TWI558826B - 用於形成金金屬基質複合材料之方法及裝置 - Google Patents

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Description

用於形成金金屬基質複合材料之方法及裝置
所描述實施例大體上係關於用於組裝多件式器件(multi-part device)之方法。詳言之，描述用於提供堅固、耐刮擦且呈現美學上合意之外觀之金屬基質複合材料的方法。
金屬基質複合材料(MMC)為具有至少兩種構成部分之複合材料，一種構成部分為金屬。另一材料可為不同金屬或非金屬材料，諸如，陶瓷。MMC係藉由將加強材料分散至金屬基質中而製成。基質為被嵌入加強物之單石材料。在結構應用中，基質通常為諸如鋁、鎂或鈦之較輕金屬，且提供針對加強材料之順應式支撐。加強材料嵌入至基質中。加強材料並不總是伺服純粹結構任務(亦即，加強MMC)，而是亦可改變MMC之物理屬性，諸如，耐磨損性、摩擦係數或熱導率。加強材料可連續抑或不連續。不連續MMC可各向同性，且係可運用諸如擠出、鍛造或輥軋之標準金屬加工技術進行加工。此外，不連續MMC係可使用習知技術進行切削，但通常將需要使用多晶金剛石工具(polycrystalline diamond tooling,PCD)。
需要一種金屬基質複合材料，其呈現貫穿操作壽命而維持的裝飾上吸引人之外觀，且在處理及材料兩者方面製造起來相對廉價。
本論文描述關於裝飾上吸引人之器件之組裝的各種實施例。在特定實施例中，可形成一種貴金屬基質，其向器件提供裝飾上吸引人且亦足夠堅固以貫穿器件之操作壽命而維持裝飾上吸引人之外觀的覆疊。
根據一項實施例，形成一種金金屬基質複合材料。該金金屬基質複合材料包括一多孔預成型坯，該多孔預成型坯包括數個陶瓷粒子，及定位於該等陶瓷粒子之間的空間。該金金屬基質複合材料亦包括一金基質，該金基質包括形成於該多孔預成型坯之該等空間內的一金網路。該金金屬基質複合材料被特性化為18k金。
根據另一實施例，描述一種用於一電子器件之外殼。該外殼包括一貴金屬基質複合材料，該貴金屬基質複合材料形成該外殼之一外部表面的至少一部分。該貴金屬基質包括具有至少一類型之貴金屬的一連續金屬材料。該貴金屬基質亦包括分散於該連續金屬材料內之數個陶瓷粒子。與沒有該等陶瓷材料之該連續金屬材料相比較，該等陶瓷粒子增加該貴金屬基質複合材料之一硬度。該貴金屬基質複合材料包括按質量計為約75%之貴金屬。
根據一額外實施例，描述一種形成一金金屬基質複合材料之方法。該方法包括藉由運用金來塗佈數個陶瓷粒子而形成一金與陶瓷混合物。該方法亦包括將該金與陶瓷混合物置放至具有一近淨形之一模具中。該方法另外包括在該模具中壓縮及加熱該金與陶瓷混合物，從而形成具有對應於該近淨形之一形狀的一金金屬基質複合材料。
根據一另外實施例，描述一種形成一金與金剛石基質複合材料之方法。該方法包括使用金粒子及金剛石粒子來形成一金與金剛石混合物。該方法亦包括使用一潤濕劑來改質或塗佈該等金剛石粒子之一表面。該經改質或經塗佈金剛石表面適合於與該等金粒子黏合。該方法進一步包括壓縮及加熱該金與金剛石混合物。該潤濕劑在該金剛石 表面處形成一碳化物，該碳化物適合於在該壓縮及該加熱期間與該金黏合。
應注意，對於上文所描述之方法中任一者，陶瓷可採取許多形式。舉例而言，金屬基質複合材料除了包括金以外亦可包括以任何組合之以下各者中任一者：碳化硼、金剛石、立方氮化硼、氮化鈦(TiN)、鐵鋁矽酸鹽(石榴石)、碳化矽、氮化鋁、氧化鋁、藍寶石粉末、氧化釔、氧化鋯及碳化鎢。在金屬基質複合材料中與金一起使用之材料的選擇可基於許多因素，諸如，色彩、所要密度(被感知為重量)、滿足設計/行銷準則所需要之金量，等等。
本發明之其他態樣及優點將自結合隨附圖式而採取之以下詳細描述變得顯而易見，該等圖式作為實例而說明所描述實施例之原理。
102‧‧‧金粒子
104‧‧‧陶瓷粒子
106‧‧‧混合物
108‧‧‧模具
