JP7351586B2 - セラミック樹脂複合筐体、その作製方法、および端末 - Google Patents

セラミック樹脂複合筐体、その作製方法、および端末 Download PDF

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Description

本願は、2019年12月30日に中国国家知識産権局に提出された「CERAMIC RESIN COMPOSITE HOUSING,PREPARATION METHOD THEREOF,AND TERMINAL」と題する中国特許出願第201911424962.9号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明の実施形態は、端末筐体技術の分野、特に、セラミック樹脂複合筐体、その作製方法、および端末に関する。
セラミック材料は、機械的かつ電気的な特性に優れており、外観が温かみのある翡翠のような質感である。セラミック材料は、端末デバイス筐体で使用されると、製品の性能およびユーザ体験を向上させることができる。ただし、セラミック材料の加工および微細構造の成形は難しく、結果として、歩留まり率が低くなり、コストが高くなる。樹脂には、総合的な機械的特性に優れ、成形しやすいという利点があり、これによって、微細構造の成形がしやすくなり、設計の自由度が高くなる。また、樹脂材料は密度が小さく、インテリジェントターミナルの筐体の成形に樹脂材料が使用されると優れた軽量化機能を有する。2つの材料の利点を総合的に利用するために、業界ではセラミック材料および樹脂材料を使用して複合材料を形成する。ただし、セラミック材料および樹脂材料は、物理的かつ化学的な特性が大きく異なる。その結果、ミクロレベルの堅い結合を得るのが難しく、セラミック材料と樹脂材料との間の結合界面の結合強度が高くない。
これを考慮して、本発明の実施形態は、セラミックと樹脂との間の結合強度が低いという既存の問題をある程度解決するセラミック樹脂複合筐体を提供する。
具体的には、本発明の実施形態の第1態様は、セラミック部材と、射出成形によりセラミック部材上に成形される樹脂部材とを含むセラミック樹脂複合筐体を提供する。樹脂部材と結合される、セラミック部材の表面は、セラミック部材の表面から内部まで延びる複数の長尺帯状穴を含む。長尺帯状穴は開放穴構造を有する。長尺帯状穴の孔径は700nmから500μmの範囲であり、長尺帯状穴のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しい。長尺帯状穴は、樹脂部材を構成する樹脂材料で充填される。
本発明のある実装では、前記複数の長尺帯状穴は有機繊維の強熱減量により形成され、前記複数の長尺帯状穴は前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで曲がりくねって延びる。
本発明のある実装では、前記複数の長尺帯状穴の全ての位置における孔径は同じまたは基本的に同じである。
本発明のある実装では、前記複数の長尺帯状穴の前記孔径は、前記複数の長尺帯状穴が前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで延びるにつれて徐々に大きくなる。
本発明のある実装では、前記複数の長尺帯状穴の前記孔径は、前記複数の長尺帯状穴が前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで延びるにつれて徐々に小さくなる。
本発明のある実装では、前記セラミック部材に占める前記複数の長尺帯状穴の体積割合が1%から35%である。
本発明のある実装では、前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面に占める前記複数の長尺帯状穴の面積割合は1%から60%の範囲である。
本発明のある実装では、前記複数の長尺帯状穴のうちの幾つかまたは全ての前記孔径は15μmから500μmの範囲である。
本発明のある実装では、前記複数の長尺帯状穴は、前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面に均等に分布している。
本発明のある実装では、前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面は複数の非長尺帯状穴を更に含み、前記複数の非長尺帯状穴は、前記樹脂部材を構成する前記樹脂材料で充填される。
本発明のある実装では、セラミック部材の材料は、酸化物セラミック材料、窒化物セラミック材料、および炭化物セラミック材料のうちの1つまたは複数を含む。
本発明のある実装では、樹脂部材の材料は熱可塑性樹脂である。
本発明のある実装では、前記樹脂部材は補強成分を更に有し、前記補強成分は、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、およびタルクのうちの1つまたは複数を含む。
本発明のある実装では、樹脂部材は一体構造であってもよいし、セラミック部材の表面に結合される複数の別構造を含んでもよい。
本発明の実施形態の第1態様で提供するセラミック樹脂複合筐体は、一体構造に複合されるセラミック部材および樹脂部材を含み、セラミック部材は、表面から内部まで延びるミクロンレベルおよび/またはサブミクロンレベルの長尺帯状穴を含み、樹脂材料の一部が長尺帯状穴に浸透し、その結果、セラミック部材と樹脂部材との間の結合界面上にミクロレベルの堅い結合が形成され、結合強度が高くなる。セラミック部材に浸透する樹脂材料はセラミック部材も強靭化する。また、長尺帯状穴は小さい孔径を有する。従って、セラミックの完全性が著しく損なわれることはなく、セラミック基板の機械的特性はあまり弱化しない。
第2態様によると、本発明の実施形態は、セラミック樹脂複合筐体の作製方法を更に提供する。この方法は、有機繊維を細孔形成剤として使用することにより、予め設定された形状のセラミック部材を作製する段階であって、射出成形が予め実行される、前記セラミック部材の表面は、前記セラミック部材の前記表面から内部まで延びる複数の長尺帯状穴を含み、前記複数の長尺帯状穴は前記有機繊維の強熱減量により形成され、前記複数の長尺帯状穴は開放穴構造を有し、前記複数の長尺帯状穴の孔径は700nmから500μmの範囲であり、前記複数の長尺帯状穴のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しい、段階と、窒素化合物を含む水溶液を使用することにより前記セラミック部材に対する含浸を実行して、前記窒素化合物を含む前記水溶液が前記複数の長尺帯状穴に入ることができるようにし、次に、乾燥を実行して前記複数の長尺帯状穴の内壁に前記窒素化合物の層を付着させる段階と、前記乾燥させたセラミック部材に対する射出成形を実行し、樹脂液が前記複数の長尺帯状穴に入って前記窒素化合物と発熱反応を起こすことができるようにし、前記射出成形の完了後に樹脂部分に対する微細構造加工を実行して、セラミック樹脂複合筐体を取得する段階とを備える。
