RU2801223C1 - Керамополимерный композитный корпус, способ его изготовления и терминал - Google Patents

Abstract

Группа изобретений может быть использована при изготовлении корпуса мобильного телефона, планшетного компьютера или ноутбука. Керамополимерный композитный корпус содержит керамический элемент и полимерный элемент, отформованный на керамическом элементе посредством литья под давлением. Поверхность, относящаяся к керамическому элементу и соединенная с полимерным элементом, содержит множество отверстий в форме полосок, проходящих от этой поверхности внутрь керамического элемента. Отверстия в форме полосок являются открытыми отверстиями, размеры пор которых составляют от 700 нм до 500 мкм, а длины по меньшей мере некоторых из отверстий составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм. Отверстия в форме полосок заполнены полимерным материалом. К внутренним стенкам отверстий прикреплен слой соединения азота, который вступает в экзотермическую реакцию с проникающей в отверстия в форме полосок жидкой смолой, обеспечивая тепло для поддержания непрерывного потока переднего конца жидкой смолы в текучем состоянии. Предложены также способ изготовления керамополимерного композитного корпуса, терминал и мобильный телефон. Группа изобретений позволяет увеличить прочность сцепления керамического и полимерного материалов в керамополимерном композите. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет заявки на патент Китая № 201911424962.9, поданной в Патентное ведомство Китая 30 декабря 2019 г. и озаглавленной «КЕРАМОПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ КОРПУС, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ТЕРМИНАЛ», которая полностью включена сюда по ссылке.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к области технологий изготовления корпусов терминалов и, в частности, к керамополимерному композитному корпусу, способу его изготовления и терминалу.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Керамический материал обладает хорошими механическими и электрическими свойствами и имеет теплую, напоминающую нефрит текстуру. При использовании в корпусе терминального устройства керамический материал может улучшить характеристики продукта и удобство пользователя. Однако обработка керамического материала и формование тонкой структуры затруднены, что приводит к низкому выходу продукции и высоким затратам. Полимер обладает преимуществами хороших общих механических свойств и легкого формования, что обеспечивает формирование тонкой структуры и значительную свободу проектирования. Кроме того, полимерный материал имеет малую плотность и имеет хорошую функцию снижения веса, когда полимерный материал используется для формования корпуса интеллектуального терминала. Чтобы всесторонне использовать преимущества этих двух материалов, керамический материал и полимерный материал используются для формирования композита в промышленности. Однако керамический и полимерный материалы сильно различаются по физическим и химическим свойствам. Следовательно, трудно достичь плотного соединения на микроуровне, а прочность сцепления на границе раздела между керамическим материалом и полимерным материалом невысока.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Ввиду этого варианты осуществления настоящего изобретения предлагают керамополимерный композитный корпус (корпус из керамополимерного композита), чтобы в некоторой степени решить существующую проблему низкой прочности сцепления между керамикой и смолой (полимером).

[0005] В частности, первый аспект вариантов осуществления настоящего изобретения предусматривает керамополимерный композитный корпус, включающий керамический элемент и полимерный элемент, который отформован на керамическом элементе посредством литья под давлением. Поверхность, относящаяся к керамическому элементу и соединенная с полимерным элементом, включает в себя множество отверстий в форме длинных полосок, проходящих от поверхности внутрь керамического элемента. Отверстия в форме длинных полосок имеют структуру открытых отверстий. Размеры пор отверстий в форме длинных полосок составляют от 700 нм до 500 мкм, а длины по меньшей мере некоторых из отверстий в форме длинных полосок составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм. Отверстия в форме длинных полосок заполнены полимерным материалом, составляющим полимерный элемент.

[0006] В варианте реализации настоящего изобретения отверстия в форме длинных полосок образованы за счет потерь при прокаливании органических волокон, и отверстия в форме длинных полосок проходят извилистым образом от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента.

[0007] В варианте реализации настоящего изобретения размеры пор во всех положениях отверстий в форме длинных полосок одинаковы или в основном одинаковы.

[0008] В варианте реализации настоящего изобретения размеры пор отверстий в форме длинных полосок постепенно увеличиваются по мере того, как отверстия в форме длинных полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента.

[0009] В варианте реализации настоящего изобретения размеры пор отверстий в форме длинных полосок постепенно уменьшаются по мере того, как отверстия в форме длинных полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента.

[0010] В варианте реализации настоящего изобретения объемная доля множества отверстий в форме длинных полосок в керамическом элементе составляет от 1% до 35%.

[0011] В варианте реализации настоящего изобретения доля площади множества отверстий в форме длинных полосок на поверхности, относящейся к керамическому элементу и соединенной с полимерным элементом, составляет от 1% до 60%.

[0012] В варианте реализации настоящего изобретения размеры пор некоторых или всех отверстий в форме длинных полосок составляют от 15 мкм до 500 мкм.

[0013] В варианте реализации настоящего изобретения множество отверстий в форме длинных полосок равномерно распределены по поверхности, относящейся к керамическому элементу и соединенной с полимерным элементом.

[0014] В варианте реализации настоящего изобретения поверхность, относящаяся к керамическому элементу и соединенная с полимерным элементом, дополнительно включает в себя множество отверстий не в форме длинных полосок, причем эти отверстия не в форме длинных полосок заполнены полимерным материалом, составляющим полимерный элемент.

[0015] В варианте реализации настоящего изобретения материал керамического элемента включает один или более из оксидного керамического материала, нитридного керамического материала и карбидного керамического материала.

[0016] В варианте реализации настоящего изобретения материалом полимерного элемента является термопластичная смола.

[0017] В варианте реализации настоящего изобретения полимерный элемент дополнительно включает армирующий компонент, причем этот армирующий компонент включает одно или более из стеклянных волокон, углеродных волокон, стеклянных чешуек, карбоната кальция, карбоната магния, диоксида кремния и талька.

[0018] В варианте реализации настоящего изобретения полимерный элемент может иметь единую структуру или может включать в себя множество отдельных структур, соединенных с поверхностью керамического элемента.

