DE202017000426U1

DE202017000426U1 - Weiße, anodische Oxid-Veredelung

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Publication number: DE202017000426U1
Application number: DE202017000426.7U
Authority: DE
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2017-05-02
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: US20170226651A1; CN206559776U; US10920333B2

Abstract

Weiß erscheinendes anodisiertes Substrat, umfassend: ein Metallsubstrat; und eine poröse anodische Schicht, umfassend: Poren, die durch Porenwände definiert sind, wobei Fissuren in den Porenwänden beinhaltet sind.

Description

Gebiet
Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf anodische Schichten. Insbesondere werden weiß erscheinende anodische Schichten beschrieben.
Hintergrund
Anodisieren ist ein elektrochemisches Verfahren, das ein natürlich auftretendes schützendes Oxid auf einer Metalloberfläche verdickt. Ein Anodisierungsverfahren bezieht ein Umwandeln eines Teils einer Metalloberfläche in eine anodische Schicht mit ein. Folglich wird eine anodische Schicht ein integraler Teil der Metalloberfläche. Aufgrund ihrer chemischen Trägheit und ihrer Härte kann eine anodische Schicht Korrosionsbeständigkeit und Schutz vor Abnutzung für ein darunterliegendes Metall bereitstellen. Zusätzlich kann eine anodische Schicht eine kosmetische Erscheinung der Metalloberfläche verbessern. Die anodische Schicht kann z. B. eine poröse Mikrostruktur aufweisen, die durch Farbstoffe ausgefüllt werden kann, um der anodischen Schicht eine gewünschte Farbe zu verleihen.
Herkömmliche Verfahren zum Einfärben von anodischen Schichten beinhalten ein Färben der anodischen Schichten. Diese Techniken ziehen einen Nutzen aus den porösen Mikrostrukturen anodischer Schichten, dadurch, dass die Poren, die innerhalb der anodischen Schichten während des Anodisierungsverfahrens gebildet werden, mit Farbstoffen ausgefüllt werden und anschließend versiegelt werden können. Diese Techniken waren allerdings nicht in der Lage, eine anodische Schicht mit einer weißen Erscheinung zu erzielen, da herkömmliche weiße Farbmittel (Pigmente) im Vergleich zu anderen Typen von Farbstoffen im Allgemeinen relativ groß sind und es daher schwierig ist, diese in die Poren von anodischen Schichten zu füllen.
Zusammenfassung
Diese Schrift beschreibt verschiedene Ausführungsformen, die auf farbige anodisierte Substrate bezogen sind. Die anodisierten Substrate können dadurch charakterisiert werden, dass sie eine sichtbar weiße Erscheinung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein anodisiertes Substrat beschrieben, das eine weiße Erscheinung aufweist. Das anodisierte Substrat beinhaltet ein Metallsubstrat und eine poröse anodische Schicht, die Poren beinhaltet, die durch Porenwände definiert sind, wo Fissuren in den Porenwänden beinhaltet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Gehäuse für eine elektronische Vorrichtung beschrieben. Das Gehäuse beinhaltet ein Metallsubstrat und eine anodisierte Schicht, die auf dem Metallsubstrat angeordnet ist, wobei die anodisierte Schicht eine weiße Erscheinung aufweist und Poren beinhaltet, die durch Porenwandstrukturen definiert sind, wo die Porenwandstrukturen Fissuren beinhalten, die an der anodisierten Schicht einfallendes sichtbares Licht diffus reflektieren. Das Gehäuse beinhaltet weiterhin eine Barriereschicht, die zwischen dem Metallsubstrat und der anodisierten Schicht angeordnet ist.
Die beschriebenen Ausführungsformen können mit Bezug auf die nachfolgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden. Zusätzlich können Vorteile der beschriebenen Ausführungsformen durch Bezug auf die nachfolgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Offenbarung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen sofort verstanden werden, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche strukturelle Elemente bezeichnen und in welchen:
1A–1D perspektivische Ansichten von verschiedenen Vorrichtungen veranschaulichen, die metallische Oberflächen aufweisen, die unter der Verwendung von hierin beschriebenen anodischen Oxidbeschichtungen geschützt werden können.
2A–2C Querschnittsansichten von anodisierten Substraten veranschaulichen, die einer Reihe von Schritten unterzogen werden, um ein anodisiertes Substrat zu bilden, das eine weiße Erscheinung gemäß einigen Ausführungsformen aufweist.
3 eine Querschnittsansicht eines anodisierten Substrats veranschaulicht bevor Fissuren in einer anodisierten porösen Schicht gemäß einigen Ausführungsformen gebildet werden.
4 eine Querschnittsansicht des anodisierten Substrats veranschaulicht bevor ein äußerer Abschnitt der anodisierten porösen Schicht gemäß einigen Ausführungsformen entfernt wird.
5 eine Querschnittsansicht des anodisierten Substrats veranschaulicht nachdem ein äußerer Abschnitt der anodisierten porösen Schicht gemäß einigen Ausführungsformen entfernt wurde.
6 ein Gerät veranschaulicht, das geeignet ist, um Fissuren in der anodisierten porösen Schicht gemäß einigen Ausführungsformen zu bilden.
7A–C beispielhafte Bilder einer perspektivischen Ansicht des anodisierten Substrats veranschaulichen nachdem unterschiedliche Schritte gemäß einigen hierin beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wurden.
8 ein beispielhaftes Bild einer Querschnittansicht des anodisierten Substrats gemäß einigen hierin beschriebenen Ausführungsformen veranschaulicht.
Fachleute werden es begrüßen und verstehen, dass gemäß üblichen Anwendungen verschiedene Merkmale der unten diskutierten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind, und dass die Dimensionen von verschiedenen Merkmalen und Elementen der Zeichnungen expandiert oder reduziert werden können, um die Ausführungsformen der vorliegenden hierin beschriebenen Erfindung klarer zu veranschaulichen.
Detaillierte Beschreibung
Die nachfolgende Offenbarung beschreibt verschiedene Ausführungsformen von anodisierten Oberflächen. Gewisse Details sind in der nachfolgenden Beschreibung und Figuren dargelegt, um ein umfassendes Verständnis von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie bereitzustellen. Darüber hinaus können verschiedene Merkmale, Strukturen und/oder Charakteristika der vorliegenden Technologie in anderen Strukturen und Umgebungen kombiniert werden. In anderen Fällen sind wohlbekannte Strukturen, Materialien, Operationen und/oder Systeme in der nachfolgenden Offenbarung nicht gezeigt oder nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Technologie zu verhindern. Fachleute werden allerdings erkennen, dass die vorliegende Technologie ohne ein oder mehrere der hierin dargelegten Details oder mit anderen Strukturen, Verfahren, Komponenten usw. angewandt werden kann.
Diese Anmeldung beschreibt anodisierte Schichten, die weiß erscheinen. Im Allgemeinen ist weiß die Erscheinungsfarbe von Objekten, die alle sichtbaren Wellenlängen von auf das Objekt einfallendem Licht diffus reflektieren können. Wie hierin beschrieben können innere Oberflächen innerhalb der anodisierten Schicht im Wesentlichen alle Wellenlängen von auf die anodisierte Schicht einfallendem Licht reflektieren, wodurch der anodisierten Schicht eine weiße Erscheinung verliehen wird. Die anodisierte Schicht kann als eine schützende Schicht wirken indem sie eine Korrosionsbeständigkeit und eine Oberflächenhärte für die darunterliegenden Substrate bereitstellt. Die weiße anodisierte Schicht ist gut geeignet um sichtbaren Abschnitten eines Verbrauchsartikels eine schützende und attraktive Oberfläche bereitzustellen. Die hierin beschriebenen weißen anodisierten Schichten können z. B. verwendet werden, um metallischen Gehäusen und Hüllen für elektronische Vorrichtungen schützende und kosmetisch ansprechende äußere Abschnitte bereitzustellen.
Eine anodische Schicht, die eine weiße Erscheinung aufweist, beinhaltet poröse Mikrostrukturen der anodisierten Schicht, die Fissuren innerhalb der porösen Mikrostrukturen beinhaltet. Die Fissuren sind innerhalb der Wände der Poren beinhaltet. Die Fissuren innerhalb der Wände der Poren können einfallendes sichtbares Licht, das von einer oberen Oberfläche des Substrats kommt streuen oder zerstreuen, was der anodisierten Schicht von der oberen Oberfläche des Substrats betrachtet eine weiße Erscheinung gibt.