本発明のある実装では、前記窒素化合物は、アンモニア、ヒドラジン化合物およびその誘導体、並びに水溶性アミンのうちの1つまたは複数を含む。
本発明のある実装では、有機繊維を細孔形成剤として使用することにより、予め設定された形状のセラミック部材を作製する前記段階のための特定の方法は、射出成型法、テープキャスティング法、3Dプリンティング法、高温圧縮法、およびスラリ浸漬/研磨法のうちの1つまたは複数を含む。
本発明のある実装では、有機繊維を細孔形成剤として使用することにより、予め設定された形状のセラミック部材を作製する前記段階は、セラミック粉末と、前記有機繊維と、結合剤とを混合してセラミック部材のグリーンボディを作製し、かつ、前記セラミック部材のグリーンボディを焼結して前記セラミック部材を取得する段階を有する。
本発明のある実装では、有機繊維は、強熱減量が実行され得る人工繊維および天然繊維のうちの少なくとも一方を含む。
本発明のある実装では、含浸過程は真空条件で実行される。
本発明のある実装では、超音波振動が含浸過程で実行される。
本発明のある実装では、前記乾燥の方式は空気乾燥または凍結乾燥であり、前記空気乾燥の温度は10℃から80℃の範囲である。
本発明の実施形態の第2態様で提供する作製方法は、物理的な埋め込みおよび化学反応の二重効果の下、セラミックと樹脂との間の堅い結合を実装する。一方では、セラミック部材の内部まで延びる長尺帯状穴が有機繊維の強熱減量により作製され、樹脂が長尺帯状穴に浸透して樹脂とセラミックとの結合を強める。他方では、窒素化合物が含浸により長尺帯状穴の内壁に付着し、射出成形過程において、窒素化合物と穴に浸透する樹脂とが発熱反応を起こして熱を提供することで、樹脂液流の前端を低粘度の流動状態に保ち続ける。このように、樹脂は長尺帯状穴に円滑に浸透し、冷却に起因して樹脂液流の前端の粘度が増すことにより樹脂が穴に円滑に浸透できないといった問題が回避される。また、本発明の実施形態では、穴は有機繊維の強熱減量により形成される。セラミック構造の完全性が著しく損なわれることはなく、強酸および強アルカリは必要ない。有機繊維の強熱減量は、環境に優しく省エネのセラミック焼結過程で完了する。
本発明の実施形態は、本発明の実施形態の第1態様に係るセラミック樹脂複合筐体を含む端末を更に提供する。セラミック樹脂複合筐体は、端末の表カバー、中枠、または裏カバーなどの筐体構造として機能してよい。本発明の実施形態で提供する端末の筐体は、セラミックの質感および外観並びに樹脂により形成される内部微細構造の両方を有し、それによって、市場競争力が向上する。
本発明の実施形態は、ディスプレイと、携帯電話の外側に組み付けられる筐体と、筐体の内側に配置されるメインボードおよびバッテリとを含む携帯電話を更に提供する。筐体の全体または一部が、本発明の実施形態の第1態様の任意の実装に係るセラミック樹脂複合筐体である。
本発明のある実装では、筐体は、携帯電話の裏側に組み付けられる裏カバーを含む。代替的に、筐体は、携帯電話の表側に組み付けられる表カバーを含む。代替的に、筐体は、携帯電話に組み付けられる中枠を含む。代替的に、筐体は、裏カバー、表カバー、および中枠のうちの1つまたは複数を含む。
中枠は、携帯電話の表カバーと裏カバーとの間に配置される。代替的に、中枠は、携帯電話のディスプレイと裏カバーとの間に配置される。
本発明のある実装では、裏カバーおよび中枠は一体構造または別構造である。
本発明のある実装では、裏カバーはセラミック樹脂複合筐体であり、セラミック部材は携帯電話の裏カバーの主な外観ボディを形成するとともにセラミックの外観および質感を呈し、樹脂部材は裏カバーの枠および裏カバーの内側の機能的構造を形成する。従って、裏カバーは、セラミックの質感および外観並びに内部の微細な機能的構造の両方を有する。
本発明のある実施形態に係る携帯電話100の概略構造図である。
本発明のある実施形態に係る携帯電話筐体11の概略構造図である。
本発明のある実施形態に係るセラミック樹脂複合筐体の概略構造図である。
本発明のある実施形態に係る携帯電話の裏カバーのおもて面の部分的な概略構造図である。 本発明のある実施形態に係る携帯電話の裏カバーの裏面の部分的な概略構造図である。
本発明のある実施形態に係る作製方法のステップS101で作製されるセラミック部材の概略構造図である。
本発明のある実施形態に係る作製方法のステップS102の射出成形過程におけるセラミックと樹脂との複合の概略図である。
以下では、本発明の実施形態における添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態は、端末の筐体に適用され得るセラミック樹脂複合筐体を提供する。その結果、端末筐体は、セラミックの外観および質感並びに樹脂により形成される内部微細構造の両方を有し、それによって、端末製品の市場競争力が向上する。端末は、携帯電話であってもよいし、タブレットコンピュータ、ノートブックコンピュータ、ポータブルコンピュータ、またはインテリジェントウェアラブル製品などの電子製品であってもよい。端末筐体の一部または端末筐体の全体が、本発明の実施形態で提供するセラミック樹脂複合筐体であってよい。端末筐体は、端末の内部成分を保護するように構成され、かつ、ユーザが直接見たり触れたりすることができる、外部構造部材である。
携帯電話100を例として使用する。図1は、本発明のある実施形態に係る携帯電話100の概略構造図である。携帯電話100は、携帯電話100の外側に組み付けられる筐体11と、筐体11の内側に配置されるメインボードおよびバッテリなどの構成要素とを含む。図2に示すように、筐体11は、携帯電話100の表側(すなわち、ディスプレイ側)に組み付けられる表カバー12を具体的に含んでもよいし、携帯電話100の裏側に組み付けられる裏カバー13を含んでもよい。本発明の幾つかの実装では、筐体11は、表カバー12と裏カバー13との間に配置される中枠14を更に含んでよく、中枠14は、メインボードおよびバッテリなどの構成要素を支えるように構成される。本発明のある実装では、表カバー12、裏カバー13、および/または中枠14が一体的に、本発明の実施形態で提供するセラミック樹脂複合筐体であるか、または、表カバー12、裏カバー13、および/または中枠14の一部がセラミック樹脂複合筐体である。例えば、裏カバー13の一部または表カバー12もしくは中枠14の一部がセラミック樹脂複合筐体である。本発明の幾つかの実装では、裏カバー13および中枠14は一体構造であってよい。本発明の幾つかの他の実装では、裏カバー13および中枠14は代替的に別構造であってもよい。携帯電話100はディスプレイを更に含む。ベゼルレスのスクリーンを有するある携帯電話では、通常は表カバーが筐体に含まれず、中枠がディスプレイと裏カバー13との間に配置される。代替的に、ベゼルレスのスクリーンを有する幾つかの携帯電話では、むき出しの中枠が筐体に含まれない場合がある。
