TW201400289A - 液態金屬複合材料及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種液態金屬複合材料，包括：一基材；一液態金屬層，係設置於該基材之一側或兩側；以及一結合層，係設置於該基材與該液態金屬箔之間，使該液態金屬層結合於該基材之一側或兩側，其中，該液態金屬層係將一熔融金屬於一低溫環境下急速冷卻成型。

Description

液態金屬複合材料及其製造方法

本發明係關於一種液態金屬複合材料，尤指一種以液態金屬貼合於基材之複合材料，適用於製造電器產品之外殼。

近年來，因電子技術突飛猛進，如行動電話和筆記型電腦等之電器產品得以日漸朝輕薄短巧之薄型化邁進，而除了微型化電器產品內部之電子零組件外，該等電器之框體亦是決定電器是否微型化之關鍵之一。電器之框體除了提供收容零組件之空間外，亦可作為結合通訊功能、提供足夠強度以保護電器產品核心零件及美觀之用。

習知製作電器產品之外殼時，若考量強度時，通常可使用金屬基板做為外殼之材料，然而金屬基板較難塑型為外殼所需之形狀且重量上亦較不符合輕量化之需求，因此亦有習知技術以塑膠基板作為外殼之材料。雖塑膠基板較易於製作成各種外殼之形狀，但若要能達到合適之強度時，則需至少1mm之厚度，並不利於薄型化電器之發展，且樹脂基板之抗刮性亦較金屬板差，其產生刮痕後，該外殼之美觀性便大打折和。此外，樹脂基板亦無法抗電磁輻射。

為了解決上述習知之問題，現階段雖有嘗試應用可於低溫下加工之液態金屬製作電器之外殼。雖然使用此類液 態金屬可降低加工成本且相較於一般金屬更亦於加工塑型，但其原物料成本仍為其發展之一大阻礙。另外，習知亦有以電鍍、蒸鍍或濺鍍等方式於塑膠基板表面覆上一層金屬膜以提高該樹脂基板之抗刮性以及提供抗電磁輻射之特性。然而，以上述之蒸鍍或濺鍍方式於塑膠基板上設置金屬膜需造價昂貴之真空設備，並不利於大量生產製造。此外，以此方式生產之金屬膜並無法有效提高該生產外殼之強度，對於保護電器產品之核心零件並無實質上之幫助。

據此，提供簡單之方式製造一同時具有抗刮性、高強度、抗電磁輻射並能兼具美觀之外殼所需之基板為現今薄型化電器產品所必要之技術。

本發明之主要目的係在提供一種液態金屬複合材料，其中包括至少一具有可撓曲性、抗刮、高強度、抗電磁輻射，以及易於加工製作之特徵之液態金屬層；其結合基材所製得之液態金屬複合材料，俾能使該液態金屬複合材料可作為一同時具有抗刮性、高強度、抗電磁輻射並能兼具美觀之外殼所需之基板，有助於實現電器產品薄型化之需求。

為達成上述目的，本發明之一態樣提供一種液態金屬複合材料，包括：一基材；一設置於該基材之一側或兩側之液態金屬層；以及一設置於該基材與該液態金屬箔之間，使該液態金屬層結合於該基材之一側或兩側之結合 層，其中，該液態金屬層係將一熔融金屬於一低溫環境下急速冷卻成型。

本發明上述液態金屬複合材料中，基於不同電器之需求以及成本考量，所選用之基材之組成可為塑膠、金屬、陶瓷、玻璃、或其組合。如本發明一較佳實施例中，除考量除薄型化電器產品外，更進一步需降低產品重量，因而選用塑膠作為基材；本發明之另一較佳實施例則選擇以金屬作為基材，以提供產品外殼較佳之強度，但本發明並不侷限於此。

於本發明上述液態金屬複合材料中，該液態金屬層之組成可選自鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉑(Pd)或其合金，而該液態金屬層更可包括一含量佔該液態金屬層之0.05至25重量百分比之添加物以調整液態金屬之各個特性，如延展性、抗括性、熔點及沸點等，其中該添加物可選自鉻(Cr)、鐵(Fe)、矽(Si)、碳(C)、硼(B)、磷(P)、鎢(W)、鉬(Mo)或其組合，但本發明並不侷限於此。

於本發明上述液態金屬複合材料中，由於該液態金屬層係於低溫環境下急速冷卻其熔融金屬以成型，因此該液態金屬層具有一非晶質結構使得該液態金屬層具有高硬度、抗刮痕、抗腐蝕、高耐磨、高韌性以及易於加工等特性，其中該低溫環境可為一選自水、甘油、乙二醇或其組合之冷卻液體或可為一選自氮氣、氬氣、氦氣、氬氣或其組合之惰性氣體。此外，該液態金屬層可以習知本技術領 域之各種製法完成，如甩帶法，但本發明並不以此為限。而考量到本發明之發明目的，該液態金屬層之厚度可控制於15微米至100微米之間，較佳為25微米至80微米。