110‧‧‧壓力
112‧‧‧烘箱
114‧‧‧金金屬基質複合材料(gMMC)
200‧‧‧粉末冶金製程
202‧‧‧操作
204‧‧‧操作
206‧‧‧操作
208‧‧‧操作
302‧‧‧陶瓷粒子
304‧‧‧黏合劑
306‧‧‧混合物
308‧‧‧預成型坯複合材料
310‧‧‧容器
312‧‧‧烘箱
314‧‧‧多孔預成型坯
316‧‧‧容器
318‧‧‧金粒子
320‧‧‧烘箱
322‧‧‧金金屬基質複合材料(gMMC)
400‧‧‧壓擠鑄造製程
402‧‧‧操作
404‧‧‧操作
406‧‧‧操作
408‧‧‧操作
410‧‧‧操作
502‧‧‧陶瓷粒子
504‧‧‧經金塗佈粒子
508‧‧‧模具
510‧‧‧壓力
512‧‧‧烘箱
514‧‧‧金金屬基質複合材料(gMMC)
600‧‧‧經修改粉末冶金製程
602‧‧‧操作
604‧‧‧操作
606‧‧‧操作
608‧‧‧操作
可藉由參考以下描述及隨附圖式來較好地理解所描述實施例。另外，可藉由參考以下描述及隨附圖式來較好地理解所描述實施例之優點，在該等圖式中：圖1A至圖1D展示根據所描述實施例的用於形成金金屬基質複合材料之粉末冶金製程。
圖2展示詳述根據圖1A至圖1D之粉末冶金製程的流程圖。
圖3A至圖3E展示根據所描述實施例的用於形成金金屬基質複合材料之壓擠鑄造製程。
圖4展示詳述根據圖3A至圖3E之壓擠鑄造製程的流程圖。
圖5A至圖5D展示根據所描述實施例的用於形成金金屬基質複合材料之經修改粉末冶金製程。
圖6展示詳述根據圖5A至圖5D之經修改粉末冶金製程的流程圖。
此章節中描述根據本申請案之方法及裝置的代表性應用。提供 此等實例以僅僅添加上下文且輔助理解所描述實施例。因此，對於熟習此項技術者而言將顯而易見，可在沒有此等特定細節中之一些或全部的情況下實踐所描述實施例。在其他例子中，尚未詳細地描述熟知之製程步驟以便避免不必要地混淆所描述實施例。其他應用係可能的，使得以下實例不應被視作限制性的。
在以下詳細描述中，參看隨附圖式，該等圖式形成該描述之部分且其中作為說明而展示根據所描述實施例之特定實施例。儘管足夠詳細地描述此等實施例以使熟習此項技術者能夠實踐所描述實施例，但應理解，此等實例並非限制性的；使得在不脫離所描述實施例之精神及範疇的情況下，可使用其他實施例且可進行改變。
本論文提供用於提供良好地適於用作器件之外部結構之金屬基質複合材料的方法及關聯裝置之描述。在一些實施例中，器件為電子器件，或為用於電子器件之配件。在特定實施例中，金屬基質複合材料形成電子器件之外殼，或形成電子器件之外殼的部分。在一些實施例中，金屬基質複合材料包括至少一貴金屬。舉例而言，貴金屬可包括金、銀及鉑中之一或多者。以此方式，金屬基質複合材料可提供可用以增強器件之使用者之體驗的裝飾上吸引人且堅固之組件。
對於此論述之剩餘部分，金屬基質複合材料包括作為貴金屬之金(或主要為金)。然而，根據所描述實施例，亦可使用諸如銀及/或鉑之其他貴金屬。在一些實施例中，金及一或多種不同金屬(諸如，不同貴金屬)結合地用於金屬基質複合材料內。
一般而言，可依據表示金合金中之金量的克拉來表達金屬基質複合材料中之金量的指示，其中24k表示幾乎純金，且18k表示按質量計為18/24或75%之金。更具體而言，克拉純度被量測為24乘質量純度，如：k=24×(Mg/Mm)，其中 k為材料之克拉額定值，Mg為材料中之純金質量，且Mm為材料之總質量
應注意，在一般使用中，歸因於元素態金之固有軟度，金通常係使用諸如銀、鉑等等之數種金屬而熔成小於24k之合金。然而，在以下論述之上下文中，金金屬基質複合材料(gMMC)除了包括金以外亦可包括諸如銀之合金金屬，及/或作為加強材料之陶瓷材料。陶瓷之選擇可取決於gMMC所需要之材料屬性。舉例而言，此等材料屬性可包括硬度、耐腐蝕性、切削性及色彩。詳言之，可基於特定陶瓷材料來選擇色彩。舉例而言，碳化矽粉末可為黑色或綠色，而氧化釔粉末可為白色。以此方式，可致使gMMC使在可見光光譜之特定範圍內的光反射以提供所要色彩外觀。