図3に示すように、本発明の実施形態で提供するセラミック樹脂複合筐体10は、セラミック部材101と、射出成形によりセラミック部材101上に成形される樹脂部材102とを含む。樹脂部材102と結合される、セラミック部材101の表面は、セラミック部材101の表面からセラミック部材101の内部まで延びる複数の長尺帯状穴103を含む。長尺帯状穴103は開放穴構造を有する。長尺帯状穴103の孔径は700nmから500μmの範囲である。長尺帯状穴103のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しい。長尺帯状穴103は、樹脂部材102を構成する樹脂材料で充填される。
本発明の実施形態で提供するセラミック樹脂複合筐体10では、成熟した射出成形過程を使用することによりセラミックと樹脂との一体成形を完了することができ、複合筐体はセラミックの外観および質感を有し、樹脂材料により形成される微細構造も有する。セラミック部材101は、表面から内部まで延びるミクロンレベルおよび/またはサブミクロンレベルの長尺帯状穴103を含み、樹脂材料は長尺帯状穴103に浸透し、その結果、ミクロレベルの堅い結合がセラミック部材101と樹脂部材との間の結合界面上に形成され、結合強度が高くなる。また、セラミック部材101に浸透する樹脂材料はセラミック部材101に対しても同様の繊維強靭化効果を有し、引き抜き効果(pull-out effect)によりセラミック部材101の亀裂に必要な界面エネルギーが向上する。従って、純粋なセラミック基板と比較して、本発明の実施形態におけるセラミック樹脂複合筐体は、強靭性に優れており、落下などの衝撃荷重があった場合に損傷する確率が低い。本発明の実施形態における長尺帯状穴103によってセラミックの完全性が著しく損なわれることはなく、セラミック基板の機械的特性はあまり弱化しない。また、純粋なセラミック基板と比較して、本発明の実施形態におけるセラミック樹脂複合筐体10は密度が低く、これは端末デバイスの軽量化に有益である。
本発明のある実装では、長尺帯状穴103は有機繊維の強熱減量により形成される。セラミック部材101の表面からセラミック部材101の内部まで延びる長尺帯状の繊維状穴は、繊維強熱減量法を使用することによりセラミック部材101に形成される。巨視的に見て、長尺帯状穴103はアンダーカット構造を形成することができ、その接着剤引き込み効果(glue pulling effect)は、粒状の穴の接着剤引き込み効果より優れている。従って、セラミックと樹脂との間の結合強度を向上させることができる。微視的に見て、長尺帯状穴103はセラミック部材101の内部閉鎖穴を活性化してそれに接続することができ、穴は射出成形後に(図3に示すように)樹脂材料で充填され、損傷過程で引き抜き効果があり、それによって、結合強度が更に向上する。
本発明のある実装では、長尺帯状穴103はセラミック部材101の表面からセラミック部材101の内部まで曲がりくねって延びる。樹脂材料は、曲がりくねって延びる長尺帯状穴103に浸透し、これは、引き抜き効果によりセラミックと樹脂との間の界面結合強度を向上するのにより有益である。
本発明のある実装では、長尺帯状穴103は開放穴構造を有する。ここで、長尺帯状穴103の開放端は、樹脂部材102と結合される、セラミック部材101の表面に配置され、長尺帯状穴103の閉鎖端は、セラミック部材101の内部に配置される。樹脂材料は開放端から長尺帯状穴103に入ってよい。本発明のある実装では、長尺帯状穴103は有機繊維の強熱減量により形成される。従って、長尺帯状穴103の孔径は有機繊維の厚さで決定され、孔径の制御がしやすい。本発明のある実装では、複数の長尺帯状穴103の孔径は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
本発明のある実装では、長尺帯状穴103の全ての位置における孔径が同じまたは基本的に同じであってもよいし、長尺帯状穴103がセラミック部材101の表面からセラミック部材101の内部まで延びるにつれて長尺帯状穴103の孔径が徐々に大きくなってもよいし、長尺帯状穴103がセラミック部材101の表面からセラミック部材101の内部まで延びるにつれて長尺帯状穴103の孔径が徐々に小さくなってもよい。全ての位置における孔径は同じまたは基本的に同じであってよく、これによって、作製がしやすくなる。孔径は、長尺帯状穴103がセラミック部材101の表面からセラミック部材101の内部まで延びるにつれて徐々に大きくなり、これは、優れたアンダーカット構造の形成および結合強度の向上に役立つ。孔径は、長尺帯状穴103がセラミック部材101の表面からセラミック部材101の内部まで延びるにつれて徐々に小さくなり、これによって、樹脂材料が浸透しやすくなり、その結果、穴が樹脂で円滑に充填される。本発明のある実施形態では、上記3つの形態の長尺帯状穴103が同時に存在してもよいし、上記3つの形態のうちの1つまたは2つのみが存在してもよい。言うまでもなく、本発明の幾つかの他の実装では更に、長尺帯状穴103がセラミック部材101の表面からセラミック部材101の内部まで延びるにつれて長尺帯状穴103の孔径が不規則に変化する場合がある。
本発明のある実装では、樹脂材料が長尺帯状穴103によりよく浸透できるように、長尺帯状穴103のうちの幾つかまたは全ての孔径は15μmから500μmの範囲である。
本発明のある実装では、セラミックの強度が確実に高くなるように、セラミック部材101に占める複数の長尺帯状穴103の体積割合が1%から35%である。更に、セラミック部材101に占める複数の長尺帯状穴103の体積割合は10%から25%の間に制御されてよい。長尺帯状穴103の体積割合を適切にすることで、セラミックと樹脂との間の高い結合強度を保証することができ、セラミック部材101のボディが高い強度を有するようにすることができる。