Die Begriffe anodischer Film, anodisierter Film, anodische Schicht, anodisierte Schicht, anodische Schicht, anodische oxidierte Schicht, Oxidfilm, oxidierte Schicht und Oxidschicht werden hierin austauschbar verwendet und beziehen sich auf jede geeignete Oxidschicht. Die anodischen Schichten sind auf Metalloberflächen eines Metallsubstrats gebildet. Das Metallsubstrat kann eine beliebige Anzahl von geeigneten Metallen beinhalten. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Metallsubstrat reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. In einigen Ausführungsformen beinhalten geeignete Aluminiumlegierungen 1000, 2000, 5000, 6000 oder 7000 Serie Aluminiumlegierungen.
Die hierin beschriebenen Beschichtungen können für metallische Oberflächen von Verbrauchsvorrichtungen verwendet werden. Die 1A bis 1D zeigen Verbrauchsartikel, die mit den hierin gezeigten anodisierten Substraten hergestellt werden können. Jeder der in den 1A bis 1D gezeigte Artikel beinhaltet Gehäuse, die aus Metall hergestellt sind oder die Abschnitte aus Metall aufweisen. 1A veranschaulicht ein tragbares Telefon 102. 1B veranschaulicht einen Tablet Computer 104. 1C veranschaulicht eine Smartwatch 106. 1D veranschaulicht einen tragbaren Computer 108.
Aluminiumlegierungen sind aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Fähigkeit zu anodisieren und eine schützende anodische Oxidbeschichtung zu bilden, welche die metallischen Oberflächen vor Kratzern schützt das Metallmaterial der Wahl. Die anodischen Oxidbeschichtungen können koloriert werden um dem Metallgehäuse oder den metallischen Abschnitten eine gewünschte Farbe zu verleihen wodurch Produktlinien zahlreiche kosmetische Optionen hinzugefügt werden.
Herkömmliche anodische Oxidfärbungstechniken beziehen Füllfarbstoffe, wie z. B. organische Farbstoffe in die Poren des anodischen Oxids ein. Es ist allerdings schwierig eine anodisches Oxid-Veredelung zu erzeugen, die eine weiße Farbe aufweist, da weiße Pigmentpartikel relativ groß sind und es schwierig ist diese angemessen in einem anodischen Oxid aufzunehmen. Hierin werden Färbetechniken beschrieben, die anodische Oxid-Veredelung auf Metallsubstraten, wie jene auf einem Gehäuse der Vorrichtungen 102, 104, 106 und 108, bereitstellen, die eine weiße Erscheinung aufweisen.
2A bis 2C veranschaulichen einen Querschnitt des anodisierten Substrates 200, das eine Reihe von Verarbeitungsschritten durchläuft, um dem anodisierten Substrat 200 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen eine weiße Erscheinung bereitzustellen. 2A veranschaulicht das anodisierte Substrat 200, das im Nachgang zu einem Anodisierungsprozess eine poröse anodische Schicht 208 aufweist. Die poröse anodische Schicht 208 kann unter Verwendung eines Anodisierungsprozesses gebildet werden, wodurch ein Abschnitt des Metallsubstrates 202 oxidiert wird und in ein entsprechendes Metalloxid umgewandelt wird. Die Poren 220 werden über die poröse anodische Schicht 208 hinweg gebildet. 2A zeigt ferner einen nichtporösen Barrierenabschnitt 210 (d. h. beinhaltet keine Poren), welcher während des Anodisierungsprozesses gebildet wird. Im Allgemeinen sind Poren 220 längliche Löcher, die in dem Metalloxid 224 während des Anodisierungsprozesses gebildet werden. Poren 220 sind durch Porenwände 212 auf einer oberen Oberfläche 222 der porösen anodischen Schicht 208 definiert.
2B veranschaulicht ein anodisiertes Substrat 200 im Nachgang zur Durchführung eines Weißungsprozesses in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. Der Weißungsprozess beinhaltet im Allgemeinen ein Bilden von Fissuren 240 in den Porenwänden 212 der Poren 220 auf der Nanometerskala. In einigen Ausführungsformen werden Fissuren 240 dadurch gebildet, dass die poröse anodische Schicht 208 einer Ätzlösung ausgesetzt wird. Die Ätzlösung ätzt etwas von dem Metalloxid 224 an den Porenwänden 212 weg, wodurch die Porenwände 212 ausgedünnt werden, insbesondere in den äußersten Bereichen der porösen anodischen Schicht 208. In einigen Ausführungsformen können Fissuren 240 durchlöcherten Bereichen innerhalb der Porenwände 212 entsprechen und welche Oberflächen aufweisen, die allgemein senkrecht bezüglich der oberen Oberfläche 222 orientiert sind. In anderen Ausführungsformen können sich Fissuren 240 auf einen Spalt oder einen Riss zwischen zwei angrenzenden Abschnitten der Porenwand 212 beziehen, so dass eine Vertiefung oder eine Teilung zwischen den zwei angrenzenden Abschnitten der Porenwand 212 gebildet wird. Wegen ihrer nicht-parallelen Orientierung bezüglich der oberen Oberfläche 222 können Fissuren 240 auf der Oberfläche 222 einfallendes Licht diffus reflektieren, wodurch dem anodisierten Substrat 200 eine weiße Erscheinung verliehen wird. Die weißmachenden Aspekte der Fissuren 240 werden unten mit Bezug auf die 4 im Detail diskutiert. Zusätzlich zur Bildung von Fissuren 240 kann der Ätzprozess auch Porenwände 212 in äußeren Bereichen der anodischen Schicht 208 dazu veranlassen, sich zu verjüngen und zu fragmentieren – worauf als fragmentierter Abschnitt 204 Bezug genommen wird – was die strukturelle Integrität der anodischen Schicht 208 kompromittieren kann. Insbesondere kann der fragmentierte Abschnitt 204 hochporös und sehr empfindlich gegenüber Rissbildung und Bruchbildung werden.
Um diesen Aspekt anzugehen wird der fragmentierte Abschnitt 204 in einigen Ausführungsformen entfernt. 2C veranschaulicht ein anodisiertes Substrat 200 im Nachgang zu einem Prozess zum Entfernen des fragmentierten Abschnittes 204, so dass der fissurierte Abschnitt 206 zurückgelassen wird. Der fissurierte Abschnitt 206 beinhaltet immer noch Fissuren 240, so dass die anodische Schicht 208 ihre weiße Erscheinung ohne eine strukturell unsolide obere Oberfläche 222 behält. Dieser Entfernungsprozess kann z. B. unter der Verwendung eines Veredelungs-Prozesses ausgeführt werden, wie z. B. durch eine Politur, Feinschliff oder ein Abreibprozess. In einigen Ausführungsformen veranlasst der Veredelungs-Prozess Metalloxidpartikel 216, die von dem Metalloxid 224 verdrängtem Material entsprechen, in die Poren 220 gezwungen zu werden und sich an unteren Abschnitten 230 der Poren 220 abzulagern. Die Partikel 216 können Licht auch streuen und der anodischen Schicht 208 eine weiße Erscheinung hinzufügen.
3 veranschaulicht eine Querschnittansicht des anodisierten Substrats 300 vor einer Durchführung des oben beschriebenen Weißungsprozesses. Das anodisierte Substrat 300 beinhaltet die poröse anodische Schicht 308, welche über dem Metallsubstrat 302 angeordnet ist. Das Metallsubstrat 302 kann irgendeine Anzahl von geeigneten Materialien beinhalten. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Metallsubstrat 302 reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. In anderen Ausführungsformen beinhaltet das Metallsubstrat reines Titan oder eine titanbasierte Legierung. Die poröse anodische Schicht 308 kann eine Anzahl von Poren 320 beinhalten, welche longitudinal entlang der Länge der porösen anodischen Schicht 308 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen können die Poren 320 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. In einigen Beispielen kann die poröse anodische Schicht eine Dicke zwischen ungefähr 5 Mikrometern bis ungefähr 20 Mikrometern aufweisen. In einigen Beispielen kann die poröse anodische Schicht 308 eine Dicke zwischen ungefähr 8 Mikrometern bis ungefähr 15 Mikrometern aufweisen. Die Dicke des Metallsubstrates 302 kann abhängig von besonderen Anwendungen variieren. Allgemein ist das Metallsubstrat 302 dicker als die poröse anodische Schicht 308. In einigen Ausführungsformen ist das Metallsubstrat 302 allerdings dünner als die poröse anodische Schicht 308. Folglich ist die 3 nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.