[0019] Керамополимерный композитный корпус, предусмотренный в первом аспекте вариантов осуществления настоящего изобретения, включает в себя керамический элемент и полимерный элемент, которые составлены в единую структуру, причем керамический элемент включает в себя отверстия микронного уровня и/или субмикронного уровня в форме длинных полосок, которые проходят от поверхности вовнутрь, и часть полимерного материала проникает в эти отверстия в форме длинных полосок, так что на границе раздела между керамическим элементом и полимерным элементом образуется плотная связь на микроуровне, и прочность сцепления высока. Полимерный материал, который проникает в керамический элемент, также делает керамический элемент более трещиностойким. Кроме того, отверстия в форме длинных полосок имеют малый размер пор. Следовательно, целостность керамики существенно не нарушается, а механические свойства керамической подложки меньше ослабляются.

[0020] В соответствии со вторым аспектом варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривают способ изготовления керамополимерного композитного корпуса, включающий:

приготовление керамического элемента с заданной формой с использованием органических волокон в качестве порообразователя, при этом поверхность, которая относится к керамическому элементу и на которой предварительно выполняется литье под давлением, включает множество отверстий в форме длинных полосок, которые проходят от поверхности внутрь керамического элемента, причем эти отверстия в форме длинных полосок образуются за счет потерь при прокаливании органических волокон, отверстия в форме длинных полосок имеют структуру открытых отверстий, размеры пор отверстий в форме длинных полосок составляют от 700 нм до 500 мкм, а длины по меньшей мере некоторых из отверстий в форме длинных полосок составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм;

выполнение пропитки керамического элемента с использованием водного раствора, содержащего соединение азота, позволяющей водному раствору, содержащему соединение азота, проникать в отверстия в форме длинных полосок, а затем выполнение сушки для прикрепления слоя соединения азота к внутренним стенкам отверстий в форме длинных полосок; и

выполнение литья под давлением на высушенном керамическом элементе, позволяющего жидкой смоле проникать в отверстия в форме длинных полосок для протекания экзотермической реакции с соединением азота, и выполнение обработки тонкой структуры полимерной части после завершения литья под давлением, с получением керамополимерного композитного корпуса.

[0021] В варианте реализации настоящего изобретения соединение азота включает одно или более из аммиака, соединения гидразина и его производного и водорастворимого амина.

[0022] В варианте реализации настоящего изобретения конкретный метод приготовления керамического элемента с заданной формой с использованием органических волокон в качестве порообразователя включает один или более из метода литья под давлением, метода ленточного литья, метода 3D-печати, метода горячего прессования и метода погружения в суспензию и шлифования.

[0023] В варианте реализации настоящего изобретения приготовление керамического элемента с заданной формой с использованием органических волокон в качестве порообразователя включает: смешивание керамического порошка, органических волокон и связующего вещества для приготовления сырого тела (сырца) керамического элемента и спекание сырого тела (сырца) керамического элемента с получением керамического элемента.

[0024] В варианте реализации настоящего изобретения органическое волокно включает по меньшей мере одно из искусственного волокна и натурального волокна, на котором можно получить потери при прокаливании.

[0025] В варианте реализации настоящего изобретения процесс пропитки выполняют в условиях вакуума.

[0026] В варианте реализации настоящего изобретения в процессе пропитки осуществляют ультразвуковую вибрацию.

[0027] В варианте реализации настоящего изобретения способ сушки представляет собой сушку на воздухе или сушку вымораживанием, а температура сушки на воздухе составляет в диапазоне от 10°С до 80°С.

[0028] Способ изготовления, представленный во втором аспекте вариантов осуществления настоящего изобретения, реализует плотное соединение между керамикой и смолой при двойном воздействии физического внедрения и химической реакции. С одной стороны, отверстия в форме длинных полосок, которые проходят внутрь керамического элемента, подготовлены за счет потери при прокаливании органических волокон, и в эти отверстия в форме длинных полосок просачивается смола для улучшения сцепления смолы и керамика. С другой стороны, посредством пропитки соединение азота прикрепляется к внутренним стенкам отверстий в форме длинных полосок; и в процессе литья под давлением соединение азота вступает в экзотермическую реакцию с проникающей в отверстия смолой, обеспечивая тепло для поддержания непрерывного потока переднего конца жидкой смолы в текучем состоянии с низкой вязкостью. Таким образом, смола плавно проникает в отверстия в форме длинных полосок, что позволяет избежать следующей проблемы: смола не может плавно проникнуть в отверстия из-за увеличения вязкости переднего конца потока жидкой смолы из-за охлаждения. Кроме того, в вариантах осуществления настоящего изобретения отверстия образованы за счет потери при прокаливании органических волокон. Целостность керамической структуры существенно не нарушается, не требуются сильная кислота и сильная щелочь. Потери при прокаливании волокон восполняются в процессе спекания керамики, который является экологически безопасным и энергосберегающим.

[0029] Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривают терминал, включающий в себя керамополимерный композитный корпус в соответствии с первым аспектом вариантов осуществления настоящего изобретения. Керамополимерный композитный корпус может служить корпусной конструкцией, такой как передняя крышка, средняя рамка или задняя крышка терминала. Корпус терминала, предусмотренный в вариантах осуществления настоящего изобретения, имеет как керамические текстуру и внешний вид, так и внутреннюю тонкую структуру, образованную смолой, что повышает конкурентоспособность на рынке.

[0030] Варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривают мобильный телефон, включающий в себя дисплей, корпус, установленный на внешней стороне мобильного телефона, а также материнскую плату и аккумулятор, которые расположены внутри корпуса. Корпус целиком или его часть представляет собой керамополимерный композитный корпус согласно любому варианту реализации первого аспекта вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0031] В варианте реализации настоящего изобретения корпус включает в себя заднюю крышку, установленную на задней стороне мобильного телефона. В качестве альтернативы, корпус включает в себя переднюю крышку, установленную на передней стороне мобильного телефона. В качестве альтернативы, корпус включает в себя среднюю рамку, установленную в мобильном телефоне. В качестве альтернативы, корпус включает в себя одну или более из задней крышки, передней крышки и средней рамки.