除了使用儘可能少之金同時維持特定克拉值以外，亦可形成具有良好地適於提供有利使用者體驗之選定美學屬性的gMMC。舉例而言，相較於沒有陶瓷的具有相同克拉值之單位體積之金合金，結合作為加強物之陶瓷來使用金的單位體積之18k之gMMC可較不緻密、可需要較少金且可更耐刮擦。耐刮擦性通常係與gMMC之硬度相關，該硬度係可使用維氏(Vickers)硬度測試予以量測。在本文所描述之實施例中，gMMC之硬度通常硬於具有相同克拉值之金合金。在一些實施例中，gMMC具有至少400Hv之硬度，如藉由維氏測試所量測。
此外，藉由選擇特定陶瓷材料，gMMC可耐刮擦且耐腐蝕、可經高程度地拋光以顯露天然光澤、可擁有高程度之切削性(亦即，可容易地切削成任何所要形狀)，且在一些狀況下提供良好熱轉移特性。舉例而言，金剛石粉末可與金一起使用以形成gMMC，gMMC歸因於金剛石加強物之優良熱轉移特性而具有優良熱轉移特性。然而，應注意，為了使金及金剛石形成可行gMMC，可需要促進由金潤濕金剛石 之表面的潤濕劑。硼、矽、鈦、鉻及鎢為可與金剛石反應以形成促進由基質金屬潤濕金剛石之表面之碳化物層的適合潤濕劑之實例，其對於金與金剛石MMC之形成可為必要的。
其他所關注之陶瓷屬性可包括陶瓷粒子之大小。過大之粒子可阻礙gMMC之拋光，此係因為大粒子可在拋光操作期間被移除，且造成gMMC表面之坑洞。此外，大型粒子亦具有阻礙燒結製程之可能性，此在於：大粒子具有在粒子之間形成大間隙之傾向。粒子之間的大間隙可阻礙大粒子在燒結操作期間聚結之能力。此外，在一些實施例中，陶瓷粒子之大小足夠小以便向gMMC給出連續外觀。亦即，陶瓷粒子並未大到在gMMC內明顯地可分辨。
亦應注意，可存在根據固定克拉值之最佳陶瓷體積分率範圍。最佳陶瓷體積分率範圍可基於gMMC之所要硬度範圍。舉例而言，若陶瓷體積分率減少(相對較多金)，則gMMC之硬度可減少(接近純金之硬度)。隨著陶瓷體積分率增加(隨著金量之伴隨減低)，gMMC之硬度通常增加至gMMC開始展現脆性時的點。因此，可基於所要gMMC材料屬性、gMMC克拉值、陶瓷密度及其他屬性來判定最佳陶瓷體積分率範圍。
對於此論述之剩餘部分，論述具有作為至少一金屬成份之金及作為加強成份之陶瓷的金屬基質複合材料。詳言之，根據18k材料，gMMC為按質量計為75%之金及按質量計為25%之陶瓷加強物。然而，應注意，本文所描述之方法並不僅僅限於金與陶瓷金屬基質複合材料，且根據所描述實施例，可使用呈任何適合克拉值之任何適合基質組合物。
因為每單位體積的陶瓷粒子之密度小於每單位體積的通常用以使金熔成合金之金屬(例如，銅、銀、鎳)之密度，所以單位體積之18k gMMC相較於單位體積之金合金較不緻密且因此需要較少金。因 此，可調諧陶瓷粒子之大小(密度)以達成可由下式表達之所要MMC密度：ρ1為金之密度，ρ2為陶瓷之密度，V1為1kg之gMMC的體積，k為克拉值
V1=(1-(k/24)/ρ2)+((k/24)/ρ1))
對於k=18
V1=(.25/ρ2)+(.75/ρ1)
VFceramic=((.25/ρ2)/V1)
VFgold=((.75/ρ1)/V1)
因此，隨著k增加(較大比例之gMMC為金)，對應陶瓷體積分率(VFceramic)減低。然而，對於恆定k，隨著陶瓷之密度(ρ2)增加，對應陶瓷體積分率(VFceramic)減低。因此，隨著加強物之密度對於恆定k減低，用於同一部件之金的質量減低。此外，因為18k gMMC之密度小於18k金屬基金合金，所以用於18k gMMC中之金量小於用於18k金屬基金合金中之金的量。