Die Poren 320 der porösen anodischen Schicht 308 können dadurch gebildet werden, dass das Metallsubstrat 302 einem elektrolytischen oxidativen Prozess in einer anodischen Badlösung ausgesetzt wird – allgemein als Anodisieren bezeichnet. Für die meisten Anodisierungsprozesse sind die Poren 320 im Allgemeinen im Wesentlichen parallel bezüglich einander und im Wesentlichen rechtwinklig bezüglich der oberen Oberfläche 322 der porösen anodischen Schicht 308 orientiert. Die Breite (oder der Durchmesser) und die Form jeder der Poren 320 kann in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Anodisierungsprozesses variieren. Im Allgemeinen ist die Breite der Poren 320 in der Größenordnung von Nanometern. In einigen Ausführungsformen, wie z. B. Anodisierungsprozessen der zweiten Art, wird eine schwefelige Säure verwendet. Für typische Anodisierung der zweiten Art liegt die Breite jeder der Poren 320 typischerweise im Bereich zwischen ungefähr 10 Nanometern und 20 Nanometern. In anderen Ausführungsformen wird der Anodisierungsprozess in Phosphorsäure- und/oder Oxalsäurelösung durchgeführt, was zu einer anodischen Schicht 308 mit breiteren Poren (z. B. zwischen ungefähr 100 Nanometern bis ungefähr 500 Nanometern in der Breite) im Vergleich zu einem Anodisieren in einer Schwefelsäurelösung (z. B. Anodisieren der zweiten Art) führen kann. Die Spannung, welche während des Anodisierungsprozesses verwendet wird, wird in Abhängigkeit von der Art der Anodisierungslösung und von anderen Prozessparametern variieren. In besonderen Ausführungsformen wird eine angewandte Spannung von mehr als 50 Volt verwendet. In einer Ausführungsform wird eine Phosphorsäurelösung und eine Spannung von ungefähr 150 Volt verwendet. Es sollte vermerkt werden, dass die Poren 320, die zu breit sind, Einfluss auf die strukturelle Integrität der porösen anodischen Schicht 308 haben können. In einer besonderen Ausführungsform wird ein Phosphorsäure-Anodisierungsprozess unter Verwendung einer Spannung zwischen ungefähr 80 Volt und 100 Volt verwendet, um eine poröse anodische Schicht 308 zu bilden, die eine Zieldicke von ungefähr 10 Mikrometern aufweist. In einigen Ausführungsformen wird ein Oxalsäure-Anodiserungsprozess unter Verwendung einer Spannung zwischen ungefähr 20 Volt bis ungefähr 120 Volt verwendet.
3 veranschaulicht, dass die Poren 320 voneinander getrennt sind und durch Wandsegmente 314 der Porenwände 312 der porösen anodischen Schicht 308 definiert sind. Die Wandsegmente 314 sind aus einem Metalloxidmaterial gebildet. 3 zeigt, dass ein nichtporöser Barrierenabschnitt 310 zwischen dem Metallsubstrat 302 und der porösen anodischen Schicht 308 gemäß einigen Ausführungsformen angeordnet sein kann. Der nichtporöse Barrierenabschnitt 310 bezieht sich auf eine oxidierte Schicht des Metallsubstrates 302, welche keine Poren 320 beinhaltet.
In vielen Anwendungen ist die poröse anodische Schicht 308 gegenüber dem Barunterliegenden Metallsubstrat 302 transparent. Das bedeutet, dass eine überwiegende Mehrheit des auf die poröse anodische Schicht 308 einfallenden Lichtes durch die poröse anodische Schicht 308 hindurchdringt und das darunterliegende Metallsubstrat 302 erreicht. Zum Veranschaulichen dringt der Lichtstrahl 350 in die obere Oberfläche 322 der porösen anodischen Schicht 308 ein, dringt durch die poröse anodische Schicht 308 hindurch und wird durch die obere Oberfläche des Metallsubstrats 302 reflektiert oder gestreut. Der Lichtstrahl 352, der in einen anderen Abschnitt der oberen Oberfläche 322 der porösen anodischen Schicht 308 eindringt, kann durch die poröse anodische Schicht 308 hindurchdringen und in einem unterschiedlichen Winkel durch die obere Oberfläche des Metallsubstrats 302 reflektiert oder gestreut werden.
In einigen Ausführungsformen kann die poröse anodische Schicht 308 durch ein anodisierendes Metallsubstrat 302 gebildet werden. Während des Anodisierungsprozesses kann die poröse anodische Schicht 308, die eine Anzahl von Poren 320 aufweist, welche longitudinal über die poröse anodische Schicht 308 gebildet sind, gebildet werden. In einigen Ausführungsformen wird die Anodisierung in Schwefelsäurelösung, wie z. B. Anodisierungsprozessen der zweiten Art, gebildet. In einigen Ausführungsformen wird die Anodisierung in einer Phosphorsäure- oder einer Oxalsäurelösung durchgeführt, welche breitere Poren als ein schwefeliger Anodisierungsprozess bilden kann. Während des Anodisierungsprozesses kann eine poröse anodische Schicht 308, die eine poröse Schicht und einen nichtporösen Barrierenabschnitt 310 aufweist, gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Metallsubstrat 302 vor dem Anodisierungsprozess einem Oberflächenvorbehandlungs-(oder Vortexturierungs)-Prozess ausgesetzt werden. Die Oberflächenbehandlung kann ein Politurprozess sein, der eine spiegelpolierte Substratoberfläche entsprechend einem allgemein gleichförmigen Oberflächenprofil erzeugt. In anderen Ausführungsformen ist die Oberflächenbehandlung ein Ätzprozess, der eine texturierte Oberfläche erzeugt, die eine matte Erscheinung aufweisen kann. In einigen Beispielen kann das Erzeugen einer texturierten Oberfläche das Resultat von Bestrahlen oder Ätzen oder chemischen Polierens der Oberflächen des Metallsubstrates 302 sein. Geeignete Ätzprozesse beinhalten alkalische Ätzung, wo das Metallsubstrat 302 einer alkalischen Lösung (z. B. NaOH) während einer vorbestimmten Zeitperiode zum Erzeugen einer gewünschten Textur ausgesetzt wird. Saure Ätzlösungen (z. B. NH₄HF₂) können auch verwendet werden. Politurtechniken können chemische Politur beinhalten, was mit einbezieht, das Metallsubstrat 302 einer sauren Lösung, z. B. Schwefelsäure- und Phosphorsäurelösungen auszusetzen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Polieren einen oder mehrere mechanische Politurprozesse. In einigen Ausführungsformen kann eine texturierte oder aufgeraute Oberfläche des Metallsubstrates 302 bevorzugt sein, um der Oberfläche eine gleichförmige weiße Erscheinung zu verleihen. In einigen Ausführungsformen, wenn ein abschließendes Weiß oder eine andere helle Erscheinung der porösen anodischen Schicht 308 gewünscht wird, wird das Metallsubstrat 302 vorzugsweise poliert anstatt geätzt, um eine darunterliegende lichtreflektierende Substratoberfläche zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen, wo eine dunkle Farbe oder ein Farbton gewünscht wird, kann das Metallsubstrat 302 geätzt werden, um zweckgerichtet eine darunterliegende Lichtfalle zu erzeugen, die einfallendes Licht fängt. In einigen Ausführungsformen kann die texturierte Oberfläche des Metallsubstrates 302 auch die Struktur der gebildeten porösen anodischen Schicht 208 steuern sowie auch den verwendeten Ätzprozess zum Bilden der Fissuren 340 in der porösen anodischen Schicht 308 beeinflussen.
4 veranschaulicht eine Querschnittansicht des anodischen Substrats 400 im Nachgang zu einem Verfahren, wo eine Anzahl von Fissuren 440 innerhalb der Wände 412 gebildet wird, welche die Poren 420 als ein Ergebnis eines Ätzprozesses definieren. Der spezifische Ätzprozess wird mit Bezug auf 6 detaillierter beschrieben. Wie oben beschrieben kann der Ätzprozess einen fragmentierten Abschnitt 404 und einen Fissurenabschnitt 406 erzeugen. 4 veranschaulicht, dass der fragmentierte Abschnitt 404 über dem Fissurenabschnitt 406 angeordnet ist. In anderen Worten, der fragmentierte Abschnitt 404 ist näher an der oberen Oberfläche 422 der porösen anodischen Schicht 408 angeordnet, um die poröse anodische Schicht 408 mit einer im Wesentlichen weißen Erscheinung bereitzustellen.