[0032] Средняя рамка расположена между передней и задней крышками мобильного телефона. Как вариант, средняя рамка расположена между дисплеем и задней крышкой мобильного телефона.

[0033] В варианте реализации настоящего изобретения задняя крышка и средняя рамка представляют собой единую конструкцию или отдельные конструкции.

[0034] В варианте реализации настоящего изобретения задняя крышка представляет собой керамополимерный композитный корпус, где керамический элемент образует придающее основной внешний вид тело задней крышки мобильного телефона и имеет внешний вид и текстуру керамики, а полимерный элемент образует функциональные конструкции каркаса задней крышки и внутренней стороны задней крышки. Поэтому задняя крышка имеет как текстуру и внешний вид керамики, так и внутреннюю тонкую функциональную структуру.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0035] ФИГ. 1 представляет собой схематическое конструктивное изображение мобильного телефона 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0036] ФИГ. 2 представляет собой схематическое конструктивное изображение корпуса 11 мобильного телефона согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0037] ФИГ. 3 представляет собой схематическое структурное изображение керамополимерного композитного корпуса согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0038] ФИГ. 4А и ФИГ. 4В представляют собой частичные схематические конструктивные изображения соответственно передней поверхности и задней поверхности задней крышки мобильного телефона согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0039] ФИГ. 5 представляет собой схематическое структурное изображение керамического элемента, приготовленного на этапе S101 способа изготовления согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

[0040] ФИГ. 6 представляет собой схематическое изображение композиции керамики и полимера в процессе литья под давлением на этапе S102 способа изготовления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание вариантов осуществления

[0041] Ниже описываются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи в вариантах осуществления настоящего изобретения.

[0042] Варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают керамополимерный композитный корпус, который может быть применен в корпусе терминала, так что корпус терминала имеет как внешний вид и текстуру керамики, так и внутреннюю тонкую структуру, образованную смолой, тем самым повышая рыночную конкурентоспособность продукта-терминала. Терминалом может быть мобильный телефон, или же может быть электронный продукт (электронное изделие), такой(е) как планшетный компьютер, ноутбук, портативный компьютер или интеллектуальный носимый продукт. Часть корпуса терминала или весь корпус терминала может представлять собой керамополимерный композитный корпус, предусмотренный в вариантах осуществления настоящего изобретения. Корпус терминала представляет собой внешний конструктивный элемент, который предназначен для защиты внутренних компонентов терминала и может быть непосредственно виден пользователю и к которому пользователь может непосредственно прикасаться.

[0043] В качестве примера используется мобильный телефон. ФИГ. 1 представляет собой схематическое конструктивное изображение мобильного телефона 100 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Мобильный телефон 100 включает в себя корпус 11, установленный на внешней стороне мобильного телефона, и компоненты, такие как материнская плата и аккумулятор, которые расположены внутри корпуса 11. Как показано на ФИГ. 2, корпус 11 может, в частности, включать в себя переднюю крышку 12, установленную на передней стороне (то есть на стороне дисплея) мобильного телефона, или может включать заднюю крышку 13, установленную на задней стороне мобильного телефона. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения корпус 11 может дополнительно включать в себя среднюю рамку 14, расположенную между передней крышкой 12 и задней крышкой 13, и эта средняя рамка 14 выполнена с возможностью нести такие компоненты, как материнская плата и аккумулятор. В варианте осуществления настоящего изобретения передняя крышка 12, задняя крышка 13 и/или средняя рамка 14 в целом представляет(ют) собой керамополимерный композитный корпус, предусмотренный в вариантах осуществления настоящего изобретения, или же часть передней крышки 12, задней крышки 13 и/или средней рамки 14 представляет собой керамополимерный композитный корпус. Например, часть задней крышки 13 или часть передней крышки 12 или средней рамки 14 представляет собой керамополимерный композитный корпус. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения задняя крышка 13 и средняя рамка 14 могут представлять собой единую конструкцию. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения задняя крышка 13 и средняя рамка 14 могут альтернативно быть отдельными конструкциями. Мобильный телефон дополнительно включает в себя дисплей. В мобильном телефоне с безрамочным экраном корпус обычно не имеет передней крышки, а средняя рамка расположена между дисплеем и задней крышкой. Как вариант, в некоторых мобильных телефонах с безрамочным экраном корпус может не иметь открытой средней рамки.

[0044] Как показано на ФИГ. 3, керамополимерный композитный корпус 10, предусмотренный в вариантах осуществления настоящего изобретения, включает в себя керамический элемент 101 и полимерный элемент 102, который отформован на керамическом элементе 101 посредством литья под давлением. Поверхность, относящаяся к керамическому элементу 101 и соединенная с полимерным элементом 102, включает в себя множество отверстий 103 в форме длинных полосок, проходящих от поверхности керамического элемента 101 внутрь керамического элемента. Отверстия 103 в форме длинных полосок имеют структуру открытых отверстий. Размеры пор отверстий 103 в форме длинных полосок составляют в диапазоне от 700 нм до 500 мкм. Длины по меньшей мере некоторых из отверстий 103 в форме длинных полосок составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм. Отверстия 103 в форме длинных полосок заполнены полимерным материалом, составляющим полимерный элемент 102.