圖1A至圖1D展示根據所描述實施例的用於形成gMMC之粉末冶金製程。在圖1A處，將金粒子102與陶瓷粒子104摻合在一起，從而形成混合物106。金粒子102可呈任何適合形式，包括呈金粉末或薄片之形式。金粒子102可由實質上純金或金合金製成。陶瓷粒子104可由任何適合類型之陶瓷材料(諸如，適合金屬氧化物、碳化物、硼化物、氮化物及矽化物)製成。在一些實施例中，陶瓷粒子104包括以下各者中之一或多者：石榴石、碳化硼、碳化矽、氮化鋁、金剛石、氮化硼、氧化鋁、藍寶石、氧化釔、氧化鈦，及氧化鋯。如上文所描述，可基於諸如最終gMMC之所要色彩、密度、硬度、耐腐蝕性、切削性及拋光能力的因素來選擇陶瓷材料之類型。可使用任何適合混合技術來摻合金粒子102與陶瓷粒子104。應注意，為了保證良好混合且 提供用於後續燒結操作之良好基礎，可選擇陶瓷粒子104之大小以最小化混合物106中之陶瓷粒子104之間的開放空間量。如上文所描述，混合物106內之金粒子102的相對量將取決於最終gMMC之所要克拉值。
如上文所描述，在一些實施例中，使用潤濕劑以在後續壓縮操作及/或燒結操作期間輔助陶瓷粒子104與金粒子102之黏合。在與金粒子混合之前可運用潤濕劑來塗佈陶瓷粒子104，或可將潤濕劑添加至混合物106。在一些實施例中，潤濕劑改質陶瓷粒子104之表面。舉例而言，可運用潤濕劑來塗佈金剛石粒子，該潤濕劑藉由使碳化物形成於金剛石粒子之表面上而改質金剛石粒子之表面。碳化物在後續燒結期間輔助陶瓷粒子104至金粒子102之黏合。在一些實施例中，潤濕劑包括硼、矽、鈦、鉻及鎢中之一或多者。
在圖1B處，將混合物106置放於具有相似於gMMC之最終形狀之近淨形的模具108內。在模具108內時，將壓力110施加至混合物106上，使得混合物106之孔隙率減少。亦即，混合物106之密度增加。在壓縮之後的混合物106之密度係與所施加之壓力110的量成比例。此外，抵靠模具108來按壓混合物106，以便採取模具108之近淨形。在一些實施例中，在壓縮期間將熱施加至gMMC。在壓縮之後，可自模具108移除經壓縮混合物106，且經壓縮混合物106保持近淨形。
在圖1C處，將經壓縮混合物106置放至烘箱112中，且曝露至燒結操作。在燒結期間，加熱經壓縮混合物106，使得在經壓縮混合物106內之金粒子102與陶瓷粒子104之間發生接合。應注意，在一些實施例中，壓縮製程(圖1B)及加熱製程(圖1C)組合於有時被稱作熱均壓法(Hot Isostatic Pressing,HIP)製程之單一製程內。亦即，將混合物106同時地曝露至壓力及熱。可使用經設計成將熱傳導至混合物106同時壓縮混合物106之模具來實現此情形。一旦冷卻，就形成具有模具 108之近淨形的gMMC 114。
在圖1D處，接著可自烘箱112移除gMMC 114。在一些實施例中，將gMMC 114曝露至諸如一或多個切削或拋光製程之一或多個塑形製程，使得gMMC 114採取最終所要形狀。在一些實施例中，gMMC 114採取適合於電子器件之外殼或電子器件之外殼之部分的最終形狀。在一些實施例中，gMMC 114形成外殼之外部部分，諸如，覆蓋外殼之外部表面的層。因為gMMC 114包括起源於陶瓷粒子104之陶瓷部分，所以與金或金合金結構相比較，gMMC 114具有較高耐刮擦性及硬度。gMMC 114之起源於金粒子102的金部分向gMMC 114給出金色彩及外觀。如上文所描述，具有陶瓷粒子之gMMC 114的密度小於通常用以使金熔成合金之金屬的密度。因此，單位體積之gMMC 114相較於單位體積之金金屬合金通常較不緻密且因此需要較少金。
圖2為詳述根據所描述實施例之粉末冶金製程200的流程圖。可藉由執行至少以下操作來進行製程200。在202處，可摻合金粒子與對應量之陶瓷粒子，從而形成金與陶瓷混合物。在一些實施例中，金粒子及陶瓷粒子各自呈粉末之形式。在204處，將金與陶瓷混合物形成為近淨形，此意謂金與陶瓷混合物經處理成使得採取相似於所要最終形狀之形式。在一項實施例中，可藉由在具有經塑形內部之模具或其他容器中壓縮混合物來進行形成為近淨形。在206處，可在使金粒子與陶瓷粒子彼此接合之燒結操作中加熱經壓縮混合物。在一些狀況下，可使用熱均壓法或HIP而將操作204及206組合成單一操作208。
