114 高普考高考三級 技藝(選試木竹器) 工藝材料學 考古題詳解

核心觀念

木材具有明顯的各向異性，其強度會因受力方向相對於纖維方向而不同。順紋是受力方向平行木材纖維；橫紋是受力方向垂直木材纖維。題目要比較兩個方向下的抗拉、抗壓、抗剪強度，並將差異應用在原木桌椅的構造設計。

一般而言，木材順紋抗拉與抗壓強度遠高於橫紋；橫紋抗剪強度則須看剪力面的方向與木材構造，不能只用「順紋或橫紋」一概而論。

順紋與橫紋的強度表現

木材的抗剪強度特別要看「剪力面」的位置。例如接榫受力時，若剪力使木材沿纖維方向分裂，破壞風險高；若剪力作用於纖維橫截面，強度表現則不同。因此設計時須同時看受力方向、構件截面與木紋走向。

解題方法與桌椅設計應用

解題時先把構件中的木紋方向標出，再逐項判斷拉力、壓力與剪力是順紋或橫紋。原木桌椅的主要受力構件，應盡量讓纖維方向配合主要荷重：

1. 桌腳與椅腳：使木紋沿腳柱長度方向連續，讓腳柱順紋承受桌面、椅面傳來的壓力。選材時避免節疤、斜紋或裂縫落在主要受力區，以免造成局部弱點。

核心觀念

本題考查金屬成形中「由液態凝固成形」與「由固態塑性變形成形」的差異。作答要同時比較施作原理、微觀組織、成品特性、優缺點，並以具體器物說明。鑄造與鍛造都能使金屬成為所需形狀，但成形時金屬所處的狀態不同，因而形成不同的組織與性能。

解題方法

可依「材料狀態與施作原理 → 凝固或變形後的組織 → 性能及限制 → 器物例子」依序比較。記住鑄造是「熔化、充模、凝固」；鍛造是「固態加壓、塑性變形」。說明微觀結構時，應交代鑄件常見的枝晶與偏析，以及鍛件經變形與適當熱處理後的細化晶粒與流線。

鑄造

**施作方法與原理：**將金屬加熱至熔融，注入具有所需形狀的鑄模，待金屬冷卻凝固後脫模，並視需要修整、研磨或進行熱處理。常見方法包括砂模鑄造、金屬模鑄造、壓鑄及脫蠟鑄造；陶瓷模的脫蠟鑄造尤其適合製作細部複雜的金屬工藝品。

**材料微觀結構：**熔融金屬在模內凝固時，晶粒可能由模壁向內生長，形成柱狀晶或等軸晶；合金常見枝晶組織。凝固過程若冷卻不均，可能產生成分偏析、縮孔、氣孔、夾雜或熱裂等缺陷。冷卻速度較快時，組織通常較細；較慢時，晶粒及枝晶間距通常較粗。

**特性、優缺點：**鑄造可製作形狀複雜、內部中空或尺寸較大的物件，模具能一次成形多個細節，且適用於許多熔點較低、鑄造性良好的合金。其限制是鑄件品質受金屬流動、排氣及凝固條件影響，缺陷不易完全避免；成品的強度、延性及疲勞性能較難像鍛件一樣穩定，通常還需清除澆口、修整表面，並檢查內部缺陷。

**器具或工藝品例子：**青銅鐘、銅鼎、銅佛像、金屬雕塑，以及以脫蠟鑄造製作的首飾與小型裝飾品。

鍛造

**施作方法與原理：**使金屬胚料在固態下受壓而產生塑性變形，藉錘擊、壓製或模具擠壓等方式改變形狀。鍛造可分為熱鍛、溫鍛及冷鍛；熱鍛通常先將胚料加熱至適合塑性變形的溫度，再以手工錘打或機械壓鍛成形。手工鍛造常需反覆加熱、錘打、轉動與整形。

**材料微觀結構：**鍛造使金屬晶粒及夾雜物沿變形方向延伸，形成與成品形狀相關的金屬流線。熱鍛及適當熱處理可促進再結晶，使晶粒細化，並改善鑄態枝晶組織與部分偏析；鍛造也能壓合部分孔隙，但無法保證所有內部缺陷都消失。

核心觀念

本題考查陶瓷與玻璃雖同以二氧化矽為主要成分，卻因微觀結構及光學均勻性不同，而呈現不同的熱衝擊抵抗與透明度。

熱衝擊抵抗能力取決於材料承受溫度急遽變化時，能否避免因熱膨脹不均所生的熱應力而開裂。熱應力大小與彈性模數、熱膨脹係數及溫差有關，並受熱傳導能力及材料強度影響。陶瓷與玻璃通常脆而缺乏塑性變形能力，局部熱應力不易藉塑性變形釋放。

解題方法

先比較兩者的原子排列，再連結至熱應力與光線散射：

1. 熱衝擊方面，說明溫度梯度如何造成局部膨脹差異，再指出脆性材料難以消除應力集中。
2. 透明度方面，判斷材料內部是否具有足以散射可見光的界面、孔隙或晶粒結構。材料透明與否，不只取決於化學成分，也取決於微觀結構與光學均勻性。

熱衝擊抵抗不佳的原因

陶瓷通常由晶粒、晶界及可能殘留的孔隙構成；玻璃則以非晶態網狀結構為主。兩者的共同弱點在於脆性高、延展性低：受熱或冷卻過快時，表面與內部溫度不同，造成不同程度的熱膨脹或收縮，因而產生熱應力。當熱應力集中於表面缺陷、裂紋或微孔附近，且超過材料強度時，就會發生破裂。