[0045] В керамополимерном композитном корпусе, предусмотренном в вариантах осуществления настоящего изобретения, комбинированное формование керамики и смолы (полимера) может быть выполнено с использованием проверенного процесса литья под давлением, и композитный корпус имеет внешний вид и текстуру керамического материала, а также имеет тонкую структуру, образованную полимерным материалом. Керамический элемент включает в себя отверстия микронного и/или субмикронного уровня в форме длинных полосок, которые проходят от поверхности вовнутрь, а полимерный материал проникает в эти отверстия в форме длинных полосок, так что на границе раздела между керамическим элементом и полимерным элементом образуется плотная связь на микроуровне, и прочность сцепления является высокой. Кроме того, полимерный материал, который проникает в керамический элемент, также оказывает аналогичное волокнам упрочняющее действие на керамический элемент, а энергия поверхности раздела, необходимая для растрескивания керамического элемента, улучшается за счет эффекта вытягивания. Следовательно, по сравнению с чисто керамической подложкой, керамополимерный композитный корпус в вариантах осуществления настоящего изобретения имеет лучшую вязкость разрушения и меньшую вероятность повреждения в случае ударной нагрузки, такой как падение. Отверстия в форме длинных полосок в вариантах осуществления настоящего изобретения существенно не нарушают целостность керамики, и механические свойства керамической подложки менее ослаблены. Кроме того, по сравнению с чисто керамической подложкой керамополимерный композитный корпус в вариантах осуществления настоящего изобретения имеет более низкую плотность, что способствует снижению веса терминального устройства.

[0046] В варианте осуществления настоящего изобретения отверстия 103 в форме длинных полосок образованы за счет потерь при прокаливании органических волокон. Волокнообразные отверстия в форме длинных полосок, которые проходят от поверхности керамики внутрь керамики, формируются в керамическом элементе с использованием метода потери волокна при прокаливании. С макроскопической точки зрения отверстие в форме длинной полоски может образовывать структуру поднутрения, и его эффект втягивания клея лучше, чем у зернистого отверстия. Следовательно, прочность сцепления между керамикой и смолой может быть улучшена. С микроскопической точки зрения отверстия в форме длинных полосок могут активироваться и соединяться с внутренними закрытыми отверстиями керамического элемента, причем после литья под давлением отверстия заполнены полимерным материалом (как показано на ФИГ. 3), и имеется эффект вытягивания в процессе повреждения, что дополнительно повышает прочность сцепления.

[0047] В варианте реализации настоящего изобретения отверстия 103 в форме длинных полосок проходят извилистым образом от поверхности керамического элемента 101 внутрь керамического элемента 102. Полимерный материал проникает в проходящие извилистым образом отверстия в форме длинных полосок, что более полезно для улучшения прочности сцепления между керамикой и смолой на границе раздела за счет эффекта вытягивания.

[0048] В варианте реализации настоящего изобретения отверстие 103 в форме длинной полоски имеет структуру открытого отверстия, причем открытый конец отверстия 103 в форме длинной полоски расположен на поверхности, которая относится к керамическому элементу 101 и которая соединена с полимерным элементом 102, а закрытый конец отверстия 103 в форме длинной полоски расположен внутри керамического элемента 101. Полимерный материал может входить в отверстие в форме длинной полоски с открытого конца. В варианте осуществления настоящего изобретения отверстия в форме длинных полосок образованы за счет потери при прокаливании волокон. Следовательно, размер пор отверстия в форме длинной полоски определяется толщиной волокна, и размер пор легко контролировать. В варианте реализации настоящего изобретения размеры пор множества отверстий 103 в форме длинных полосок могут быть одинаковыми или могут быть разными.

[0049] В варианте реализации настоящего изобретения размеры пор во всех положениях отверстий 103 в форме длинных полосок могут быть одинаковыми или в основном одинаковыми; или размеры пор отверстий в форме длинных полосок постепенно увеличиваются по мере того, как отверстия в форме длинных полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента; или размеры пор отверстий в форме длинных полосок постепенно уменьшаются по мере того, как отверстия в форме длинных полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента. Размеры пор во всех позициях одинаковы или в основном одинаковы, что облегчает приготовление. Размеры пор постепенно увеличиваются по мере того, как отверстия в форме длинных полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента, что помогает формировать более качественные структуры поднутрений и улучшать прочность сцепления. Размеры пор постепенно уменьшаются по мере того, как отверстия в форме длинных полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента, что способствует просачиванию полимерного материала, так что полимер плавно заполняет отверстия. В одном варианте осуществления настоящего изобретения могут существовать одновременно три вышеупомянутых вида отверстий в форме длинных полосок или могут существовать только один или два из трех вышеупомянутых видов. Конечно, в некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения может также быть так, что размеры пор отверстий в форме длинных полосок изменяются неравномерно по мере того, как отверстия в форме длинных полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента.

[0050] В варианте реализации настоящего изобретения, чтобы позволить полимерному материалу лучше проникать в отверстия в форме длинных полосок, размеры пор некоторых или всех отверстий 103 в форме длинных полосок составляют в диапазоне от 15 мкм до 500 мкм.

[0051] В варианте реализации настоящего изобретения для обеспечения более высокой прочности керамики объемная доля множества отверстий в форме длинных полосок в керамическом элементе составляет от 1% до 35%. Кроме того, объемная доля множества отверстий в форме длинных полосок в керамическом элементе может регулироваться на уровне между 10% и 25%. Соответствующая объемная доля отверстий в форме длинных полосок может обеспечить высокую прочность сцепления между керамикой и смолой и обеспечить высокую прочность тела керамического элемента.

[0052] В варианте реализации настоящего изобретения для обеспечения плотной связи между керамикой и смолой доля площади множества отверстий в форме длинных полосок на поверхности, которая относится к керамическому элементу и которая соединена с полимерным элементом, составляет в диапазоне от 1% до 60%. Кроме того, доля площади множества отверстий в форме длинных полосок может составлять от 10% до 30%. Соответствующая доля площади отверстий в форме длинных полосок может обеспечить высокую прочность сцепления между керамикой и смолой.

[0053] В варианте реализации настоящего изобретения для формирования лучшей связи между керамикой и смолой множество отверстий в форме длинных полосок равномерно распределены по поверхности, которая относится к керамическому элементу и которая соединена с полимерным элементом.