Allgemein kann sich der fragmentierte Abschnitt 404 auf den Bereich der porösen anodischen Schicht 408 beziehen, wo die äußeren Bereiche der Porenwände 412 entfernt sind, um eine allgemein konische oder zugespitzte Form der Porenwände 412 zu bilden. Die Form der im Wesentlichen parallelen Struktur der Poren 420 der porösen anodischen Schicht 408 kann als ein Ergebnis des Ätzprozesses wesentlich verändert sein. In anderen Worten, ein Abschnitt des fragmentierten Abschnittes 404, der eine im Wesentlichen konische Form aufweist, kann vorher eine im Wesentlichen lineare oder parallele Struktur, die senkrecht zu dem Metallsubstrat 402 war und vor dem Ätzprozess ein nicht poröser Abschnitt war, gewesen sein. Der Fissurenabschnitt 406 kann sich auf einen Abschnitt der porösen anodischen Schicht 408 beziehen, wo die äußeren Bereiche der Porenwände 412 nicht bis zu einem solchen Ausmaß ausgedünnt oder reduziert sind, um eine konische Form der Poren 420 zu bilden. 4 veranschaulicht, dass, obwohl Fissuren 440 in den Wänden 420 des Fissurenabschnittes 406 gebildet sein können, die im Wesentlichen parallele Struktur der Poren 420 des Fissurenabschnittes 406 vor dem Ätzprozess unbeeinflusst bleibt. Die Fissuren 440 können sich allgemein auf einen Abschnitt der Porenwände 412 beziehen, die kein Oxidmaterial oder ausgehöhltes Material aufweisen, wie z. B. ein Haarriss, eine Nut oder eine Furche gemäß einigen Ausführungsformen. In anderen Ausführungsformen können sich Fissuren 440 auf Abschnitte der Porenwände 412 beziehen, die als ein Ergebnis des Ätzprozesses in der Porenwand 412 Risse oder Grübchen aufweisen. In anderen Ausführungsformen können sich Fissuren 440 auf zwei benachbarte Abschnitte der Porenwand 412 beziehen, die einen Spalt oder eine Teilung aufweisen, die zwischen zwei angrenzenden Abschnitten der Porenwand 412 gebildet sind, so dass eine Vertiefung oder eine Teilung zwischen den zwei angrenzenden Abschnitten gebildet ist. In einigen Ausführungsformen ist der Ätzprozess ein saurer oder ein alkalischer Ätzprozess, der die Fissuren 440 dazu veranlasst, in den Porenwänden 412 gebildet zu werden. Die Ätzlösung kann auch etwas von dem Metalloxid um die Porenwände 412 wegätzen, wodurch die Porenwände 412 ausgedünnt werden, insbesondere in den äußersten Bereichen der porösen anodischen Schicht 408. Da Fissuren 440 im Allgemeinen orthogonal bezüglich der oberen Oberfläche 422 orientiert sind, können diese Fissuren 440 auf der oberen Oberfläche 402 einfallendes Licht diffus reflektieren, wodurch dem anodisierten Substrat eine weiße Erscheinung verlieren wird. Zusätzlich zur Bildung von Fissuren 440 kann der Ätzprozess Porenwände 412 in äußeren Bereichen der porösen anodischen Schicht 408 allerdings auch dazu veranlassen, konisch und fragmentiert zu werden – als fragmentierter Abschnitt 404 bezeichnet – was die strukturelle Integrität der porösen anodischen Schicht 408 kompromittieren kann.
Während des Ätzprozesses können die Porenwände 412, dadurch, dass sie einerätzenden Lösung ausgesetzt werden, reduziert werden, so dass ein Ausdünnungseffekt an den Porenwänden 412, die näher an der oberen Oberfläche 422 liegen, vorherrscht. Durch Wegätzen der Porenwände 412, die näher an der oberen Oberfläche 422 liegen, kann der fragmentierte Abschnitt 404 Poren 420 bilden, die eine allgemein konische Form aufweisen, so dass die mittlere Breite eines Abschnitts einer Pore 420 an der oberen Oberfläche 422 breiter ist, als eine mittlere Breite eines anderen Abschnitts derselben Pore 420, die unter der oberen Oberfläche 422 liegt. In einigen Ausführungsformen ätzt die Ätzlösung etwas von dem Metalloxid 424 um die Porenwände 412 weg, wodurch die Porenwände 412 ausgedünnt werden, insbesondere in äußeren Bereichen der porösen anodischen Schicht 408. Wie in 4 gezeigt erzeugt dies in der anodischen Schicht 408 Fissuren 440. Da Fissuren 440 allgemein senkrecht bezüglich der oberen Oberfläche 422 orientiert sind, können diese Fissuren 440 auf der oberen Oberfläche 422 einfallendes Licht diffus reflektieren, wobei dem anodisierten Substrat 400 eine weiße Erscheinung verliehen wird. Zusätzlich zur Bildung von Fissuren kann der Ätzprozess Porenwände 412 in äußeren Bereichen der anodischen Schicht 408 allerdings auch dazu veranlassen, konisch und fragmentiert zu werden – als fragmentierter Abschnitt 404 bezeichnet – was die strukturelle Integrität der anodischen Schicht 408 kompromittieren kann. Insbesondere kann der fragmentierte Abschnitt 404 hochporös und sehr bruchempfindlich werden. Die Fissuren 440 können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Mustern in der Wand 412 beinhaltet sein. In einigen Beispielen können die Fissuren 440 eine im Allgemeinen dreieckige, eine lineare oder eine rechteckige Form oder ähnliche Formen aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Fissuren 440, abhängig von spezifischen Parametern der verwendeten Ätzlösung, nur innerhalb eines Abschnittes der Länge der Porenwände 412 gebildet werden. In anderen Ausführungsformen können die Fissuren 440 entlang der gesamten Länge der Porenwände 412 gebildet werden. 4 zeigt, dass jede Pore 420 von einer anderen Pore 420 über einen Wandabschnitt 440 der porösen anodischen Schicht 408 getrennt sein kann. In einigen Beispielen können die Fissuren 440 der Porenwände 412 von einer Größe auf der Nanometerskala sein. Zum Beispiel können die Fissuren 440 eine Länge in einem Bereich zwischen 1 Nanometer und 30 Nanometern gemäß einigen Ausführungsformen aufweisen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Länge jeder Fissur 440 in einem Bereich zwischen 5 Nanometern und 20 Nanometern sein. In anderen Beispielen können die Fissuren der Porenwände 412 auf der Nanometerskala sein relativ zu den Poren 420 der porösen anodischen Schicht 408, wo die Poren 420 von der Größe auf einer Makroskala sein können. In anderen Worten, die Größe jeder der Fissuren 440 kann wesentlich kleiner sein als die Größe der Poren 420.
4 zeigt, dass ein nichtporöser Barrierenabschnitt 410 durch den Ätzprozess unbeeinflusst sein kann, so dass der nichtporöse Barrierenabschnitt 410 gemäß einer Ausführungsform zwischen dem Metallsubstrat 402 und der porösen anodischen Schicht 408 angeordnet bleibt. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke des nichtporösen Barrierenabschnittes 410 durch den Ätzprozess unbeeinflusst sein.
4 veranschaulicht, dass die gebildeten Fissuren 440 um die Porenwände 412 des fragmentierten Abschnittes 404 im Vergleich zu den Fissuren 440, die in den Porenwänden 412 des Fissurenabschnittes 406 gebildet sind, konzentrierter sein können. Gemäß einem Beispiel kann ein erster Abschnitt einer Porenwand 412 des Fissurenabschnittes 406 eine geringere Anzahl oder eine verringerte Konzentration von Fissuren 440 im Vergleich zu einem unterschiedlichen zweiten Abschnitt derselben Porenwand 412 des fragmentierten Abschnittes 404 aufweisen. Ein erster Abschnitt einer Porenwand 412 kann z. B. vier Fissuren 440 beinhalten, während ein zweiter Abschnitt derselben Wand der Pore 420 eine einzelne Fissur 440 beinhalten kann. Eine höhere Konzentration von Fissuren 440 kann in Abschnitten der Porenwände 412 vorkommen, die näher an der oberen Oberfläche 422 sind, was ein Ergebnis des fragmentierten Abschnittes 404 sein kann, der der Ätzlösung vermehrt ausgesetzt ist. Als ein Ergebnis kann der fragmentierte Abschnitt 404 eine relativ hohe Anzahl von Fissuren 440 als ein Ergebnis der Ätzlösung beinhalten, welche in den äußeren Bereichen der Porenwände 412 wegätzt und die Porenwände 412 ausdünnt. Obwohl es in einigen Fällen für den ersten Abschnitt der Porenwand 412 des Fissurenabschnittes 406 möglich sein kann, dieselbe Anzahl (oder Konzentration) von Fissuren oder eine größere Anzahl von Fissuren 440 (oder Konzentration von) relativ zu einem zweiten Abschnitt derselben Porenwand 412 des fragmentierten Abschnittes 404 aufzuweisen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, einen Abschnitt von zumindest einem der fragmentierten Abschnitte 404 des Fissurenabschnittes 406 absichtlich zu entfernen, um die strukturelle Festigkeit der porösen anodischen Schicht 408 zu erhöhen. Wie diskutiert kann die Anwesenheit der Anzahl von Fissuren 440, die in den Porenwänden 412 der porösen anodischen Schicht 408 gebildet sind, die strukturelle Festigkeit der porösen anodischen Schicht 408 verringern. In einigen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, Abschnitte der porösen anodischen Schicht 408, die Fissuren 440 aufweisen (entweder gleichzeitig oder im Nachgang) mit dem Ätzverfahren absichtlich zu entfernen, um die strukturelle Zerbrechlichkeit des anodisierten Substrates zu verringern.