圖3A至圖3E展示根據所描述實施例的用於形成gMMC之壓擠鑄造製程。在圖3A處，在容器310內組合陶瓷粒子302與包括黏合劑304及水之混合物306，從而形成預成型坯複合材料308。陶瓷粒子302可呈任何適合形式，包括呈陶瓷粉末之形式，且可由任何適合類型之陶瓷材料(諸如，適合金屬氧化物、碳化物、硼化物、氮化物及矽化物) 製成。可基於諸如最終gMMC之所要色彩、密度、硬度、耐腐蝕性、切削性及拋光能力的因素來選擇陶瓷材料之類型。黏合劑304可由適合於在處於水溶液中時將陶瓷粒子302黏合在一起且在黏合劑移除製程期間可移除之任何材料製成。在一些實施例中，黏合劑304包括市售陶瓷黏合劑。
在圖3B處，自容器310移除預成型坯複合材料308，且將預成型坯複合材料308置放於烘箱312中以用於乾燥及黏合劑移除製程。來自烘箱312之熱自預成型坯複合材料308移除黏合劑304及水，從而形成多孔預成型坯314。此外，熱可將陶瓷粒子熔合或燒結在一起，使得當移除水及黏合劑304時在陶瓷粒子之間形成孔隙。以此方式，形成多孔預成型坯314，其包括黏合劑304及水曾經所處的孔隙。多孔預成型坯314內之孔隙體積將部分地取決於預成型坯複合材料308內之黏合劑/水混合物306的相對量，以及陶瓷粒子302之大小。在一些實施例中，多孔預成型坯314經歷一或多個塑形製程，諸如，一或多個切削或拋光製程。
在圖3C處，將多孔預成型坯314置放於容器316內，且將金粒子318添加至多孔預成型坯314。金粒子318可呈任何適合形式，包括呈粉末或薄片，且可由實質上純金或金合金製成。在一些實施例中，將潤濕劑添加至多孔預成型坯314，以便輔助金粒子318至多孔預成型坯314之黏合。在圖3D處，將多孔預成型坯314及金318置放於烘箱320中。在一些實施例中，容器316對熱實質上無化學反應，使得預成型坯314及金粒子318在置放於烘箱320中時保持於容器316內。來自烘箱320之熱可熔融金粒子318，從而形成藉由毛細作用而浸潤於多孔預成型坯314之孔隙內的經熔融金。在一些實施例中，將金粒子318加熱至恰高於金粒子318之熔點的溫度。可在加熱時將壓力(諸如，藉由經加壓氣體)施加於烘箱320內，以便輔助經熔融金在多孔預成型坯314之 孔隙內的浸潤。浸潤於多孔預成型坯314內之金粒子318的相對量將取決於多孔預成型坯之孔隙體積，及最終gMMC之所要克拉值。當經熔融金變得充分地浸潤於多孔預成型坯內時，形成gMMC 322。
在圖3E處，自烘箱320移除gMMC 322，且允許gMMC 322冷卻。如同使用上文所描述之粉末冶金而製造的gMMC 114一樣，與金或金合金結構相比較，gMMC 322具有較高耐刮擦性及硬度，且相較於單位體積之金金屬合金通常需要較少金。在一些實施例中，使用(例如)一或多個切削或拋光製程來塑形gMMC 322。在一些實施例中，將gMMC 322塑形為用於電子器件之外殼或用於電子器件之外殼的部分。
圖4展示詳述根據所描述實施例之壓擠鑄造製程400的流程圖。可藉由執行至少以下操作來進行製程400。在402處，組合陶瓷粉末與黏合劑(加水)，從而形成預成型坯複合材料。在404處，乾燥及燒結預成型坯複合材料，從而移除黏合劑及水兩者且形成多孔預成型坯。在406處，可執行選用的切削操作。在一些實施例中，可使用選用的切削操作以根據gMMC之預定最終形狀來塑形預成型坯。在408處，將金添加至多孔預成型坯。在一些實施例中，金呈金粒子(例如，金粉末或薄片)之形式。在410處，在壓力下將金與陶瓷預成型坯加熱至恰高於金之熔點的溫度。熱將金液化成經熔融金，且壓力促進經熔融金藉由毛細作用而至陶瓷預成型坯中之浸潤。結果為具有預定形狀之gMMC。在一些實施例中，進一步塑形gMMC，從而形成最終形狀。