[0054] В варианте реализации настоящего изобретения, поскольку отверстия в форме длинных полосок образованы за счет потерь при прокаливании волокон, внутри керамического элемента может также существовать небольшое количество отверстий в форме длинных полосок, имеющих структуру закрытых отверстий, из-за проблемы распределения волокон. То есть, когда некоторые волокна распределяются только внутри керамики, а не выходят на поверхность керамики, после потери волокон при прокаливании внутри керамики образуются отверстия в форме длинных полосок, имеющие структуру замкнутых отверстий. Закрытое отверстие относится к полости и поровому каналу в пористом твердом теле, которые не связаны с внешней средой, а открытое отверстие относится к полости и поровому каналу в пористом твердом теле, которые связаны с внешней средой.

[0055] В варианте реализации настоящего изобретения поверхность и внутренность керамического элемента могут дополнительно включать множество отверстий 104 не в форме длинных полосок. Эти отверстия не в форме длинных полосок образуются не из-за потери волокон при прокаливании, а неизбежно создаются из-за сырья или по другой причине в процессе обжига керамики. Формы отверстий не в форме длинных полосок не ограничены и могут быть правильными или неправильными. Например, отверстия не в форме длинных полосок могут быть сферическими или квазисферическими отверстиями, а размеры пор отверстий не в форме длинных полосок в основном находятся на микронном или субмикронном уровне. Некоторые из этих отверстий 104 не в форме длинных полосок распределены по поверхности керамического элемента и имеют структуру открытого отверстия, а некоторые из этих отверстий 104 не в форме длинных полосок распределены внутри керамического элемента и имеют структуру закрытого отверстия. Как показано на ФИГ. 3, отверстия 103 в форме длинных полосок, имеющие структуру открытых отверстий, могут активироваться и соединяться с некоторыми из закрытых отверстий 104 не в форме длинных полосок внутри керамического элемента, так что закрытые отверстия не в форме длинных полосок также заполняются полимерным материалом после литья под давлением, что дополнительно повышает прочность сцепления.

[0056] В варианте реализации настоящего изобретения для обеспечения прочности керамики общая объемная доля различных отверстий внутри керамического элемента контролируется не превышающей 40%. Кроме того, общая объемная доля различных отверстий внутри керамического элемента контролируется не превышающей 30%. Более того, общая объемная доля различных отверстий внутри керамического элемента может не превышать 25%.

[0057] В варианте реализации настоящего изобретения материал керамического элемента включает один или более из оксидного керамического материала, нитридного керамического материала и карбидного керамического материала. В частности, оксидный керамический материал может быть, например, одним или более из оксида алюминия, диоксида циркония, оксида кремния и каолина; нитридная керамика может быть, например, одним или более из нитрида кремния и нитрида бора; а карбидный керамический материал может представлять собой, например, карбид кремния. В варианте реализации настоящего изобретения керамический элемент может представлять собой плоскую керамическую пластину толщиной от 0,25 мм до 0,7 мм.

[0058] В варианте реализации настоящего изобретения материалом полимерного элемента является термопластичная смола. Полимерный материал может быть соединен с керамическим элементом с помощью проверенного процесса литья под давлением, который облегчает формование сложной и тонкой структуры, имеет сравнительно высокую степень свободы в конструктивном дизайне, отличается удобством обработки и низкими затратами. В частности, термопластичная смола может представлять собой одну или более из полиэфирной смолы и полиамидной смолы, и, в частности, полиамидная смола может представлять собой алифатическую полиамидную смолу, ароматическую полиамидную смолу или смесь алифатической полиамидной смолы и ароматической полиамидной смолы.

[0059] В варианте реализации настоящего изобретения для оптимизации механических свойств полимерного элемента полимерный элемент может дополнительно включать армирующий компонент, причем этот армирующий компонент может включать одно или более из стеклянных волокон, углеродных волокон, стеклянных чешуек, карбоната кальция, карбоната магния, диоксида кремния и талька.

[0060] В варианте реализации настоящего изобретения конкретные формы и структуры керамического элемента и полимерного элемента не ограничены, и керамический элемент и полимерный элемент могут формоваться в соответствии с фактическими требованиями к изделию. Полимерный элемент может иметь единую структуру или может включать в себя множество отдельных структур, соединенных с поверхностью керамического элемента.

[0061] ФИГ. 4А и ФИГ. 4В представляют собой схематические конструктивные изображения задней крышки 15 мобильного телефона согласно конкретному варианту осуществления настоящего изобретения. Задняя крышка имеет как керамический элемент 151 из «теплой» и нефритоподобной керамики, так и полимерный элемент 152, который имеет тонкую структуру. В этом варианте осуществления керамический элемент 151 образует придающее основной внешний вид тело задней крышки мобильного телефона и имеет внешний вид и текстуру керамики; а полимерный элемент 152 образует функциональные структуры каркаса задней крышки и внутренней стороны задней крышки, что облегчает тонкую обработку. При повседневном использовании керамический элемент менее подвержен прямому удару, что снижает вероятность его повреждения. Кроме того, на поверхности между керамическим элементом 151 и полимерным элементом 152 реализовано соединение на микронном и/или субмикронном уровне, и прочность сцепления является высокой. Кроме того, смола, которая проникает в керамический элемент 151, также может оказывать присущий волокнам эффект повышения вязкости разрушения, что дополнительно оптимизирует стойкость композитного корпуса к ударам и повреждениям.

[0062] Керамополимерный композитный корпус, предусмотренный в вариантах осуществления настоящего изобретения, включает в себя керамический элемент и полимерный элемент, которые составлены в единую структуру, причем керамический элемент включает отверстия микронного и/или субмикронного уровня в форме длинных полосок, которые простираются от поверхности вовнутрь, а полимерный материал частично проникает в отверстия в форме длинных полосок, так что на границе раздела между керамическим элементом и полимерным элементом образуется плотная связь на микроуровне, и прочность сцепления высокая. Полимерный материал, который проникает в керамический элемент, также делает керамический элемент более трещиностойким. Кроме того, отверстия в форме длинных полосок имеют малый размер пор. Поэтому керамики существенно не нарушается, а механические свойства керамической подложки менее ослаблены.

[0063] Соответственно, вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривает способ изготовления керамополимерного композитного корпуса, включающий следующие этапы.