4 veranschaulicht, dass die Fissuren 440 ein lichtstreuendes Medium bereitstellen können, welches eine Anzahl von sichtbaren Wellenlängen von auf der oberen Oberfläche 422 der porösen anodischen Schicht 408 einfallendem Licht diffus reflektiert, so dass ein Lichtstrahl 450 durch die Fissuren 440 gestreut wird, bevor er das Metallsubstrat 402 erreicht. Als ein Ergebnis, durch diffuse Streuung sichtbarer Lichtwellenlängen, kann die obere Oberfläche 422 im Wesentlichen weiß erscheinen. 4 veranschaulicht, wie ein weiterer Lichtstrahl 452 durch die Fissuren in einem unterschiedlichen Winkel als der Lichtstrahl 450 gestreut wird. Ein weiterer Lichtstrahl 454 ist veranschaulicht, der durch die Fissuren 440 in einem unterschiedlichen Winkel als die Lichtstrahlen 450, 452 gestreut wird. Auf diese Weise können die Fissuren 440 als lichtstreuendes Medium wirken, um der porösen anodischen Schicht 408 eine weiße Erscheinung zu verleihen, selbst nachdem der fragmentierte Abschnitt 404 entfernt wurde.
In einigen Ausführungsformen können die Poren 420 der porösen anodischen Schicht 408 optional unter der Verwendung eines Versiegelungsprozesses versiegelt werden. Das Versiegeln verschließt die Poren 420, so dass alle oxidierten Fragmente des fragmentierten Abschnittes 404 oder des Fissurenabschnittes 406 in der porösen anodischen Schicht 408 zurückgehalten werden. In einer Ausführungsform beinhaltet der Versiegelungsprozess eine hydrothermische Versiegelung des anodischen Oxids, welches verwendet werden kann, um die poröse anodische Schicht 408 zu versiegeln und der das Anschwellen des amorphen Aluminiumoxids ausnutzt, wenn es in eine heiße wässrige Lösung (z. B. mehr als 80°C) eingetaucht und hydriert wird, oder wenn es Dampf ausgesetzt wird. In einer Ausführungsform wird die poröse anodische Schicht 408 einer Lösung mit 5 g/l Nickelacetat bei einer Temperatur von 97°C für eine Dauer von 25 Minuten ausgesetzt. Die Versiegelung kann verschobene oxidierte Materialien der porösen anodischen Schicht 408 zwischen der Versiegelung und den unteren Abschnitten der Poren 420 einfangen. Dieser Versiegelungsprozess hydriert das Metalloxidmaterial der Porenwände 412, wodurch die strukturelle Integrität der porösen anodischen Schicht 408 erhöht wird. Im Allgemeinen entfernt der Versiegelungsprozess die lichtreflektierenden Fissuren 440 allerdings nicht. In einer Ausführungsform beinhaltet der Versiegelungsprozess, dass die poröse anodische Schicht 408 einer Lösung, die heißes Wasser mit einem Nickelacetat enthält, für eine Zeitperiode (z. B. ungefähr 25 Minuten) ausgesetzt wird.
5 veranschaulicht eine Querschnittansicht eines anvisierten Substrates 500 im Nachgang zum Entfernen eines äußeren Abschnittes der porösen anodischen Schicht 408 oder im Nachgang zum Entfernen des gesamten fragmentierten Abschnittes (z. B. Bezugszeichen 404, 4) gemäß einigen Ausführungsformen. In weiteren Ausführungsformen ist nur ein Abschnitt des fragmentierten Abschnittes 404 entfernt, so dass ein Abschnitt des fragmentierten Abschnitts 404 in dem Verfahren verbleibt und diesem weiterhin folgt. Während das Bilden von Fissuren 440 in der porösen anodischen Schicht 408 induzieren kann, dass die poröse anodische Schicht 408 dazu veranlasst wird, eine weiße Erscheinung aufzuweisen, kann der Ätzprozess eine Fragmentierung und einen physischen Schaden an den Porenwänden 412 induzieren, wie es durch den fragmentierten Abschnitt angezeigt ist. Demgemäß ist eine Technik bereitgestellt, um die physikalische Instabilität der porösen anodischen Schicht 408 zu reduzieren, indem ein Abschnitt des fragmentierten Abschnittes 404 entfernt wird, so dass ein stabileres anodisiertes Substrat bereitgestellt werden kann, während immer noch einige der Fissuren 440 zurückgehalten werden, um damit fortzufahren, eine weiße Erscheinung der porösen anodischen Schicht 408 bereitzustellen. Als ein Ergebnis veranschaulicht 5, dass, obwohl der fragmentierte Abschnitt 404 entfernt ist, die Fissuren 540 weiterhin in den Porenwänden 512 der porösen anodischen Schicht 508 verbleiben. Als solches kann das anodisierte Substrat 500 weiterhin in der Lage sein, eine im Wesentlichen weiße Erscheinung bereitzustellen, während sie eine erhöhte strukturelle Festigkeit im Nachgang zu dem Entfernungsprozess aufweist. Durch das Entfernen eines Teils oder des gesamten fragmentierten Abschnittes 404 weist die verbleibende poröse anodische Schicht 508 eine verbesserte strukturelle Integrität auf und ist gegenüber Bruchbildung und Rissbildung resistenter. Die Porenwände 512 des verbleibenden Abschnittes, d. h. der Fissurenabschnitt 506, wird Fissuren 540, die durch den Ätzprozess erzeugt wurden, beinhalten. Diese Fissuren 540 können ein lichtstreuendes Medium bereitstellen, das sichtbare Wellenlängen von Licht, das auf einer oberen Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 einfällt, diffus reflektiert, wodurch der porösen anodischen Schicht 508 von einer oberen Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 aus gesehen eine weiße Erscheinung verliehen wird. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Entfernungsprozess einen Veredelungs-Prozess, wie z. B. eine Politur, einen Feinschliff und/oder einen Abriebprozess. In einigen Fällen kann der Veredelungs-Prozess Fragmente des Metalloxidmaterials von dem fragmentierten Abschnitt 404 dazu zwingen, sich in die Poren 520 der porösen anodischen Schicht 508 zu verschieben. Diese Fragmente oder Partikel 516 können auch als ein lichtstreuendes Medium dienen, um einfallendes Licht zu streuen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Abschnitt des fragmentierten Abschnittes 404, der entfernt wird, eine Länge im Bereich zwischen 1 Mikrometer bis 20 Mikrometern aufweisen. In weiteren Ausführungsformen kann der Abschnitt des fragmentierten Abschnittes 404, der entfernt wird, eine Länge im Bereich zwischen 5 Mikrometern und 15 Mikrometern aufweisen. In weiteren Ausführungsformen kann der Abschnitt des fragmentierten Abschnittes 404, der entfernt wird, eine Länge im Bereich zwischen 10 Mikrometern und 15 Mikrometern aufweisen. In weiteren Ausführungsformen kann der Abschnitt des fragmentierten Abschnittes 404, der entfernt wird, eine Länge im Bereich zwischen 3 Mikrometern und 5 Mikrometern aufweisen. 5 veranschaulicht, dass ein Entfernen des gesamten fragmentierten Abschnittes 404 den Fissurenabschnitt 506 freilegt, so dass eine äußere Oberfläche des Fissurenabschnittes 506 als eine obere Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 bezeichnet werden kann. In anderen Worten, wenn die poröse anodische Schicht 508 von oben betrachtet wird, tritt nur der Fissurenabschnitt 506 visuell in Erscheinung.