本発明のある実装では、セラミックと樹脂との間の堅い結合を保証するために、樹脂部材と結合される、セラミック部材101の表面に占める複数の長尺帯状穴103の面積割合が1%から60%の範囲である。更に、複数の長尺帯状穴103の面積割合は10%から30%の範囲であってよい。長尺帯状穴103の面積割合を適切にすることで、セラミックと樹脂との間の高い結合強度を保証することができる。
本発明のある実装では、セラミックと樹脂との間に優れた結合を形成するために、複数の長尺帯状穴103は、樹脂部材と結合される、セラミック部材101の表面に均等に分布している。
本発明のある実装では、長尺帯状穴103が有機繊維の強熱減量により形成されることから、閉鎖穴構造を有する少量の長尺帯状穴103が、繊維分布の問題に起因してセラミック部材101の内部に存在する場合もある。すなわち、幾つかの繊維がセラミックの内部にのみ分布しており、セラミックの表面まで延びていない場合は、閉鎖穴構造を有する長尺帯状穴103が有機繊維の強熱減量後にセラミックの内部に形成される。閉鎖穴とは、外側に接続されない、多孔質固体中の空洞および細孔チャネルを指し、開放穴とは、外側に接続される、多孔質固体中の空洞および細孔チャネルを指す。
本発明のある実装では、セラミック部材101の表面および内部は複数の非長尺帯状穴104を更に含んでよい。これらの非長尺帯状穴104は繊維の強熱減量により形成されるのではなく、セラミックの焼成過程における原料または別の理由に起因して必然的に生成される。非長尺帯状穴104の形状は限定されず、規則的または不規則的な形状であってよい。例えば、非長尺帯状穴104は球形または準球形の穴であってよく、非長尺帯状穴104の孔径は大部分がミクロンレベルおよび/またはサブミクロンレベルである。これらの非長尺帯状穴104のうちの幾つかがセラミック部材101の表面に分布し、開放穴構造を有し、これらの非長尺帯状穴104のうちの幾つかがセラミック部材101の内部に分布し、閉鎖穴構造を有する。図3に示すように、開放穴構造を有する長尺帯状穴103は、セラミック部材101の内部にある閉鎖した非長尺帯状穴104のうちの幾つかを活性化してそれらに接続することができ、その結果、閉鎖した非長尺帯状穴104も射出成形後に樹脂材料で充填され、それによって、結合強度が更に向上する。
本発明のある実装では、セラミックの強度を確保するために、セラミック部材101の内部にある様々な穴の総体積割合が40%を超えないように制御される。更には、セラミック部材101の内部にある様々な穴の総体積割合が30%を超えないように制御される。更には、セラミック部材101の内部にある様々な穴の総体積割合が25%を超えない場合がある。
本発明のある実装では、セラミック部材101の材料は、酸化物セラミック材料、窒化物セラミック材料、および炭化物セラミック材料のうちの1つまたは複数を含む。具体的には、酸化物セラミック材料は、例えば、アルミナ、ジルコニア、酸化ケイ素、およびカオリンのうちの1つまたは複数であってよく、窒化物セラミック材料は、例えば、窒化ケイ素および窒化ホウ素のうちの1つまたは複数であってよく、炭化物セラミック材料は、例えば、炭化ケイ素であってよい。本発明のある実装では、セラミック部材101は厚さ0.25mmから0.7mmのセラミック平板であってよい。
本発明のある実装では、樹脂部材の材料が熱可塑性樹脂である。樹脂材料を成熟した射出成形過程によりセラミック部材101に結合することができ、これによって、複雑かつ微細な構造の成形がしやすくなり、構造設計の自由度が比較的高くなり、加工に便利でコストが低くなる。具体的には、熱可塑性樹脂は、ポリエステル樹脂およびポリアミド樹脂のうちの1つまたは複数であってよく、具体的には、ポリアミド樹脂は、脂肪族ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、または脂肪族ポリアミド樹脂と芳香族ポリアミド樹脂との混合物であってよい。
本発明のある実装では、樹脂部材の機械的特性を最適化するために、樹脂部材は補強成分を更に含んでよい。ここで、補強成分は、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、およびタルクのうちの1つまたは複数を含んでよい。
本発明のある実装では、セラミック部材101および樹脂部材の特定の形状および構造は限定されず、セラミック部材101および樹脂部材は実際の製品要件に従って成形されてよい。樹脂部材は一体構造であってもよいし、セラミック部材101の表面に結合される複数の別構造を含んでもよい。
図4Aおよび図4Bは、本発明の特定の実施形態に係る携帯電話100の裏カバー15の概略構造図である。裏カバー15は、温かみのある翡翠のようなセラミック部材151および微細構造を有する樹脂部材152の両方を有する。この実施形態では、セラミック部材151は携帯電話100の裏カバー15の主な外観ボディを形成するとともにセラミックの外観および質感を呈し、樹脂部材152は裏カバー15の枠および裏カバー15の内側の機能的構造を形成し、これによって、微細な加工がしやすくなる。日常の使用では、セラミック部材が直接的な衝撃にさらされることはあまりなく、損傷の確率が低減する。また、ミクロンレベルおよび/またはサブミクロンレベルの結合がセラミック部材151と樹脂部材152との間の表面に実装され、結合強度が高い。また、セラミック部材151に浸透する樹脂が繊維強靭化効果を有することもでき、これによって、衝撃および損傷に対する複合筐体の耐性が更に最適化される。
本発明の実施形態で提供するセラミック樹脂複合筐体は、一体構造に複合されるセラミック部材および樹脂部材を含む。ここで、セラミック部材は、表面から内部まで延びるミクロンレベルおよび/またはサブミクロンレベルの長尺帯状穴103を含み、樹脂材料は長尺帯状穴103に部分的に浸透し、その結果、セラミック部材と樹脂部材との間の結合界面上にミクロレベルの堅い結合が形成され、結合強度が高くなる。セラミック部材に浸透する樹脂材料はセラミック部材も強靭化する。また、長尺帯状穴103は小さい孔径を有する。従って、セラミックの完全性が著しく損なわれることはなく、セラミック基板の機械的特性はあまり弱化しない。
それに応じて、本発明のある実施形態は、以下のステップを含むセラミック樹脂複合筐体の作製方法を更に提供する。