於本發明上述液態金屬複合材料中，該結合層可為一樹脂黏著劑、或一金屬結合劑，其中，樹脂黏著劑可為環氧樹脂、聚氨酯樹脂、壓克力樹脂、或其組合所組成，而金屬結合劑可為青銅粉、錫、鎳、鐵、鋅、銀、鉛、或其組合所組成。本發明之液態金屬複合材料可使用各種方式結合基材以及液態金屬層，如滾壓熱壓、硬焊或燒結法，端視所選用之基材與結合層之組成，但本發明並不以此為限，如本發明之一較佳實施例係選擇一壓克力樹脂作為結合層，透過滾壓熱壓法使其塑膠基材以及液態金屬層能較佳地結合；而本發明之另一較佳實施例則以青銅粉作為結合層透過燒結法結合金屬基材以及液態金屬層。

本發明之另一目的係在提供一種液態金屬複合材料之製備方法，其係於一基材表面形成一結合層以結合一液態金屬層至該基材表面，所製得之液態金屬複合材料可作為一同時具有抗刮性、高強度、抗電磁輻射並能兼具美觀之外殼所需之基板，有助於實現電器產品薄型化之需求。

為達成上述目的，本發明之另一態樣提供一種液態金屬複合材料之製備方法包括：提供一基材；塗佈一結合層於基材之一側或兩側；以及於一結合層之一側或兩側形成一液態金屬層；其中，該液態金屬層係將一熔融金屬於一低溫環境下急速冷卻成型。

本發明上述液態金屬複合材料之製備方法中，基於不同電器之需求以及成本考量，所選用之基材之組成可為塑膠、金屬、陶瓷、玻璃、或其組合。如本發明一較佳實施例中，為考量除薄型化電器產品外，更進一步需降低產品重量，因而選用塑膠作為基材；本發明之另一較佳實施例則選擇以金屬作為基材，以提供產品較佳之強度，但本發明並不侷限於此。

本發明上述液態金屬複合材料之製備方法中，該液態金屬層之組成可選自鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉑(Pd)或其合金，而該液態金屬層更可包括一含量佔該液態金屬層之0.05至25重量百分比之添加物以調整液態金屬之各個特性，如延展性、抗括性、熔點及沸點等，其中該添加物可選自鉻(Cr)、鐵(Fe)、矽(Si)、碳(C)、硼(B)、磷(P)、鎢(W)、鉬(Mo)或其組合，但本發明並不侷限於此。

本發明上述液態金屬複合材料之製備方法中，由於該液態金屬層係於-100℃至室溫之低溫環境下急速冷卻一溫度為800℃至1200℃之熔融金屬以成型，因此該液態金屬層具有一非晶質結構使得該液態金屬層具有高硬度、抗刮痕、抗腐蝕、高耐磨、高韌性以及易於加工等特性；在本發明中，該低溫環境可為一冷卻液體或一惰性氣體所形成，其中，冷卻液體可為甘油、乙二醇、或水，而惰性氣體可選自由氮氣、氬氣、氦氣、氬氣或其組合所組成之群組。此外，該液態金屬層可以習知本技術領域之各種製法 完成，如甩帶法，但本發明並不以此為限。而考量到本發明之發明目的，該液態金屬層之厚度可控制於15微米至100微米之間，較佳為25微米至80微米。

本發明上述液態金屬複合材料之製備方法中，該結合層可為一樹脂黏著劑、或一金屬結合劑，其中，樹脂黏著劑可為環氧樹脂、聚氨酯樹脂、壓克力樹脂、或其組合所組成，而金屬結合劑可為青銅粉、錫、鎳、鐵、鋅、銀、鉛、或其組合所組成。本發明之液態金屬複合材料可使用各種方式複合基材以及液態金屬層，如滾壓熱壓、硬焊或燒結法，端視所選用之基材與結合層之組成，本發明並不以此為限，如本發明之一較佳實施例係選擇一壓克力樹脂作為結合層，透過滾壓熱壓法使其塑膠基材以及液態金屬層能較佳地結合；本發明之另一較佳實施例則以青銅粉作為結合層以燒結法結合一金屬基材以及液態金屬層。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

本發明之實施例中該等圖式均為簡化之示意圖。惟該等圖示僅顯示與本發明有關之元件，其所顯示之元件非為 實際實施時之態樣，其實際實施時之元件數目、形狀等比例為選擇性之設計，且其元件佈局型態可能更複雜。