In der verbleibenden anodischen Schicht 508 kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Konzentration von Fissuren 540, die in den Wänden 512 der Poren 520 gebildet sind, hin zu der oberen Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 größer sein als hin zu dem unteren Abschnitt der porösen anodischen Schicht 508. Als solcher, da der innere oder der untere Abschnitt der porösen anodischen Schicht 508 weniger Fissuren 540 aufweist, kann der untere Abschnitt der porösen anodischen Schicht 508 auch als strukturell zuverlässiger oder stabil in der Nähe der oberen Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 betrachtet werden. Der untere Abschnitt der porösen anodischen Schicht 508 kann z. B. eine höhere Stärke oder Härte aufweisen, wie es durch Techniken, wie z. B. Nanoeinschub evaluiert werden kann.
5 veranschaulicht eine Querschnittansicht eines anodisierten Substrates 500, das gemäß einigen hierin beschriebenen Ausführungsformen eine poröse anodische Schicht 508 aufweist. 5 veranschaulicht ein Metallsubstrat 502 und eine poröse anodische Schicht 508, die durch Oxidieren eines Abschnitts des Metallsubstrats 502 gebildet wird. Die poröse anodische Schicht 508 kann aus dem Metalloxid 524 zusammengesetzt sein, die in dem Anodisierungsprozess gebildet wird. Wie in 5 gezeigt, kann die Grenze zwischen dem Metallsubstrat 502 und der porösen anodischen Schicht 508 im Wesentlichen regelmäßig oder von gleichförmiger Dicke gemäß einigen Ausführungsformen sein. In anderen Ausführungsformen kann die Grenze zwischen dem Metallsubstrat 502 und der porösen anodischen Schicht 508 im Wesentlichen unregelmäßig oder von einer nicht gleichförmigen Dicke sein.
5 veranschaulicht, dass die Fissuren 540 des Fissurenabschnittes 506 selbst nachdem der fragmentierte Abschnitt 404 entfernt wurde, damit fortfahren kann, ein lichtstreuendes Medium bereitzustellen, dass im Wesentlichen alle sichtbaren Wellenlängen von Licht, das auf die obere Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 einfällt diffus reflektiert, so dass die obere Oberfläche 522 eine im Wesentlichen weiße Erscheinung aufweist. 5 veranschaulicht, wie ein Strahl 550, der von der oberen Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 eintritt durch die Fissuren 540 diffus gestreut wird. 5 veranschaulicht, wie ein weiterer Lichtstrahl 552, der von der oberen Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 eintritt durch die Fissuren 540 in einem unterschiedlichen Winkel diffus gestreut wird. Auf diese Weise können die Fissuren 540 als lichtstreuendes Medium wirken, um der porösen anodischen Schicht 508, selbst nachdem der fragmentierte Abschnitt 404 entfernt wurde, eine weiße Erscheinung zu verleihen. In anderen Worten können die Fissuren 540 von sowohl dem fragmentierten Abschnitt 404 als auch dem Fissurenabschnitt 506 ein lichtstreuendes Medium bereitstellen, das im Wesentlichen alle sichtbaren Wellenlängen des Lichts, das auf die obere Oberfläche 522 der porösen anodischen Schicht 508 einfällt diffus reflektieren kann.
5 veranschaulicht weiterhin, dass im Nachgang zum Entfernen des fragmentierten Abschnitts 404 die fragmentierten Metalloxidpartikel oder Residuen 516, die als Ergebnis des Entfernungsschrittes gebildet werden, in die Wände 512 der Poren 520 verschoben werden können. In einigen Beispielen können die verschobenen Metalloxidpartikel 516 in den äußeren Extremitäten der Poren 520 ruhen. In weiteren Beispielen können die verschobenen Metalloxidpartikel 516 einen kleineren Teil, einen größeren Teil oder die Gesamtheit der Poren 520 füllen. In weiteren Beispielen können die Metalloxidpartikel 516, die in die Poren 520 im Nachgang zu dem Verfahren verschoben wurden abwesend sein. In einigen Ausführungsformen können die Metalloxidpartikel 516 der porösen anodischen Schicht 508 eine im Wesentlichen weiße Erscheinung verleihen, da sie im Wesentlichen alle Wellenlängen sichtbaren Lichts diffus streuen. Ein Lichtstrahl 454 kann z. B. in die Poren 520 eintreten und von den Metalloxidpartikeln 516 reflektieren. Die Partikel 516, die in unteren Abschnitten 530 der Poren 520 angeordnet sind können als lichtstreuendes Medium wirken, um einfallendes Licht, das von der oberen Oberfläche 522 eintritt, zu streuen und folglich dem unteren Abschnitten 530 der Poren 520 eine undurchsichtige und weiße Erscheinung zu geben. Zusätzlich zum Beitrag an die Lichtstreuung können die verschobenen Metalloxidpartikel 516 die strukturelle Festigkeit der porösen anodischen Schicht 508 erhöhen oder verbessern sowie auch die Poren 520 der porösen anodischen Schicht 508 versiegeln. Die Metalloxidpartikel 516 können zusätzliches Material bereitstellen (z. B. Oxid und Hydroxid), um die Porenöffnungen zu verstopfen, um so die Materialdichte der porösen anodischen Schicht 508 zu erhöhen, um die Fissuren 440, die zuvor entfernt wurden, zu kompensieren. Die Metalloxidpartikel 516 können auch physikalisch oder mechanisch in die Poren 520 verkeilt werden und können zusätzlich während des Aufschwellens der Porenwände 512 während eines hydrothermischen Versiegelungsprozesses eingeschlossen werden. Als ein Ergebnis können die Metalloxidpartikel 516 während des hydrothermischen Versiegelungsprozesses auch im Volumen anschwellen, als ein Ergebnis einer Hydrierung, so dass die Metalloxidpartikel 516 permanent als ein Teil der Porenwände 512 verschmolzen werden. Der Versiegelungsprozess kann wichtig sein um Verunreinigungen wie z. B. Wasser, Schmutz und Öl aus den Poren 520 der porösen anodischen Schicht 508 fernzuhalten, was die visuelle Erscheinung des Substrats beeinflussen kann. Zusätzlich verhindert die Versiegelung, dass Wasser die Barunterliegenden Metallsubstrate 502 erreichen und korrodieren kann. Weiterhin kann der Versiegelungsprozess Metalloxidfragmente oder Partikel 516, die in die Poren 520 als ein Ergebnis des Schritts des Entfernen des fragmentierten Abschnittes verschoben wurden, fangen. In einigen Fällen können die Metalloxidpartikel 516 selbst hydriert werden und zu der Robustheit der Versiegelung beitragen, welche während des hydrothermischen Versiegelungsschrittes gebildet wurde, um die strukturelle Festigkeit der porösen anodischen Schicht 508 hochzutreiben.
In weiteren Ausführungsformen kann das Versiegeln der Poren 520 vor dem Entfernen des äußeren Abschnitts der porösen anodischen Schicht 508 nicht bevorzugt sein, weil die Versiegelung verschobene Metalloxidpartikel 516, welche von dem fragmentierten Abschnitt 404 herrühren daran hindern kann in die Poren 520 der porösen anodischen Schicht 508 verschoben zu werden. Wie mit Bezug auf 5 detailliert können fragmentierte Metalloxidpartikel 516 als ein Ergebnis des Entfernungsschrittes gebildet und verschoben werden. In einigen Ausführungsformen können die Metalloxidpartikel 516 der porösen anodischen Schicht 508 eine gewünschte im Wesentlichen weiße Erscheinung verleihen, da sie im Wesentlichen alle Wellenlängen sichtbaren Lichts diffus reflektieren. Das Versiegeln der Poren 520 vor dem Entfernungsschritt des äußeren Abschnittes kann die verschobenen Metalloxidpartikel 516 allerdings daran hindern in den Poren 520 eingefangen zu werden. In einigen Ausführungsformen können die verschobenen Metalloxidpartikel 516 oder Residuen zu der Dichte der porösen anodischen Schicht 508 beitragen, z. B. durch ein Ausfüllen der Poren 520 über mechanisches Packen. Die Metalloxidpartikel 516 können empfindlich auf Anschwellen sein und können auch zur Erweiterung der Porenwände 512 zum Bereitstellen einer robusten Versiegelung für die Poren 520 beitragen.