S101:有機繊維を細孔形成剤として使用することにより、予め設定された形状のセラミック部材を作製する。ここで、射出成形が予め実行される、セラミック部材の表面は、セラミック部材の表面から内部まで延びる複数の長尺帯状穴103を含み、長尺帯状穴103は有機繊維の強熱減量により形成され、長尺帯状穴103は開放穴構造を有し、長尺帯状穴103の孔径は700nmから500μmの範囲であり、長尺帯状穴103のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しい。図5は、長尺帯状穴103を含むセラミック部材の概略構造図である。ここで、103は、開放穴構造を有する長尺帯状穴103である。
S102:窒素化合物を含む水溶液を使用することによりセラミック部材に対する含浸を実行して、窒素化合物を含む水溶液が長尺帯状穴103に入ることができるようにし、次に、乾燥を実行して長尺帯状穴103の内壁に窒素化合物の層を付着させる。
S103:乾燥させたセラミック部材に対する射出成形を実行し、樹脂液が長尺帯状穴103に入って窒素化合物と発熱反応を起こすことができるようにし、射出成形の完了後に樹脂部分に対する微細構造加工を実行して、セラミック樹脂複合筐体を取得する。図6は、射出成形過程におけるセラミックと樹脂との複合の概略図である。ここで、105は、射出成形過程で樹脂液が流れるランナである。
本発明のある実装では、ステップS101において、強熱減量が実行され得る人工繊維および/または天然繊維が有機繊維として選択および使用されてよい。具体的には、例えば、有機繊維は、以下に限定されるわけではないが、ナイロン繊維、防爆繊維、および天然木片のうちの1つまたは複数であってよい。有機繊維の直径は700nmから500μmの範囲であり、有機繊維のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しい。有機繊維の直径および長さによって、最終的に形成される長尺帯状穴103の孔径および長さが直接決定される。添加される有機繊維の量は、0.1wt%から5wt%の間に制御される。適切な量の有機繊維を添加することで、十分な穴を形成することができるだけでなく、セラミック基板が過度に弱化するのを回避することもできる。セラミック部材は、有機繊維を細孔形成剤として使用することにより作製され、セラミック部材中の穴の大きさを制御しやすい。セラミック部材には巨視的な穴が含まれないが、代わりに、セラミック基板の内部に至る多量のミクロンレベルおよび/またはサブミクロンレベルの長尺帯状穴103が含まれる。
本発明のある実装では、予め設定された形状のセラミック部材の特定の作製方法が限定されない。予め設定された形状のセラミック部材は、射出成型法、テープキャスティング法、3Dプリンティング法、高温圧縮法、およびスラリ浸漬/研磨法(slurry dipping and sanding method)のうちの1つまたは複数を使用することにより作製されてよい。ここでは、層ごとのスラリ浸漬法によって、穴の分布をよりよく制御することができ、セラミック部材の厚さ方向に沿った穴の分布勾配をよりよく調整することができる。本発明の幾つかの実装では、セラミックの表面に占める穴の割合が高く、セラミックの内部にある穴の割合が低く、その結果、射出成形がしやすくなる場合がある。本発明の幾つかの他の実装では代替的に、セラミックの内部にある穴の割合が高く、セラミックの表面に占める穴の割合が低く、その結果、アンダーカット構造が強くなる場合がある。具体的には、特定の製品要件に従って調整が実行されてよい。
本発明のこの実施形態では、予め設定された形状のセラミック部材の特定の作製過程が、セラミック粉末と、有機繊維と、結合剤とを混合してセラミック部材のグリーンボディを作製し、このセラミック部材のグリーンボディを焼結してセラミック部材を取得することであってよい。セラミック粉末の粒径は0.1μmから100μmの間である。セラミック粉末のタイプは、酸化物セラミック材料、窒化物セラミック材料、および炭化物セラミック材料のうちの1つまたは複数であってよい。具体的には、酸化物セラミック材料は、例えば、アルミナ、ジルコニア、酸化ケイ素、およびカオリン(本質的には、ケイ酸アルミニウム化合物)のうちの1つまたは複数であってよく、窒化物セラミック材料は、例えば、窒化ケイ素および窒化ホウ素のうちの1つまたは複数であってよく、炭化物セラミック材料は、例えば、炭化ケイ素であってよい。シリカゾル、ジルコニウムゾル、水ガラス、またはジルコニウムジアセテートなどが結合剤として選択および使用されてよい。グリーンボディの作製完了後、グリーンボディを30分間から24時間にわたって850℃から1550℃で焙焼し、次に、炉で冷却して、セラミック部材の作製を完了することができる。言うまでもなく、様々なタイプのセラミックがあり、異なるセラミックの焙焼要件には大きなばらつきがある。従って、上記の焙焼条件は一般的な焙焼パラメータに過ぎず、特殊セラミックの焙焼パラメータは上記の範囲に含まれない場合がある。
本発明のこの実施形態では、セラミック部材は厚さ0.25mmから0.7mmのセラミック平板であってよい。
本発明の特定の実施形態では、中央粒径2μmのアルミナ粉末がセラミック粉末として選択および使用され、30wt%のシリカゾルが結合剤として選択および使用され、直径10μmのナイロン繊維が有機繊維として選択および使用される。ここでは、ナイロン繊維のうちの少なくとも幾つかの長さが100μmより大きく、かつ、200μmより小さいかそれに等しく、添加されるナイロン繊維の量が1.2wt%である。セラミック部材は厚さ0.7mmの平板である。
本発明のある実装では、穴は有機繊維の強熱減量方式でセラミックの内部に形成され、取得される穴は、セラミックの表面に限定されることなくセラミックの内部まで延びることができ、必要に応じてセラミック基板全体に分布することができる。第2に、この方法では、様々なタイプの酸およびアルカリを使用する必要がなく、優れた環境保護効果が得られる。更に、有機繊維の強熱減量過程はセラミック焼結過程で同期的に実装され、これには優れた省エネ効果がある。
本発明のある実装では、長尺帯状穴103が開放穴であり、長尺帯状穴103の孔径が700nmから500μmの範囲であり、長尺帯状穴103のうちの少なくとも幾つかの長さが100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しい。特定の長さの長尺帯状穴103はセラミックの内部までよりよく延びることができる。