[0064] S101: Приготавливают керамический элемент заданной формы, используя органические волокна в качестве порообразователя, при этом поверхность, которая относится к керамическому элементу и на которой предварительно выполнено литье под давлением, включает множество отверстий в форме длинных полосок, которые проходят от поверхности внутрь керамического элемента, причем отверстия в форме длинных полосок образованы за счет потерь при прокаливании органических волокон, отверстия в форме длинных полосок имеют структуру открытых отверстий, размеры пор отверстий в форме длинных полосок составляют в диапазоне от 700 нм до 500 мкм, а длины по меньшей мере некоторых отверстий в форме длинных полосок составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм. ФИГ. 5 представляет собой схематическое структурное изображение керамического элемента, включающего отверстия в форме длинных полосок, где 103 обозначает отверстие в форме длинной полоски, имеющее структуру открытого отверстия.

[0065] S102: Выполняют пропитку керамического элемента, используя водный раствор, содержащий соединение азота, чтобы позволить водному раствору, содержащему соединение азота, войти в отверстия в форме длинных полосок, а затем выполняют сушку, чтобы прикрепить слой соединения азота к внутренним стенкам отверстий в форме длинных полосок.

[0066] S103: Выполняют литье под давлением на высушенном керамическом элементе, позволяя жидкой смоле (жидкому полимеру) войти в отверстия в форме длинных полосок для протекания экзотермической реакции с соединением азота, и выполняют обработку тонкой структуры на полимерной части после завершения литья под давлением, получая керамополимерный композитный корпус. ФИГ. 6 представляет собой схематическое изображение композиции керамики и смолы в процессе литья под давлением, где 105 обозначает литник, по которому протекает жидкая смола в процессе литья под давлением.

[0067] В варианте реализации настоящего изобретения на этапе S101 в качестве органического волокна можно подобрать и использовать искусственное волокно и/или натуральное волокно, для которых можно получить потери при прокаливании. В частности, например, органическое волокно может быть одним или более из нейлонового волокна, взрывобезопасного волокна и натурального древесного волокна, но не ограничено ими. Диаметры органических волокон составляют в диапазоне от 700 нм до 500 мкм, а длины по меньшей мере некоторых из органических волокон составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм. Диаметры и длины органических волокон непосредственно определяют размеры пор и длины отверстий в форме длинных полосок, которые образуются в конечном итоге. Количество добавляемых органических волокон регулируется в пределах между 0,1 мас.% и 5 мас.%. Добавление соответствующего количества органических волокон позволяет не только сформировать достаточное количество отверстий, но и избежать чрезмерного ослабления керамической подложки. Керамический элемент приготавливается с использованием органических волокон в качестве порообразователя, и размеры отверстий в керамическом элементе легко контролировать. Керамический элемент не содержит макроскопических отверстий, а вместо этого включает большое количество отверстий микронного и/или субмикронного уровня в форме длинных полосок, ведущих внутрь керамической подложки.

[0068] В варианте реализации настоящего изобретения конкретный способ приготовления керамического элемента с заданной формой не ограничен. Керамический элемент с заданной формой может быть приготовлен с использованием одного или более из метода литья под давлением, метода ленточного литья, метода 3D-печати, метода горячего прессования и метода погружения в суспензию и шлифования, где послойный метод погружения в суспензию может лучше контролировать распределение отверстий и регулировать градиент распределения отверстий в направлении по толщине керамического элемента. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения может быть так, что доля отверстий на поверхности керамики высока, а доля отверстий внутри керамики мала, так что литье под давлением упрощается. В некоторых других вариантах реализации настоящего изобретения в качестве альтернативы может быть, что доля отверстий внутри керамики высока, а доля отверстий на поверхности керамики мала, так что структура с поднутрениями становится прочнее. В частности, регулирование может осуществляться в соответствии с конкретными требованиями к продукту.

[0069] В этом варианте осуществления настоящего изобретения конкретный процесс приготовления керамического элемента с заданной формой может быть следующим: смешивание керамического порошка, органических волокон и связующего вещества для приготовления сырого тела керамического элемента и спекание этого сырого тела керамического элемента с получением керамического элемента. Размер частиц керамического порошка составляет между 0,1 мкм и 100 мкм. Тип керамического порошка может быть одним или более из оксидного керамического материала, нитридного керамического материала и карбидного керамического материала. В частности, оксидный керамический материал может быть, например, одним или более из оксида алюминия, оксида циркония, оксида кремния и каолина (по сути, оксидное соединение алюминия и кремния); нитридная керамика может быть, например, одним или более из нитрида кремния и нитрида бора; а карбидный керамический материал может представлять собой, например, карбид кремния. Золь кремниевой кислоты, золь циркония, жидкое стекло, диацетат циркония или т.п. могут быть выбраны и использованы в качестве связующего вещества. После того, как приготовление сырого тела завершено, сырое тело можно обжечь при температуре от 850°C до 1550°C в течение от 30 минут до 24 часов, а затем охладить в печи для завершения приготовления керамического элемента. Конечно, существуют различные типы керамики, и требования к обжигу различных видов керамики сильно различаются. Таким образом, вышеприведенные условия обжига являются только общепринятыми параметрами обжига, и параметр обжига специальной керамики может не попадать в вышеуказанный диапазон.

[0070] В этом варианте осуществления настоящего изобретения керамический элемент может представлять собой плоскую керамическую пластину с толщиной от 0,25 мм до 0,7 мм.

[0071] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения в качестве керамического порошка выбран и использован порошок оксида алюминия с медианным диаметром частиц 2 мкм; в качестве связующего вещества выбран и использован 30 мас.% золь кремниевой кислоты; и в качестве органических волокон выбраны и использованы нейлоновые волокна диаметром 10 мкм, причем длины по крайней мере некоторых нейлоновых волокон больше 100 мкм и меньше или равны 200 мкм, а количество добавляемых нейлоновых волокон составляет 1,2 мас.%. Керамический элемент представляет собой плоскую пластину толщиной 0,7 мм.