Obwohl 5 die Metalloxidpartikel 516 als im Wesentlichen kugelförmig veranschaulicht können die Partikel 516 auch eine Kombination von Kugel, Rechteck, Dreieck und ähnlichen Formen beinhalten. Zusätzlich können die Metalloxidpartikel im Allgemeinen von der Größe auf einer Makroskala oder einer Nanookala sein.
Die Begriffe äußerer Abschnitt der porösen anodischen Schicht 508, ein Abschnitt des fragmentierten Abschnittes 404, und der gesamte fragmentierte Abschnitt 404 können austauschbar verwendet werden, wenn Bezug auf ein Entfernen des äußeren Abschnittes der porösen anodischen Schicht 508 genommen wird.
Im Nachgang zu dem Schritt des Entfernens des fragmentierten Abschnitts 404 der porösen anodischen Schicht 508 können die Poren 520 optional versiegelt werden, unter Verwendung eines Versiegelungsprozesses. In weiteren Ausführungsformen kann der Schritt des Entfernens des fragmentierten Abschnitts durch ein Feinschliff oder einen Versiegelungsprozess selbst einen Abschnitt der Porenöffnungen mechanisch versiegeln, über ein Verstopfen der Poren 520 mit Fragmenten oder Partikeln 516 des Metalloxids sowie auch möglicherweise durch Poliermittel. In einigen Ausführungsformen kann ein ergänzendes Versiegeln die Versiegelung der Poren 520 verbessern. Das Versiegeln verschließt die Poren 520, so dass die Poren 520 die Metalloxidpartikel 516 zurückbehalten können. Der Versiegelungsprozess kann die Porenwände 512 der porösen anodischen Schicht 508 anschwellen und die Porenöffnungen der Poren 520 schließen. Jeder geeignete Versiegelungsprozess kann verwendet werden. In einer Ausführungsform beinhaltet der Versiegelungsprozess, dass das anodisierte Substrat 500 einer Lösung ausgesetzt wird, die heißes Wasser mit Nickelacetat beinhaltet. In einigen Ausführungsformen zwingt der Versiegelungsprozess einige der Metalloxidpartikel 516 dazu von den oberen Abschnitten der Poren 520 verschoben zu werden. Wie gezeigt wurden in 5 Abschnitte von Metalloxidpartikeln 516 in oberen Abschnitten der Poren 520 während des Versiegelungsprozesses verschoben, um in den unteren Abschnitten 530 der Poren 520 zu ruhen. Folglich verbleiben Abschnitte der Metalloxidpartikel 516 weiterhin in den Poren 520 selbst nach dem Versiegelungsprozess. Die Metalloxidpartikel 516 sind in der Tat selbst gegenüber einem Anschwellen während einer hydrothermischen Versiegelung empfindlich. Demgemäß kann dadurch, dass die poröse anodische Schicht 508 einem hydrothermischen Versiegelungsprozess ausgesetzt wird, die strukturelle Festigkeit der porösen anodischen Schicht 508 weiter verstärkt werden, die Versiegelung der Poren 520 verstärkt werden und die physikalische Rückhaltekraft der Metalloxidpartikel 516 in den Poren weiter verstärkt werden. Ein hydrothermischer Versiegelungsprozess kann sich auf einen Prozess beziehen, in welchem amorphe Metalloxide, wie z. B. Aluminiumoxid einer heißen wässrigen Lösung oder Dampf ausgesetzt werden, was zur Bildung von Hydroxiden oder Oxyhydroxiden geringer Dichte (und eines höheren Volumens) als in dem ursprünglichen Oxid führt. Dieser Prozess kann verwendet werden um die Porenwände 512 anzuschwellen, um die Poren 520 zu verstopfen. Ein Beispiel eines Versiegelungsprozesses beinhaltet das Eintauchen der porösen anodischen Schicht 508 in eine heiße wässrige Lösung (z. B. größer als 80°C) oder wenn sie Dampf ausgesetzt wird. In einem Ausführungsform wird die poröse anodische Schicht 508 einer Lösung mit ungefähr 5 g/l Nickelacetat bei einer Temperatur von 97°C für eine Dauer von 25 Minuten ausgesetzt.
6 veranschaulicht eine beispielhafte Vorrichtung zum Bilden von Fissuren 240 in der porösen anodischen Schicht 208 gemäß einigen Ausführungsformen. 6 zeigt, dass ein anodisiertes Substrat 600 in einem Ätzbad oder einer Lösung 650 in einem Tank oder in einem Behältnis 670 platziert wird. Das Behältnis 670 kann die Ätzlösung 650 enthalten, während ein Abschnitt des anodisierten Substrats 600 in der Ätzlösung untergetaucht wird. Eine Ätzung (z. B. saure oder alkalische Ätzung) wird verwendet, um eine texturierte Oberfläche oder Fissuren 240 in der porösen anodischen Schicht 208 des anodisierten Substrats 600 zu erzeugen, welches durch die Wände 212 der Poren 220 zurückgehalten werden kann. Gemäß einigen Beispielen kann das anodisierte Substrat 600 dadurch geätzt werden, dass es einer Al₂(SO₄)₃-Lösung während 25 Minuten bei 60°C ausgesetzt wird. In weiteren Beispielen kann das anodisierte Substrat 600 geätzt werden, indem es einer alkalischen Na₂CO₃-Lösung für 20 Minuten bei 30°C ausgesetzt wird.
7A bis 7C veranschaulichen beispielhafte elektronenmikroskopische Bilder des anodisierten Substrats während unterschiedlicher Phasen der Verarbeitung des Metallsubstrats. 7A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht des anodisierten Substrats 700 bei 250-facher Vergrößerung und eine perspektivische Ansicht des anodisierten Substrats bei 1000-facher Vergrößerung. 7A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche 722 des anodisierten Substrats 700 einschließlich einer porösen anodischen Schicht 708 bevor dem anodisierten Substrat 700 eine weiße Erscheinung verliehen wird. Wie in 7A gezeigt, wird eine Anzahl von Poren 720 in der Nähe der oberen Oberfläche 722 der porösen anodischen Schicht 708 angeordnet.
7B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines geätzten anodisierten Substrats 702 bei 250-facher Vergrößerung und eine perspektivische Ansicht des geätzten anodisierten Substrats 702 bei 1000-facher Vergrößerung. 7B veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche 722 des geätzten anodisierten Substrats einschließlich einer porösen anodischen Schicht 708 im Nachgang zu einem Schritt zum Bilden der Fissuren 740 in den Wänden der Poren. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Anzahl von Fissuren 740 in den Wänden jeder Pore während des Ätzprozesses gebildet werden.
7C veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines polierten anodisierten Substrats 704 bei 250-facher Vergrößerung und eine perspektivische Ansicht des polierten anodisierten Substrats 704 bei 1000-facher Vergrößerung. 7C veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der oberen Oberfläche 722 des polierten anodisierten Substrats 704 einschließlich einer porösen anodischen Schicht 708 im Nachgang zu einem Schritt zum Entfernen eines äußeren Abschnittes der oberen Oberfläche 722 der porösen anodischen Schicht 708 gemäß einigen Ausführungsformen. In anderen Ausführungsformen kann der fragmentierte Abschnitt entweder teilweise oder vollständig entfernt sein. Wenn der fragmentierte Abschnitt oder die obere Oberfläche 722 der porösen anodischen Schicht 708 entfernt ist, werden die Fissurenabschnitte als die obere Oberfläche der porösen anodischen Schicht 708 ausgesetzt. Die poröse anodische Schicht 708 kann Poren 720 beinhalten.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann das polierte anodisierte Substrat von 7C auch poliert oder geschliffen sein um die obere Oberfläche 722 der porösen anodischen Schicht 708 zu glätten. Eine Politur oder ein Schliff kann z. B. auch verwendet werden, um der oberen Oberfläche 722 der porösen anodischen Schicht 708 eine gleichförmige und glänzende Erscheinung zu geben.