本発明のある実装では、ステップS102において、前記窒素化合物は、アンモニア、ヒドラジン化合物およびその誘導体、並びに水溶性アミンのうちの1つまたは複数を含む。窒素化合物を含む水溶液の濃度は1wt%から35wt%の範囲であってよく、具体的には、例えば、5wt%、10wt%、20wt%、30wt%、または35wt%であってよい。含浸継続時間は2分間から60分間であってよく、特定の継続時間がセラミック部材中の穴の形態に基づいて決定される。穴が深くなり孔径が小さくなるほど、必要な含浸継続時間が長くなる。例えば、含浸継続時間は20分間、30分間、40分間、50分間、または60分間であってよい。
本発明のある実施形態では、窒素化合物を含む水溶液が長尺帯状穴103へより円滑に入り、長尺帯状穴103の内壁と完全に接触し続けることができるように、真空条件および/または超音波振動の補助処理が含浸過程で使用される。超音波処理によって開放穴構造を有する長尺帯状穴103からのガスの放出を促進することもでき、それによって、窒素化合物を含む水溶液が穴に入りやすくなる。
本発明のある実装では、含浸後に取得されるセラミック部材に対して乾燥を実行する方式が空気乾燥または凍結乾燥であってよい。ここでは、空気乾燥の温度が10℃から80℃の範囲であり、風速が3m/sから8m/sの範囲であってよく、継続時間が10時間から24時間の範囲であってよい。適切な温度の制御によって窒素元素の損失を低減することができる。本発明の特定の実装では、横吹空気乾燥が使用されてよい。横吹の風速は5m/sであり、継続時間は24時間である。流体力学の原理によると、深い穴が乾燥している場合は、横吹によってより優れた効果が得られる。乾燥の実行後に窒素化合物の層が穴の内壁に付着する。射出成形過程では、窒素化合物が樹脂と発熱反応を起こして、樹脂液が穴に浸透するのを促進する。
本発明のある実装では、ステップS103において、乾燥させたセラミック部材は射出成形のために射出成形金型に入れられる。射出成形材料は熱可塑性樹脂である。このタイプの樹脂は、穴の内壁上の窒素化合物と、エステル/アミン間の発熱反応を起こすことができる。具体的には、熱可塑性樹脂は、ポリエステル樹脂およびポリアミド樹脂のうちの1つまたは複数であってよく、具体的には、ポリアミド樹脂は、脂肪族ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、または脂肪族ポリアミド樹脂と芳香族ポリアミド樹脂との混合物であってよい。樹脂原料のタイプに基づいて特定の射出成形パラメータが決定され得る。通常、射出口の温度は220℃から400℃の範囲であり、金型の温度は180℃から400℃の範囲である。更に、射出口の温度は295℃から320℃の範囲であり、金型の温度は230℃から260℃の範囲である。射出過程では、流動性に優れた高温溶融樹脂が高圧下でセラミック部材中の長尺帯状穴103に入り、穴の内壁上の窒素化合物と、エステル/アミン間の発熱反応を起こす。このように、樹脂液流の前端における温度が急激に低下することはなく、前端は長時間にわたり低粘度状態を保ち続けてセラミックの表面およびセラミックの内部におけるミクロンレベルおよび/またはサブミクロンレベルの穴に円滑に入り、界面上にミクロンレベルおよび/またはサブミクロンレベルの埋め込み構造を形成することができる。
樹脂の機械的特性を最適化するために、特定の量の補強成分が樹脂に添加されてもよい。補強成分は、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、およびタルクのうちの1つまたは複数を含んでよい。
本発明の特定の実装では、66wt%のポリブチレンテレフタレート(PBT)および34wt%のガラス繊維が樹脂部材材料として選択および使用される。射出成形過程では、射出口の温度が330℃であり、金型の温度が260℃である。
本発明のある実装では、射出成形過程の完了後、コンピュータ数値制御(CNC:Computer Numerical Control)などの機械加工法を使用して複合筐体の樹脂部分に対する微細構造加工を実行して、目標複合筐体を取得してよい。
言うまでもなく、本発明の実施形態におけるセラミックと樹脂との結合方式は別の既存の結合方式と更に組み合わせられてよく、例えば、リベット留めおよびマクロサイズの穴の接着剤引き込みと更に組み合わせられてよい。
本発明の実施形態で提供する作製方法は、物理的な埋め込みおよび化学反応の二重効果の下、セラミックと樹脂との間の堅い結合を実装する。一方では、セラミック部材の内部まで延びる長尺帯状穴103が有機繊維の強熱減量により作製され、樹脂が長尺帯状穴103に浸透して樹脂とセラミックとの結合を強める。他方では、穴が含浸により窒素化合物で強化され、射出成形過程において、窒素化合物と穴に浸透する樹脂とが発熱反応を起こして熱を提供することで、射出成形に使用される樹脂液流の前端を低粘度の流動状態に保ち続ける。このように、樹脂は長尺帯状穴103に円滑に浸透し、冷却に起因して樹脂液流の前端の粘度が増すことにより樹脂が穴に円滑に浸透できないといった問題がある程度解決される。また、本発明の実施形態では、穴は有機繊維の強熱減量により形成される。セラミック構造の完全性が著しく損なわれることはなく、強酸および強アルカリは必要ない。有機繊維の強熱減量は、環境に優しく省エネのセラミック焼結過程で完了する。
[他の考えられる項目]
(項目1)
セラミック部材と、射出成形により前記セラミック部材上に成形される樹脂部材とを備えるセラミック樹脂複合筐体であって、
前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の表面は、前記セラミック部材の前記表面から内部まで延びる複数の長尺帯状穴を含み、前記複数の長尺帯状穴は開放穴構造を有し、前記複数の長尺帯状穴の孔径は700nmから500μmの範囲であり、前記複数の長尺帯状穴のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しく、前記複数の長尺帯状穴は、前記樹脂部材を構成する樹脂材料で充填される、
セラミック樹脂複合筐体。
(項目2)
前記複数の長尺帯状穴は有機繊維の強熱減量により形成され、前記複数の長尺帯状穴は前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで曲がりくねって延びる、項目1に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目3)
前記複数の長尺帯状穴の全ての位置における孔径は同じまたは基本的に同じである、項目1または2に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目4)