[0072] В варианте реализации настоящего изобретения отверстия формируются внутри керамики способом потери волокон при прокаливании; и полученные отверстия могут заходить в керамику, не ограничиваясь поверхностью керамики, и при необходимости могут быть распределены по всей керамической подложке. Во-вторых, метод не требует применения различных видов кислот и щелочей и обеспечивает хороший эффект экологической защиты. Кроме того, процесс потери волокон при прокаливании реализуется одновременно с процессом обжига керамики, что дает хороший эффект энергосбережения.

[0073] В варианте реализации настоящего изобретения отверстия в форме длинных полосок являются открытыми отверстиями, размеры пор отверстий в форме длинных полосок составляют в диапазоне от 700 нм до 500 мкм, а длины по меньшей мере некоторых отверстий в форме длинных полосок составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм. Отверстия в форме длинных полосок определенной длины могут лучше заходить в керамику.

[0074] В варианте реализации настоящего изобретения на стадии S102 соединение азота включает одно или более из аммиака, соединения гидразина и его производного и водорастворимого амина. Концентрация водного раствора, который включает соединение азота, может находиться в диапазоне от 1 мас.% до 35 мас.% и, в частности, может составлять, например, 5 мас.%, 10 мас.%, 20 мас.%, 30 мас.% или 35 мас.%. Продолжительность пропитки может составлять от 2 минут до 60 минут, а конкретная продолжительность определяется на основе морфологии отверстий в керамическом элементе. Более глубокие отверстия и меньшие размеры пор требуют большей продолжительности пропитки. Например, продолжительность пропитки может составлять 20 минут, 30 минут, 40 минут, 5 минут или 60 минут.

[0075] В варианте осуществления настоящего изобретения, чтобы позволить водному раствору, содержащему соединение азота, более плавно входить в отверстия в форме длинных полосок и сохранять полный контакт с внутренними стенками отверстий в форме длинных полосок, в процессе пропитки используют условия вакуума и/или ультразвуковую вибрационную вспомогательную обработку. Ультразвуковая обработка может также способствовать выделению газа из отверстий в форме длинных полосок, которые имеют структуру открытого отверстия, тем самым облегчая поступление водного раствора, содержащего соединение азота, в отверстия.

[0076] В варианте реализации настоящего изобретения способом выполнения сушки полученного после пропитки керамического элемента может быть сушка на воздухе или сушка вымораживанием, причем температура сушки на воздухе находится в диапазоне от 10℃ до 80℃, скорость ветра может составлять от 3 м/с до 8 м/с, а продолжительность может составлять от 10 часов до 24 часов. Контроль соответствующей температуры может уменьшить потерю элемента азота. В конкретном варианте реализации настоящего изобретения может использоваться сушка с боковым обдувом воздухом. Скорость ветра бокового обдува составляет 5 м/с, а продолжительность – 24 часа. По принципу гидромеханики боковой обдув дает лучший эффект при просушке глубоких отверстий. После выполнения сушки к внутренним стенкам отверстий прикрепляется слой соединения азота. В процессе литья под давлением соединение азота вступает в экзотермическую реакцию со смолой, что способствует проникновению жидкой смолы в отверстия.

[0077] В варианте реализации настоящего изобретения на этапе S103 высушенный керамический элемент помещают в пресс-форму для литья под давлением. Материал для литья под давлением представляет собой термопластичную смолу. Этот тип смолы может претерпевать экзотермическую реакцию между сложными эфирами и аминами с соединением азота на внутренних стенках отверстий. В частности, термопластичная смола может представлять собой одну или более из полиэфирных смол и полиамидных смол, и, в частности, полиамидная смола может представлять собой алифатическую полиамидную смолу, ароматическую полиамидную смолу или смесь алифатической полиамидной смолы и ароматической полиамидной смолы. Конкретные параметры литья под давлением могут быть определены на основе типа исходного полимерного материала. Обычно температура порта впрыска составляет от 220°C до 400°C, а температура пресс-формы составляет от 180°C до 400°C. Кроме того, температура порта впрыска составляет от 295℃ до 320℃, а температура пресс-формы составляет от 230℃ до 260℃. В процессе впрыска высокотемпературный расплав смолы с хорошей текучестью поступает в отверстия в форме длинных полосок в керамическом элементе под высоким давлением и претерпевает экзотермическую реакцию между сложными эфирами и аминами с соединением азота на внутренних стенках отверстий. Таким образом, температура на переднем конце потока жидкой смолы резко не падает, и передний конец может непрерывно оставаться в состоянии с более низкой вязкостью в течение длительного времени, чтобы плавно входить в отверстия микронного уровня и субмикронного уровня на поверхности керамики и внутри керамики, а также формируются структуры внедрения микронного и субмикронного уровней на поверхности раздела.

[0078] Для оптимизации механических свойств смолы в нее также может быть добавлено определенное количество армирующего компонента. Армирующий компонент может включать одно или более из стеклянных волокон, углеродных волокон, стеклянных чешуек, карбоната кальция, карбоната магния, диоксида кремния и талька.

[0079] В конкретном варианте реализации настоящего изобретения в качестве материала полимерного элемента выбирают и используют 66 мас.% полибутилентерефталата (ПБТ) и 34 мас.% стеклянных волокон. В процессе литья под давлением температура порта впрыска составляет 330℃, а температура пресс-формы составляет 260℃.

[0080] В варианте реализации настоящего изобретения после завершения процесса литья под давлением можно использовать метод механической обработки, такой как метод с ЧПУ (числовым программным управлением, Computerised Numerical Control), для выполнения обработки тонкой структуры на полимерной части композитного корпуса для получения целевого композитного корпуса.

[0081] Конечно, способ соединения керамики и полимера в вариантах осуществления настоящего изобретения может быть дополнительно скомбинирован с другим существующим способом соединения, например, дополнительно скомбинирован с клепкой и втягиванием клея в отверстия макроразмера.