請參考圖1，係為根據本發明之液態金屬複合材料之製作方法流程示意圖。首先，提供一基材(步驟11)；接著，形成一結合層於基材上(步驟12)，與此同時，裁切一合適大小之液態金屬層(步驟13)；最後，將裁切之液態金屬層貼覆於有結合層之基材之一側或兩側以形成一液態金屬複合材料(步驟14)。

圖2係本發明一較佳實施例之液態金屬複合材料之剖面示意圖；要說明的是，在本發明所形成之液態金屬複合材料20中，結合層22係設置於基材21與液態金屬層23之間；其中，液態金屬層23可選自鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉑(Pd)或其合金，且該液態金屬層23更可包括一含量佔其0.05至25重量百分比之添加物以調整其各個特性，如延展性、抗括性、熔點及沸點等，其中該添加物可選自鉻(Cr)、鐵(Fe)、矽(Si)、碳(C)、硼(B)、磷(P)、鎢(W)、鉬(Mo)或其組合；在此實施例中，該液態金屬層23係為一鎳基金屬，其包括：含有15重量百分比的鎳、10重量百分比的矽、2重量百分比的硼及73重量百分比的鎳所組成。

在此實施例中，該液態金屬層之製備方法係將前述配方所組成之融熔金屬加熱至960℃至1050℃，再將該高溫融熔金屬流動至冷卻槽之滾輪表面，並使融熔金屬在滾輪表面形成一液態金屬薄片(即液態金屬層23)，其中該液態 金屬層之厚度為15微米至100微米之間，較佳為25微米至80微米，其厚度可藉由滾輪轉速或冷卻槽溫度而控制調整。

此外，前述之冷卻槽具有一低溫環境，該低溫環境可為一冷卻液體或一惰性氣體所形成，其中，冷卻液體可為甘油、乙二醇、或水，而惰性氣體可選自由氮氣、氬氣、氦氣、氬氣或其組合所組成之群組；在此實施例中，係利用低溫氮氣形成一惰性氣體之低溫環境，相較於冷卻液體之低溫環境，該惰性氣體環境可使融熔金屬在滾輪上形成一平坦度更佳之液態金屬層，且更可以防止融溶金屬在冷卻後與冷卻液體發生氧化反應而破壞其表面強度及光亮程度；在此實施例中，由於融熔金屬(960℃至1050℃)流動至溫度在室溫以下之低溫氮氣環境下急速冷卻成型，因此該液態金屬層具有一非晶質結構，相較於一般金屬之結晶性結構，該液態金屬層可提供更佳之高硬度、抗刮痕、抗腐蝕、高耐磨、高韌性以及易於加工等特性。

在本發明中，該基材可為塑膠、金屬、陶瓷、玻璃、或其組合；該結合層可為一樹脂黏著劑、或一金屬結合劑，其中，樹脂黏著劑可為環氧樹脂、聚氨酯樹脂、壓克力樹脂、或其組合所組成，而金屬結合劑可為青銅粉、錫、鎳、鐵、鋅、銀、鉛、或其組合所組成；在此實施例中，係使用一鎂鋁合金作為基材21，並藉由青銅粉作為結合層22，使前述鎳基金屬之液態金屬層23貼覆結合於該基材表面，以形成一液態金屬複合材料20。

請參考圖3係本發明一實施例之液態金屬複合材料之立體示意圖，本實施例係選擇一行動通訊裝置之外殼作為基材31，由於行動通訊裝置通常需以輕薄為優先考量，通常選用一塑膠作為該外殼材料，因此於本實施例中即選擇一壓克力樹脂作為結合層(圖未顯示)以結合液態金屬層33及基材31，形成一具有液態金屬複合材料30之行動通訊裝置外殼，其中待該液態金屬層33貼覆於該基材31後，係使用滾壓熱壓的方式使該液態金屬層33可與該基材31緊密貼合。

請參考圖4係本發明另一實施例之液態金屬複合材料之立體示意圖，本實施例係選擇一攜帶型電腦之外殼作為基材41，攜帶型電腦除輕便之考量外，尚需注意其外殼對於內部組件之防護功能，故可選用金屬基板作為外殼材料，基於此，本實施例係選擇一青銅粉作為結合層材料(圖未顯示)，於該液態金屬層43貼覆於基材41後，透過燒結法結合該基材41及一液態金屬層43以形成一具有液態金屬複合材料40之攜帶型電腦外殼。

綜上所述，本發明之液態金屬複合材料係藉由一結合層結合一基材及一液態金屬層，使該基材可具有液態金屬之抗刮性、高強度、抗電磁輻射等特徵。此外，由於液態金屬具易於加工且表面具金屬光澤，容易根據各種電器外型需求而塑造，特別是上述實施例所使用以甩帶法所製之液態金屬，因此，該液態金屬複合材料適合作為薄型化電器之外殼。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