前記複数の長尺帯状穴の前記孔径は、前記複数の長尺帯状穴が前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで延びるにつれて徐々に大きくなる、項目1または2に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目5)
前記複数の長尺帯状穴の前記孔径は、前記複数の長尺帯状穴が前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで延びるにつれて徐々に小さくなる、項目1または2に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目6)
前記セラミック部材に占める前記複数の長尺帯状穴の体積割合は1%から35%である、項目1から5のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目7)
前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面に占める前記複数の長尺帯状穴の面積割合は1%から60%の範囲である、項目1から6のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目8)
前記複数の長尺帯状穴のうちの幾つかまたは全ての前記孔径は15μmから500μmの範囲である、項目1から7のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目9)
前記複数の長尺帯状穴は、前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面に均等に分布している、項目1から8のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目10)
前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面は複数の非長尺帯状穴を更に含み、前記複数の非長尺帯状穴は、前記樹脂部材を構成する前記樹脂材料で充填される、項目1から9のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目11)
前記セラミック部材の材料は、酸化物セラミック材料、窒化物セラミック材料、および炭化物セラミック材料のうちの1つまたは複数を含む、項目1から10のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目12)
前記樹脂部材の材料は熱可塑性樹脂である、項目1から11のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目13)
前記樹脂部材は補強成分を更に有し、前記補強成分は、ガラス繊維、炭素繊維、ガラスフレーク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、およびタルクのうちの1つまたは複数を含む、項目1から12のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
(項目14)
セラミック樹脂複合筐体の作製方法であって、
有機繊維を細孔形成剤として使用することにより、予め設定された形状のセラミック部材を作製する段階であって、射出成形が予め実行される、前記セラミック部材の表面は、前記セラミック部材の前記表面から内部まで延びる複数の長尺帯状穴を含み、前記複数の長尺帯状穴は前記有機繊維の強熱減量により形成され、前記複数の長尺帯状穴は開放穴構造を有し、前記複数の長尺帯状穴の孔径は700nmから500μmの範囲であり、前記複数の長尺帯状穴のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しい、段階と、
窒素化合物を含む水溶液を使用することにより前記セラミック部材に対する含浸を実行して、前記窒素化合物を含む前記水溶液が前記複数の長尺帯状穴に入ることができるようにし、次に、乾燥を実行して前記複数の長尺帯状穴の内壁に前記窒素化合物の層を付着させる段階と、
前記乾燥させたセラミック部材に対する射出成形を実行し、樹脂液が前記複数の長尺帯状穴に入って前記窒素化合物と発熱反応を起こすことができるようにし、前記射出成形の完了後に樹脂部分に対する微細構造加工を実行して、セラミック樹脂複合筐体を取得する段階と
を備えるセラミック樹脂複合筐体の作製方法。
(項目15)
前記窒素化合物は、アンモニア、ヒドラジン化合物およびその誘導体、並びに水溶性アミンのうちの1つまたは複数を含む、項目14に記載の作製方法。
(項目16)
有機繊維を細孔形成剤として使用することにより、予め設定された形状のセラミック部材を作製する前記段階のための特定の方法は、射出成型法、テープキャスティング法、3Dプリンティング法、高温圧縮法、およびスラリ浸漬/研磨法のうちの1つまたは複数を含む、項目14または15に記載の作製方法。
(項目17)
有機繊維を細孔形成剤として使用することにより、予め設定された形状のセラミック部材を作製する前記段階は、セラミック粉末と、前記有機繊維と、結合剤とを混合してセラミック部材のグリーンボディを作製し、かつ、前記セラミック部材のグリーンボディを焼結して前記セラミック部材を取得する段階を有する、項目14から16のいずれか一項に記載の作製方法。
(項目18)
前記有機繊維は、強熱減量が実行され得る人工繊維および天然繊維のうちの少なくとも一方を含む、項目14から17のいずれか一項に記載の作製方法。
(項目19)
前記含浸過程は真空条件で実行される、項目14から18のいずれか一項に記載の作製方法。
(項目20)
超音波振動が前記含浸過程で実行される、項目14から19のいずれか一項に記載の作製方法。
(項目21)
前記乾燥の方式は空気乾燥または凍結乾燥であり、前記空気乾燥の温度は10℃から80℃の範囲である、項目14から20のいずれか一項に記載の作製方法。
(項目22)
項目1から13のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体を備える端末。
(項目23)
携帯電話であって、前記携帯電話は、ディスプレイと、前記携帯電話の外側に組み付けられる筐体と、前記筐体の内側に配置されるメインボードおよびバッテリとを備え、前記筐体の全体または一部が、項目1から13のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体である、携帯電話。
(項目24)