陶瓷的晶粒與晶界可能具有不同的熱膨脹行為，孔隙與微裂紋也會形成應力集中點。玻璃雖沒有晶界，但快速加熱或冷卻仍會造成明顯的溫度梯度；由於玻璃同樣缺乏塑性變形能力，熱應力無法有效鬆弛，因此也可能破裂。

核心觀念

本題是開放式設計規劃題，重點在於把「永續環保」與「在地文化」轉化成一套前後一致的產品方案，並說明材料、製程、文化敘事與行銷如何互相支撐。作答時應以茶盤組的使用情境為出發點，同時考量材料特性、食品接觸安全、耐用性、製造方式與旅店品牌特色。

題目未指定旅店所在地、預算或客群，因此可先設定一項合理前提：旅店位於具有陶瓷產業與茶文化的地區，以在地陶土、茶器工藝和地方景觀作為設計線索。

解題方法

依題目三個子題，採「材料選擇與理由 → 加工與裝飾 → 文化內涵與行銷」的架構作答。材料需兼顧功能與環境影響；製程要能實際量產、維修或回收；文化意象則應轉化為造形、紋樣與旅店體驗，避免只在產品上貼附裝飾符號。

（一）工藝材料的選擇與理由

1. 茶盤：在地陶土或回收陶瓷料製作

茶盤可採用旅店所在地的陶土，加入適量回收陶瓷碎料或窯燒廢料，製成耐用的陶質盤體。陶瓷耐熱、耐水、易清潔，適合盛接茶水；使用在地原料可減少材料運輸，並讓產品與地方陶業建立連結。

造形可設計為平整承茶面搭配淺凹集水區，並設置可拆卸的排水塞或集水容器，方便客房清理。盤底加設軟木或可更換的防滑墊，降低碰撞與桌面刮傷。

2. 茶杯：食品接觸安全的陶瓷

茶杯採用在地瓷土或耐熱陶土製作，杯身以適度厚度兼顧保溫與握持舒適。內壁施用符合食品接觸安全要求的釉藥，降低茶垢附著並方便清洗；外壁可保留局部無釉的陶土質感，呈現材料本色。

釉藥與燒成條件須經試燒確認，確保釉面穩定、無裂紋或剝落，並符合食品器具的安全要求。杯具採可補購、可單件更換的規格，避免一只破損就整組報廢。

3. 永續考量

選材與製作應優先使用在地供應材料，降低運輸負擔；回收料須經分類與品質確認，避免影響成品強度及釉面安全。產品以耐用、可清洗、可修補和可單件替換為設計原則，並減少一次性包裝。永續性不只在材料名稱，也包括產品壽命、製程耗能與後續維護。

（二）加工與裝飾技法的構想

1. 成形與加工

茶盤可採石膏模具灌漿或板狀成形，讓盤體厚度與尺寸穩定，適合製作旅店所需的多件產品；小批量或特色款可採手捏、拉坯或泥板成形，保留手作差異。茶杯則可用拉坯或模具成形，再修坯、修口與把手接合。

燒成採適合所選陶土與釉藥的窯燒制度，並控制乾燥與升降溫，減少收縮不均、變形與裂紋。製作前先打樣，確認茶盤集水、杯口手感、重量、清潔方式與堆疊收納等使用細節。

2. 裝飾技法

核心觀念

本題考查材料的「溫度感」如何由觸覺與視覺共同形成，以及設計師如何運用材料特性營造使用者的心理感受與產品氛圍。

觸摸材料時的冷暖感，與材料帶走或傳遞熱量的速度有關。熱傳導率較高的材料，接觸皮膚時通常較快帶走熱量，因而感覺較冷；木材、紡織品等熱傳導率較低的材料，通常較不易迅速帶走熱量，因而感覺較溫暖。這種觸覺感受也會受環境溫度、表面處理、接觸時間與個人經驗影響。

視覺則會改變人對冷暖的預期：偏紅、橙、黃的色彩常帶來溫暖、親近的聯想；藍、灰、白等色彩常帶來冷靜、清潔或疏離感。光澤、紋理與表面質地也參與其中，例如柔軟、粗糙或帶有自然紋理的表面容易令人感到親切；平滑、反光的表面則常顯得俐落、冷冽或精緻。

解題方法

作答可依「材料特性 → 感官線索 → 心理感受 → 設計效果」逐例說明。選取數種生活用品或產品，指出設計師如何搭配材質、色彩、光澤與紋理，並說明這些選擇如何影響舒適度、情緒或情感連結。重點不是單純列舉材料，而是交代材料感受如何轉化為設計目的。

生活用品與產品例子

木製家具與餐具：營造親切、安定的溫暖感

木材通常不會像金屬那樣迅速帶走手部熱量；木紋、霧面表面與偏暖色調，也會讓人聯想到自然、居家與手作。設計師將木材用於椅子扶手、桌面、餐盤或托盤，能減少觸摸時的冰冷感，讓家具更適合長時間使用，也讓用餐空間顯得溫馨。木紋各有差異，還能使產品呈現自然、獨特的個性，增添使用者對日常器物的熟悉感與情感連結。

金屬水壺與燈具：以冷冽感表現俐落與精密

金屬熱傳導較快，未加隔熱處理的金屬表面常給人較冷的觸感；拋光或拉絲表面會反射光線，進一步形成冷靜、精密、現代的視覺印象。設計師可將不鏽鋼用於水壺、餐具或燈具，傳達衛生、耐用與科技感。若產品需要握持或接觸較久，可加入木質握柄、軟質包覆或隔熱結構，降低冰冷與不適，同時保留金屬的俐落外觀。

陶瓷杯與餐具：在觸覺、色彩與光澤間平衡親和與精緻