20,30,40‧‧‧液態金屬複合材料

21,31,41‧‧‧基材

22‧‧‧結合層

23,33,43‧‧‧液態金屬層

圖1係本發明一實施例之製作方法流程示意圖。

圖2係本發明一實施例之液態金屬複合材料之剖面示意圖。

圖3係本發明一實施例之液態金屬複合材料之立體示意圖。

圖4係本發明另一實施例之液態金屬複合材料之立體示意

圖。

30‧‧‧液態金屬複合材料

31‧‧‧外殼

33‧‧‧液態金屬層

Claims (26)

1. 一種液態金屬複合材料，包括：一基材；一液態金屬層，係設置於該基材之一側或兩側；以及一結合層，係設置於該基材與該液態金屬箔之間，使該液態金屬層結合於該基材之一側或兩側；其中，該液態金屬層係將一熔融金屬於一低溫環境下急速冷卻成型。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液態金屬複合材料，其中該基材係為塑膠、金屬、陶瓷、玻璃、或其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液態金屬複合材料，其中該液態金屬層係選自由鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉑(Pd)及其合金所組成之群組。
4. 如申請專利範圍第4項所述之液態金屬複合材料，其中該液態金屬層更包括一添加物，該添加物係選自由鉻(Cr)、鐵(Fe)、矽(Si)、碳(C)、硼(B)、磷(P)、鎢(W)、鉬(Mo)或其組合所組成。
5. 如申請專利範圍第5項所述之液態金屬複合材料，其中該添加物之含量佔該液態金屬層之0.05至25重量百分比。
6. 如申請專利範圍第1項所述之液態金屬複合材料，其中該液態金屬層係為一非晶質結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之液態金屬複合材料，其中該液態金屬層之厚度係為25微米至80微米。
8. 如申請專利範圍第1項所述之液態金屬複合材料，其中該低溫環境係為一冷卻液體或一惰性氣體。
9. 如申請專利範圍第9項所述之液態金屬複合材料，其中該惰性氣體係選自由氮氣、氬氣、氦氣、氬氣或其組合所組成之群組。
10. 如申請專利範圍第1項所述之液態金屬複合材料，其中該結合層係為一樹脂黏著劑、或一金屬結合劑。
11. 如申請專利範圍第11項所述之液態金屬複合材料，其中該樹脂黏著劑係為環氧樹脂、聚氨酯樹脂、壓克力樹脂、或其組合。
12. 如申請專利範圍第11項所述之液態金屬複合材料，其中該金屬結合劑係為青銅粉、錫、鎳、鐵、鋅、銀、鉛、或其組合。
13. 一種液態金屬複合材料之製備方法，包括：提供一基材；塗佈一結合層於基材之一側或兩側；以及於一結合層之一側或兩側形成一液態金屬層；其中，該液態金屬層係將一熔融金屬於一低溫環境下急速冷卻成型。
14. 如申請專利範圍第13項所述之製備方法，其中該基材係為塑膠、金屬、陶瓷、玻璃、或及其組合。
15. 如申請專利範圍第13項所述之製備方法，其中該熔融金屬之溫度係為800℃至1200℃。
16. 如申請專利範圍第13項所述之製備方法，其中該液態金屬層係選自由鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉑(Pd)及其合金所組成之群組。
17. 如申請專利範圍第16項所述之製備方法，其中該液態金屬層更包括一添加物，該添加物係選自由鉻(Cr)、鐵(Fe)、矽(Si)、碳(C)、硼(B)、磷(P)、鎢(W)、鉬(Mo)或其組合所組成。
18. 如申請專利範圍第17項所述之製備方法，其中該添加物之含量佔該液態金屬層之0.05至25重量百分比。
19. 如申請專利範圍第13項所述之製備方法，其中該液態金屬層係為一非晶質結構。
20. 如申請專利範圍第13項所述之製備方法，其中該液態金屬層之厚度係為25微米至80微米。
21. 如申請專利範圍第13項所述之製備方法，其中該低溫環境係為一冷卻液體或一惰性氣體。
22. 如申請專利範圍第13項所述之製備方法，其中該低溫環境之溫度係為-100℃至室溫。
23. 如申請專利範圍第21項所述之製備方法，其中該惰性氣體係選自由氮氣、氬氣、氦氣、氬氣或其組合所組成之群組。
24. 如申請專利範圍第13項所述之製備方法，其中該結合層係為一樹脂黏著劑、或一金屬結合劑。
25. 如申請專利範圍第24項所述之製備方法，其中該樹脂黏著係為環氧樹脂、聚氨酯樹脂、壓克力樹脂、或其組合。
26. 如申請專利範圍第24項所述之製備方法，其中該金屬結合劑係為青銅粉、錫、鎳、鐵、鋅、銀、鉛、或其組合。