圖5A至圖5D展示根據所描述實施例的用於形成gMMC之經修改粉末冶金製程。在圖5A處，運用金來塗佈陶瓷粒子502，從而形成經金塗佈粒子504。在一些實施例中，藉由將金或金合金材料加熱成熔融形式且摻合於陶瓷粒子502中來實現塗佈。在一些實施例中，添加潤濕劑，以便輔助陶瓷粒子502與經熔融金之黏合。在圖5B處，將經 金塗佈粒子504置放於具有相似於gMMC之最終形狀之近淨形的模具508內。將壓力510施加至經金塗佈粒子504上，使得經金塗佈粒子504之密度增加。在壓縮之後，可自模具508移除經壓縮之經金塗佈粒子504，且經壓縮之經金塗佈粒子504保持近淨形。
在圖5C處，將經壓縮之經金塗佈粒子504置放至烘箱512中，且曝露至燒結操作，使得在經金塗佈粒子504之間發生接合。在一些實施例中，壓縮製程(圖5B)及加熱製程(圖5C)組合於諸如HIP製程之單一製程內。一旦冷卻，就形成具有模具508之近淨形的gMMC 514。在圖5D處，自烘箱512移除gMMC 514。在一些實施例中，接著使用諸如一或多個切削或拋光製程之一或多個塑形製程來塑形gMMC 514，使得gMMC 514採取最終所要形狀。因為gMMC 514包括起源於陶瓷粒子502之陶瓷部分，所以與金或金合金結構相比較，gMMC 514具有較高耐刮擦性及硬度。如上文所描述，具有陶瓷粒子之gMMC 514的密度小於通常用以使金熔成合金之金屬的密度。因此，單位體積之gMMC 514相較於單位體積之金金屬合金通常較不緻密且因此需要較少金。在一些實施例中，塑形gMMC 514以形成用於電子器件之外殼或用於電子器件之外殼的部分。
圖6為詳述根據所描述實施例之經修改粉末冶金製程600的流程圖。可藉由執行至少以下操作來進行製程600。在602處，可運用金來塗佈陶瓷粒子，從而形成經金塗佈粒子。接著可在604處以減少經金塗佈粒子之間的空間且增加經金塗佈粒子之密度的方式來壓縮經金塗佈粒子。在606處，經壓縮之經金塗佈粒子可經歷具有形成gMMC之效應的加熱操作。應注意，如同上文所描述之製程200一樣，可使用HIP而將操作604及606組合成單一操作608。
根據所描述實施例，下表1概述各種18k金樣本A至F之相對金體積及質量。
在表1中，樣本B至F為具有不同組合物之gMMC材料。樣本A為18k金合金樣本，其為沒有任何非金屬材料(例如，陶瓷粒子)之金金屬合金，且用作與gMMC樣本B至F之比較的基準。樣本A至F各自具有實質上相同體積。亦即，樣本A至F各自表示一部件之體積。基質體積分率係指非粒子材料之體積百分數，且粒子體積分率係指不同18k金樣本內之粒子材料的體積百分數。部件質量係指具有預定義體積之部件的質量，且部件中金質量係指部件內之金質量。對於gMMC樣本B至F亦包括部件之質量的百分數改變，及部件中之金質量相較於金合金樣本A的百分數改。
樣本A(18k金合金)並非MMC材料，且因此並不含有任何MMC粒子材料。GMMC樣本B至F各自為具有不同組合物之gMMC。詳言之，樣本2係由與純金摻合之碳化硼粒子形成，樣本3係由與純金摻合之黃色金剛石粒子形成，樣本4係由與純金摻合之立方氮化硼粒子形成，樣本5係由與純金摻合之氮化鈦粒子形成，且樣本6係由與純金瓷金摻合之紅色石榴石粒子形成。純金瓷金係指金與陶瓷材料。
如上文所描述，用於gMMC中之材料的選擇可部分地取決於用於部件中之金的相對量。如由表1所指示，gMMC樣本B至F相較於金合金樣本A各自具有較小體積百分數之非粒子材料及較少金質量。因此，與由金合金製成之部件相比較，使用gMMC樣本B至F中之一或多者之組合物而製造的部件可減少該部件內之金量。表1之資料可用以 選擇用於製造部件之gMMC的組合物。舉例而言，在所列出之gMMC樣本B至F中，樣本B(碳化硼/純金MMC)及樣本F(紅色石榴石/純金瓷金)被特性化為具有最低體積百分數之非粒子材料、最低部件質量及最低金質量。因此，若需要此等因素，則可決定使用具有對應於樣本B抑或樣本F之組合物的gMMC。如上文所描述，亦可使用諸如硬度、耐刮擦性、切削性及色彩之其他因素以判定用於已製造部件中之gMMC的組合物。