前記筐体は、前記携帯電話の表側に組み付けられる表カバーと、前記携帯電話の裏側に組み付けられる裏カバーと、前記表カバーと前記裏カバーとの間に配置される中枠とを有する、項目23に記載の携帯電話。
(項目25)
前記筐体は、前記携帯電話の裏側に組み付けられる裏カバーを有する、項目23に記載の携帯電話。
(項目26)
前記筐体は、前記携帯電話の裏側に組み付けられる裏カバーと、前記ディスプレイと前記裏カバーとの間に配置される中枠とを有する、項目23に記載の携帯電話。
(項目27)
前記裏カバーおよび前記中枠は一体構造または別構造である、項目24または26に記載の携帯電話。

Claims (15)

  1. セラミック部材と、射出成形により前記セラミック部材上に成形される樹脂部材とを備えるセラミック樹脂複合筐体であって、
    前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の表面は、前記セラミック部材の前記表面から内部まで延びる複数の長尺帯状穴を含み、前記複数の長尺帯状穴は開放穴構造を有し、前記複数の長尺帯状穴の孔径は700nmから500μmの範囲であり、前記複数の長尺帯状穴のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しく、前記複数の長尺帯状穴は、前記樹脂部材を構成する樹脂材料で充填され、前記複数の長尺帯状穴は前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで曲がりくねって延びる、
    セラミック樹脂複合筐体。
  2. 前記複数の長尺帯状穴は有機繊維の強熱減量により形成される、請求項1に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  3. 前記複数の長尺帯状穴の全ての位置における孔径は同じまたは基本的に同じである、請求項1または2に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  4. 前記複数の長尺帯状穴の前記孔径は、前記複数の長尺帯状穴が前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで延びるにつれて徐々に大きくなる、請求項1または2に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  5. 前記複数の長尺帯状穴の前記孔径は、前記複数の長尺帯状穴が前記セラミック部材の前記表面から前記セラミック部材の前記内部まで延びるにつれて徐々に小さくなる、請求項1または2に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  6. 前記セラミック部材に占める前記複数の長尺帯状穴の体積割合は1%から35%である、請求項1から5のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  7. 前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面に占める前記複数の長尺帯状穴の面積割合は1%から60%の範囲である、請求項1から6のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  8. 前記複数の長尺帯状穴のうちの幾つかまたは全ての前記孔径は15μmから500μmの範囲である、請求項1から7のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  9. 前記複数の長尺帯状穴は、前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面に均等に分布している、請求項1から8のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  10. 前記樹脂部材と結合される、前記セラミック部材の前記表面は複数の非長尺帯状穴を更に含み、前記複数の非長尺帯状穴は、前記樹脂部材を構成する前記樹脂材料で充填される、請求項1から9のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  11. 前記セラミック部材の材料は、酸化物セラミック材料、窒化物セラミック材料、および炭化物セラミック材料のうちの1つまたは複数を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体。
  12. セラミック樹脂複合筐体の作製方法であって、
    有機繊維を細孔形成剤として使用することにより、予め設定された形状のセラミック部材を作製する段階であって、射出成形が予め実行される、前記セラミック部材の表面は、前記セラミック部材の前記表面から内部まで延びる複数の長尺帯状穴を含み、前記複数の長尺帯状穴は前記有機繊維の強熱減量により形成され、前記複数の長尺帯状穴は開放穴構造を有し、前記複数の長尺帯状穴の孔径は700nmから500μmの範囲であり、前記複数の長尺帯状穴のうちの少なくとも幾つかの長さは100μmより大きく、かつ、1000μmより小さいかそれに等しい、段階と、
    窒素化合物を含む水溶液を使用することにより前記セラミック部材に対する含浸を実行して、前記窒素化合物を含む前記水溶液が前記複数の長尺帯状穴に入ることができるようにし、次に、乾燥を実行して前記複数の長尺帯状穴の内壁に前記窒素化合物の層を付着させる段階と、
    前記乾燥させたセラミック部材に対する射出成形を実行し、樹脂液が前記複数の長尺帯状穴に入って前記窒素化合物と発熱反応を起こすことができるようにし、前記射出成形の完了後に樹脂部分に対する微細構造加工を実行して、セラミック樹脂複合筐体を取得する段階と
    を備える作製方法。
  13. 前記窒素化合物は、アンモニア、ヒドラジン化合物およびその誘導体、並びに水溶性アミンのうちの1つまたは複数を含む、請求項12に記載の作製方法。
  14. 請求項1から11のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体を備える端末。
  15. 携帯電話であって、前記携帯電話は、ディスプレイと、前記携帯電話の外側に組み付けられる筐体と、前記筐体の内側に配置されるメインボードおよびバッテリとを備え、前記筐体の全体または一部が、請求項1から11のいずれか一項に記載のセラミック樹脂複合筐体である、携帯電話。
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