[0082] Способ изготовления, предусмотренный в вариантах осуществления настоящего изобретения, реализует плотное соединение между керамикой и смолой при двойном воздействии физического внедрения и химической реакции. С одной стороны, отверстия в форме длинных полосок, которые проходят внутрь керамического элемента, приготовлены за счет потери при прокаливании органических волокон, а смола проникает в отверстия в форме длинных полосок для улучшения сцепления смолы и керамика. С другой стороны, отверстия обогащаются соединением азота посредством пропитки, и в процессе литья под давлением соединение азота вступает в экзотермическую реакцию с проникающей в отверстия смолой, обеспечивая тепло, чтобы поддерживать передний конец потока используемой для литья под давлением жидкой смолы непрерывно в текучем состоянии с низкой вязкостью. Таким образом, смола плавно проникает в отверстия в форме длинных полосок, и в некоторой степени решается следующая проблема: смола не может плавно проникнуть в отверстия вследствие увеличения вязкости переднего конца потока жидкой смолы из-за охлаждения. Кроме того, в вариантах осуществления настоящего изобретения отверстия образованы за счет потери при прокаливании органических волокон. Целостность керамической структуры существенно не нарушается, не требуются сильная кислота и сильная щелочь. Потери при прокаливании волокон восполняются в процессе спекания керамики, который является экологически безопасным и энергосберегающим.

Claims (18)

1. Керамополимерный композитный корпус, содержащий керамический элемент и полимерный элемент, отформованный на керамическом элементе посредством литья под давлением, при этом поверхность, относящаяся к керамическому элементу и соединенная с полимерным элементом, содержит множество отверстий в форме полосок, проходящих от этой поверхности внутрь керамического элемента; отверстия в форме полосок имеют структуру открытого отверстия; размеры пор отверстий в форме полосок составляют в диапазоне от 700 нм до 500 мкм, а длины по меньшей мере некоторых из отверстий в форме полосок составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм; и отверстия в форме полосок заполнены полимерным материалом, составляющим полимерный элемент, а к внутренним стенкам отверстий в форме полосок прикреплен слой соединения азота, причем слой соединения азота используется для протекания экзотермической реакции с проникающей в отверстия в форме полосок жидкой смолой, обеспечивая тепло для поддержания непрерывного потока переднего конца жидкой смолы в текучем состоянии с низкой вязкостью.

2. Керамополимерный композитный корпус по п. 1, в котором отверстия в форме полосок образованы за счет потерь при прокаливании органических волокон, и отверстия в форме полосок проходят извилистым образом от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента.

3. Керамополимерный композитный корпус по п. 1 или 2, в котором размеры пор во всех положениях отверстий в форме полосок одинаковы.

4. Керамополимерный композитный корпус по п. 1 или 2, в котором размеры пор отверстий в форме полосок постепенно увеличиваются по мере того, как отверстия в форме полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента.

5. Керамополимерный композитный корпус по п. 1 или 2, в котором размеры пор отверстий в форме полосок постепенно уменьшаются по мере того, как отверстия в форме полосок проходят от поверхности керамического элемента внутрь керамического элемента.

6. Керамополимерный композитный корпус по любому из пп. 1-5, в котором объемная доля множества отверстий в форме полосок в керамическом элементе составляет от 1 до 35%.

7. Керамополимерный композитный корпус по любому из пп. 1-6, в котором доля площади множества отверстий в форме полосок на поверхности, относящейся к керамическому элементу и соединенной с полимерным элементом, составляет от 1 до 60%.

8. Керамополимерный композитный корпус по любому из пп. 1-7, в котором размеры пор некоторых или всех отверстий в форме полосок составляют от 15 до 500 мкм.

9. Керамополимерный композитный корпус по любому из пп. 1-8, в котором множество отверстий в форме полосок равномерно распределены по поверхности, относящейся к керамическому элементу и соединенной с полимерным элементом.

10. Керамополимерный композитный корпус по любому из пп. 1-9, в котором поверхность, относящаяся к керамическому элементу и соединенная с полимерным элементом, дополнительно содержит множество отверстий не в форме полосок, и эти отверстия не в форме полосок заполнены полимерным материалом, составляющим полимерный элемент.

11. Керамополимерный композитный корпус по любому из пп. 1-10, в котором материал керамического элемента включает один или более из оксидного керамического материала, нитридного керамического материала и карбидного керамического материала.

12. Способ изготовления керамополимерного композитного корпуса, включающий:

приготовление керамического элемента с заданной формой с использованием органических волокон в качестве порообразователя, при этом поверхность, которая относится к керамическому элементу и на которой предварительно выполнено литье под давлением, содержит множество отверстий в форме полосок, которые проходят от поверхности внутрь керамического элемента, причем отверстия в форме полосок образованы за счет потерь при прокаливании органических волокон, отверстия в форме полосок имеют структуру открытого отверстия, размеры пор отверстий в форме полосок составляют в диапазоне от 700 нм до 500 мкм, а длины по меньшей мере некоторых из отверстий в форме полосок составляют больше 100 мкм и меньше или равны 1000 мкм;

выполнение пропитки керамического элемента с использованием водного раствора, содержащего соединение азота, позволяющей водному раствору, содержащему соединение азота, проникнуть в отверстия в форме полосок, а затем выполнение сушки для прикрепления слоя соединения азота к внутренним стенкам отверстий в форме полосок; и

выполнение литья под давлением на высушенном керамическом элементе, позволяющего жидкой смоле проникать в отверстия в форме полосок для протекания экзотермической реакции с соединением азота, и выполнение обработки тонкой структуры на полимерной части после завершения литья под давлением, с получением керамополимерного композитного корпуса.

13. Способ изготовления по п. 12, в котором соединение азота включает один или более из аммиака, соединения гидразина и его производного и водорастворимого амина.

14. Терминал, содержащий керамополимерный композитный корпус по любому из пп. 1-11.

15. Мобильный телефон, содержащий дисплей, корпус, собранный на внешней стороне мобильного телефона, и материнскую плату и аккумулятор, расположенные внутри корпуса, при этом весь корпус или его часть представляет собой керамополимерный композитный корпус по любому из пп. 1-11.

Images