根據所描述實施例，下表2概述各種18k金樣本1至13之一些裝飾屬性及物理屬性。
在表2中，樣本1為18k金合金樣本，且用作與gMMC樣本2至13之比較的基準。粒子類型係指每一樣本之組合物，樣本1為唯一非 MMC樣本。粒子色彩係指該等樣本中每一者之感知色彩。密度係指以克/立方公分為單位之粒子密度。熔點係指樣本之熔點。純金基質體積分率係指樣本內之金的體積百分數。陶瓷體積分率係指樣本內之陶瓷材料的體積百分數。GMMC密度係指每一樣本之MMC密度。
表2提供關於gMMC樣本2至13之外觀(色彩)、金量及物理屬性(例如，密度、熔點)的資訊，其可用以設計已製造部件之組合物。舉例而言，由石榴石粒子(樣本2)形成之gMMC可向gMMC之最終金色彩賦予紅色/粉紅色色彩。相似地，包括氧化鋁(樣本8)或氧化鈦(樣本10)之gMMC可向gMMC之最終金色彩賦予白色外表。此外，表2指示出，在gMMC樣本2至13中，由石榴石粒子(樣本2)及碳化硼粒子(樣本3)形成之gMMC具有最低密度。因此，可考慮由此等粒子形成之gMMC以用於製造需要較輕重量之部件。在一些實施例中，表2中列出之粒子類型中的兩者或兩者以上在單一gMMC中一起用以向gMMC給出所要色彩。
表2亦提供關於使用不同陶瓷材料之gMMC材料之相對密度的資訊。如所展示，使用不同陶瓷粒子之gMMC密度可廣泛地變化。舉例而言，由石榴石粒子(樣本2)形成之18k gMMC可具有2.4g/cm3之密度，而由碳化鎢粒子(樣本13)形成之18k gMMC可具有15.6g/cm3之密度。因此，可部分地基於所要最終密度來設計由gMMC材料製成之部件。在一些狀況下，需要使gMMC具有相對低密度，以便減少部件之感知重量。根據一些實施例，形成具有小於約10g/cm3之密度的18k金gMMC。根據一些實施例，形成具有小於約5g/cm3之密度的18k金gMMC。根據一些實施例，形成具有範圍介於約2g/cm3與約5g/cm3之間的密度之18k金gMMC。
表2亦可提供關於可有助於決定待使用陶瓷粒子之類型之其他物理屬性的資訊，該等物理屬性包括熔點、陶瓷粒子體積分率，及金基 質密度。根據一些實施例，形成具有大於約1200℃之熔點的18k金gMMC。根據一些實施例，形成具有大於約50%之陶瓷粒子體積分率的18k金gMMC。根據一些實施例，形成具有密度為7.0g/cm3或更大之金基質的18k金gMMC。
出於解釋之目的，前述描述使用特定術語以提供對所描述實施例之透徹理解。然而，對於熟習此項技術者而言將顯而易見，並不需要特定細節以便實踐所描述實施例。因此，出於說明及描述之目的而呈現特定實施例之前述描述。前述描述並不意欲係詳盡的或將所描述實施例限於所揭示之精確形式。對於一般熟習此項技術者而言將顯而易見，鑒於以上教示，許多修改及變化係可能的。
322‧‧‧金金屬基質複合材料(gMMC)

Claims (20)

  1. 一種金金屬基質複合材料，其包含：一多孔預成型坯，其包含複數個陶瓷粒子，該多孔預成型坯包括定位於該等陶瓷粒子之間的空間；及一金基質，其包含形成於該多孔預成型坯之該等空間內的一金網路，其中該等陶瓷粒子與該金之相對量，使得該金金屬基質複合材料被特性化為具有至少65%陶磁體積分率的一18k金組合物，其中該金金屬基質複合材料具有9.0g/cm3或更小之一密度。
  2. 如請求項1之金金屬基質複合材料，其中該金金屬基質複合材料係用於一電子裝置之外殼。
  3. 如請求項1之金金屬基質複合材料，其中該金金屬基質複合材料之一熔點大於2967℃。
  4. 如請求項1之金金屬基質複合材料，其中該等陶瓷粒子包含以下各者中之一或多者：石榴石、碳化硼、碳化矽、氮化鋁、金剛石，及氮化硼。
  5. 一種金金屬基質複合材料，其包含：一多孔預成型坯，其包含複數個陶瓷粒子，該多孔預成型坯包括定位於該等陶瓷粒子之間的空間；及一金基質，其包含形成於該多孔預成型坯之該等空間內的一金網路，其中該金金屬基質複合材料被特性化為18k金，其中該金金屬基質複合材料之一密度的範圍係大於7.0g/cm3及小於18.2g/cm3之間，其中該金金屬基質複合材料之一熔點大於1200℃。