8 veranschaulicht ein elektronenmikroskopisches Bild des anodisierten Substrats 800 einschließlich einer porösen anodischen Schicht 808 bei einer 4000-fachen Vergrößerung. In einigen Ausführungsformen veranschaulicht 8 die poröse anodische Schicht 808 und das Metallsubstrat 802 nachdem der Schritt zum Bilden von Fissuren in den Porenwänden (z. B. Ätzschritt) durchgeführt wurde. In anderen Ausführungsformen veranschaulicht 8 die poröse anodische Schicht 808 nach irgendeinem der weiteren zuvor genannten und beschriebenen Schritte. 8 zeigt, dass sich eine Anzahl von Fissuren 840 in den Porenwänden erstreckt, wo die Poren longitudinal in der porösen anodischen Schicht 808 angeordnet sind. Wie in 8 gezeigt erstrecken sich die Poren 820 longitudinal durch nur einen Abschnitt (d. h. nicht durch die Gesamtheit) der porösen anodischen Schicht 808, so dass ein Querschnitt oder eine Schicht der porösen anodischen Schicht 808 keine Poren beinhaltet. Zusätzlich veranschaulicht 8, dass die Fissuren 840, die in den Porenwänden gebildet sind, hin zur oberen Oberfläche der porösen anodischen Schicht 808 höher konzentriert (oder zahlreicher) sind.
Hin zu dem inneren oder dem unteren Abschnitt der porösen anodischen Schicht 808 nimmt die Konzentration der Fissuren 840 kontinuierlich mit einer konstanten oder einer exponentiellen Rate ab. 8 zeigt weiterhin, dass das Metallsubstrat (z. B. Aluminium) 802 eine variable oder nicht gleichförmige Dicke relativ zu der Grenze zwischen der porösen anodischen Schicht 808 und dem Substrat beinhalten kann. 8 veranschaulicht weiterhin eine Reihe von Spitzen 850, die auf der oberen Oberfläche des Metallsubstrats 802 angeordnet sind. Die Pore 820, die durch die poröse anodische Schicht 808 gebildet ist kann einer entsprechenden Spitze 850 des Metallsubstrats 802 entsprechen. Die verknüpfte Spitze 850 des Metallsubstrats 802 kann z. B. als ein Ergebnis eines erhöhten Betrages von Oxidpartikeln, die auf die Oberfläche des Metallsubstrats 802 verschoben wurden gebildet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen ist jede Pore 820 als ein Ergebnis einer erhöhten Anzahl von Partikel (nicht veranschaulicht) gebildet, die hin zu dem unteren Abschnitt der Poren 820 konvergieren. Hin zu dem unteren Abschnitt der Poren 820 kann eine erhöhte Konzentration von Partikeln auftreten, so dass sich die oxidierten Partikel der Poren über dem Metallsubstrat 802 aufbauen um eine Spitze 850 zu bilden. Die zuvor beschriebenen Poren 820 können im Allgemeinen breit und flach in der Form sein, im Vergleich zu Poren von typischen porösen anodischen Schichten.
8 veranschaulicht weiterhin, dass die poröse anodische Schicht 808 einen fragmentierten Abschnitt und einen Fissurenabschnitt (nicht veranschaulicht) beinhalten kann. Der fragmentierte Abschnitt kann zu der Struktur des fragmentierten Abschnittes (z. B. Bezugszeichen 404, gezeigt in 4) ähnlich sein. Der Fissurenabschnitt kann zu der Struktur des Fissurenabschnittes (z. B. Bezugszeichen 406, gezeigt in 4) ähnlich sein. 8 veranschaulicht weiterhin, dass eine Reihe von Poren 820 in der oberen Oberfläche der porösen anodischen Schicht 808 angeordnet sind und durch einen inneren Abschnitt der porösen anodischen Schicht 808 hindurchdringen. 8 veranschaulicht weiterhin eine Reihe von Spitzen 850, die auf der oberen Oberfläche des fragmentierten Abschnittes angeordnet sind. Jede Pore 820, die durch die poröse anodische Schicht 808 gebildet ist, kann einer entsprechenden Spitze 850 des Metallsubstrats 802 entsprechen. Die Spitze 850 des Metallsubstrats 802 kann z. B. als ein Ergebnis eines erhöhten Betrags von Aluminiumpartikeln, die auf der Oberfläche des Metallsubstrats 802 verschoben werden, gebildet sein. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Spitzen 850 während des Anodisierungsprozesses als ein Ergebnis einer weiteren Durchdringung der Poren 820 durch den inneren Abschnitt der porösen anodischen Schicht 808 gebildet werden, was zu einer erhöhten Bildung von oxidierten Partikeln führt, die sich über das Metallsubstrat 802 bilden um Spitzen 850 zu bilden.
In einigen Ausführungsformen kann 8 für das anodisierte Substrat repräsentativ sein, das nach einem Schritt zum Bilden von Fissuren in den Wänden der Poren (z. B. Ätzschritt) gebildet wurde. Allerdings kann das in 8 veranschaulichte anodisierte Substrat repräsentativ für das anodisierte Substrat in irgendeinem bestimmten Zustand sein und es ist nicht beabsichtigt das anodisierte Substrat auf einen bestimmten Schritt zu begrenzen.
Die vorhergehende Beschreibung verwendete zum Zwecke der Beschreibung spezifische Nomenklatur um ein sorgfältiges Verständnis der beschriebenen Ausführungsformen bereitzustellen. Es wird einem Fachmann allerdings offensichtlich sein, dass die spezifischen Details nicht benötigt werden, um die beschriebenen Ausführungsformen zu praktizieren. Folglich ist die vorhergehende Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen die hierin beschrieben wurden zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung vorgestellt. Sie sind nicht beabsichtigt abschließend zu sein oder die Ausführungsformen auf die offenbarten präzisen Formen zu begrenzen. Es wird einem Fachmann offensichtlich sein, dass viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehren möglich sind.

Claims

Weiß erscheinendes anodisiertes Substrat, umfassend: ein Metallsubstrat; und eine poröse anodische Schicht, umfassend: Poren, die durch Porenwände definiert sind, wobei Fissuren in den Porenwänden beinhaltet sind.
Anodisiertes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Fissuren in zumindest einem regelmäßigen oder einem unregelmäßigen Muster in den Porenwänden beinhaltet sind.
Anodisiertes Substrat nach Anspruch 1, wobei die poröse anodische Schicht weiterhin oxidierte Partikel, die in den Porenwänden beinhaltet sind, umfasst, wobei die oxidierten Partikel in einer Zusammensetzung zu einem Material der Fissuren der porösen anodischen Schicht ähnlich sind.
Anodisiertes Substrat nach Anspruch 3, wobei Öffnungen der Poren mit einer Versiegelung versiegelt sind, so dass die oxidierten Partikel in der porösen anodisierten Schicht angeordnet sind.
Anodisiertes Substrat nach Anspruch 1, wobei die poröse anodische Schicht eine im Wesentlichen durchsichtige Erscheinung aufweist, falls die Fissuren, die in den Porenwänden beinhaltet sind, abwesend sind.
Anodisiertes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Fissuren ein lichtstreuendes Medium bereitstellen, das sichtbares Licht diffus reflektiert.
Anodisiertes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Fissuren, die in einem Fissurenabschnitt beinhaltet sind, eine Dicke zwischen ungefähr 3 Mikrometern bis ungefähr 5 Mikrometern aufweisen.
Anodisiertes Substrat nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Barriereschicht, die zwischen dem Metallsubstrat und der porösen anodischen Schicht angeordnet ist.
Anodisiertes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Poren dadurch gekennzeichnet sind, dass sie eine sich allgemein verjüngende Form aufweisen.
Gehäuse für eine elektronische Vorrichtung, wobei das Gehäuse umfasst: ein Metallsubstrat; eine anodisierte Schicht, die auf dem Metallsubstrat angeordnet ist, wobei die anodisierte Schicht eine weiße Erscheinung aufweist und Poren beinhaltet, die durch Porenwandstrukturen definiert sind, wobei die Porenwandstrukturen Fissuren beinhalten, die sichtbares Licht, das an der anodischen Schicht einfällt, diffus reflektieren; und eine Barriereschicht, die zwischen dem Metallsubstrat und der anodischen Schicht angeordnet ist.
Gehäuse nach Anspruch 10, weiter umfassend: oxidierte Partikel, die in den Poren angeordnet sind.
Gehäuse nach Anspruch 11, wobei Öffnungen der Poren versiegelt sind, so dass die oxidierten Partikel in der anodisierten Schicht enthalten sind.
Gehäuse nach Anspruch 11, wobei die oxidierten Partikel eine Zusammensetzung aufweisen, die ähnlich zu jener der anodisierten Schicht ist.
Gehäuse nach Anspruch 10, wobei die Fissuren in zumindest einem regelmäßigen oder einem unregelmäßigen Muster in den Porenwandstrukturen beinhaltet sind.
Gehäuse nach Anspruch 11, wobei die oxidierten Partikel sichtbares Licht, das an der anodisierten Schicht einfällt, diffus reflektieren.