再以鑷子、夾具牽引拉絲、彎折、接合。常用於製作微型動物雕塑、琉璃珠（如排灣族琉璃珠）、精細實驗玻璃儀器等。

核心觀念

本題考查陶瓷裝飾工藝中「彩繪裝飾技術」的分類原理與材料特性。核心概念在於​「彩料（呈色劑與熔劑）」、「透明釉層」與「坯體（胎骨）」三者在空間層次上的相對位置，以及因層次不同所引發的燒成溫度差異、金屬氧化物發色機制、耐磨耐蝕性與使用安全性之物理與化學變化。

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解題方法

本題為國家考試之申論問答題，答題切入點應採「層次定義法」配合「系統對比法」：

1. 先破題定義：以「釉層」為空間參照基準，界定何謂釉下、何謂釉上。
2. 多維度對比剖析：從「工藝工序與燒成溫度」、「色料與呈色效果」、「表面質感與光澤」、「物理耐用度與食用安全性」、「歷史代表名品」等五大維度展開深入比較。
3. 歸納對照表：建立結構化表格，使閱卷委員能一目了然，獲取高分。

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解題技巧

1. 判斷竅門（空間定位法）：

• 看到「釉下」，聯想「顏料埋在玻璃層下」 $\rightarrow$ 高溫一次或二次釉燒（$1200^\circ\text{C}\sim 1350^\circ\text{C}$） $\rightarrow$ 需耐極高溫金屬氧化物（鈷、銅、鐵） $\rightarrow$ 色彩較沉穩素雅、耐磨無毒。
• 看到「釉上」，聯想「顏料畫在玻化釉面外」 $\rightarrow$ 高溫白瓷胎後低溫烘烤（$700^\circ\text{C}\sim 850^\circ\text{C}$） $\rightarrow$ 低溫熔劑結合多種金屬呈色劑 $\rightarrow$ 色彩極為豐富鮮豔、微凸有手感、長期磨損或遇酸易受損。

2. 常見陷阱與扣分盲點：

• 勿將「素燒」（約 $800^\circ\text{C}\sim 900^\circ\text{C}$ 固坯）誤認為釉下彩的低溫，釉下彩最終必須與釉藥一同經歷 $1200^\circ\text{C}$ 以上之「高溫釉燒」。
• 「鬥彩」並非單純的釉上或釉下，而是「釉下青花勾線＋釉上填彩」的雙重複合工藝。

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【答案】

陶瓷器的「釉上彩」與「釉下彩」之本質區別，在於彩繪顏料施加於釉藥層的「下方」或「上方」，其具體差異如下：

一、工序流程與燒成溫度

1. 釉下彩（Underglaze）：

• 工序：在成型乾燥的「生坯」或經低溫排雜質的「素燒胎」表面描繪紋樣，繪製完成後通體施上一層透明釉（或淺色釉），最後入窯進行高溫燒成。
• 燒成溫度與次數：彩料與釉藥是在同一道高溫程序中熔融結合，燒成溫度約為 $1200^\circ\text{C}\sim 1350^\circ\text{C}$，通常為一次高溫釉燒（或素燒後的高溫釉燒）。

2. 釉上彩（Overglaze）：

• 工序：器物先施釉並經過高溫（$1200^\circ\text{C}$ 以上）燒成光潔的「白瓷」或「色釉瓷」，再於冷卻後的平滑釉面上，以彩料搭配低溫熔劑進行繪製，最後移入低溫烤爐（紅爐、彩爐）進行二次烘烤。
• 燒成溫度與次數：屬於二次（或多次）燒成，彩烤溫度通常在 $700^\circ\text{C}\sim 850^\circ\text{C}$ 之間，使低溫熔劑軟化並將彩料牢固黏附於釉面。