  6. 如請求項5之金金屬基質複合材料，其中該等陶瓷粒子包含以下各者中之一或多者：石榴石、碳化硼、碳化矽、氮化鋁、金剛石、氮化硼、氧化鋁、藍寶石、氧化釔、氧化鈦，及氧化鋯。
  7. 一種用於形成金金屬基質複合材料的方法，其包含：形成一多孔預成型坯，其包含複數個陶瓷粒子，該多孔預成型坯包括定位於該等陶瓷粒子之間的空間；及形成一金基質，其於該多孔預成型坯之該等空間內設置金，其中該金金屬基質複合材料被特性化為18k金，其中該金金屬基質複合材料之一密度的範圍係大於7.0g/cm3及小於18.2g/cm3之間。
  8. 如請求項7之金金屬基質複合材料，其中該等陶瓷粒子包含以下各者中之一或多者：石榴石、碳化硼、碳化矽、氮化鋁、金剛石、氮化硼、氧化鋁、藍寶石、氧化釔、氧化鈦，及氧化鋯。
  9. 一種金金屬基質複合材料，其包含：一多孔預成型坯，其包含複數個陶瓷粒子，該多孔預成型坯包括定位於該等陶瓷粒子之間的空間；及一金基質，其包含形成於該多孔預成型坯之該等空間內的一金網路，其中該金金屬基質複合材料被特性化為18k金，其中該等陶瓷粒子足夠小，以便向該金金屬基質複合材料給出一連續外觀，其中該金金屬基質複合材料之一密度的範圍係大於7.0g/cm3及小於18.2g/cm3之間。
  10. 如請求項9之金金屬基質複合材料，其中該金金屬基質複合材料被特性化為具有至少400Hv之一維氏硬度值。
  11. 如請求項9之金金屬基質複合材料，其中該金金屬基質複合材料具有根據用於一電子器件之一外殼的一形狀。
  12. 一種用於一電子器件之外殼，該外殼包含：一貴金屬基質複合材料，其形成該外殼之一外部表面的至少一部分，該貴金屬基質複合材料包含：包含至少一類型之貴金屬的一連續金屬材料，及分散於該連續金屬材料內之複數個陶瓷粒子，與沒有該等陶瓷粒子之該連續金屬材料相比較，該複數個陶瓷粒子增加該貴金屬基質複合材料之一硬度，其中貴金屬基質複合材料包含按質量計為75%之貴金屬，其中該金金屬基質複合材料之一密度的範圍係大於7.0g/cm3及小於18.2g/cm3之間。
  13. 如請求項12之外殼，其中與沒有該複數個陶瓷粒子之該連續金屬材料相比較，該等陶瓷粒子增加該貴金屬基質複合材料之一耐刮擦性。
  14. 如請求項12之外殼，其中該類型之貴金屬包括金、銀及鉑中之一或多者。
  15. 如請求項12之外殼，其中該貴金屬基質複合材料之一硬度為至少400Hv，如在一維氏刻度上所量測。
  16. 一種用於一電子器件之外殼，該外殼包含：一貴金屬基質複合材料，其形成該外殼之一外部表面的至少一部分，該貴金屬基質複合材料包含：包含至少一類型之貴金屬的一連續金屬材料，及分散於該連續金屬材料內之複數個陶瓷粒子，與沒有該等陶瓷粒子之該連續金屬材料相比較，該複數個陶瓷粒子增加該貴金屬基質複合材料之一硬度，其中貴金屬基質複合材料包含按質量計為75%之貴金屬，其中該類型之貴金屬包括金、銀及鉑中之一或多者，其中該貴金屬基質複合材料之一密度的範圍係大於7.0g/cm3及 小於18.2g/cm3之間。
  17. 一種形成一金與金剛石基質複合材料之方法，其包含：使用金粒子及金剛石粒子來形成一金與金剛石混合物；使用一潤濕劑來改質或塗佈該等金剛石粒子之一表面，該經改質或經塗佈金剛石表面適合於與該等金粒子黏合；及壓縮及加熱該金與金剛石混合物，該潤濕劑在該金剛石表面處形成一碳化物，該碳化物適合於在該壓縮及該加熱期間與該金黏合。
  18. 如請求項17之方法，其中該潤濕劑包括硼、矽、鈦、鉻及鎢中之一或多者。
  19. 一種形成一金與金剛石基質複合材料之方法，其包含：選擇金粒子與金剛石粒子之相對量，使得該金與金剛石基質複合材料被特性化為18k金；藉由混合該等相對量之金粒子與金剛石粒子來形成一金與金剛石混合物；使用一潤濕劑來改質或塗佈該等金剛石粒子之一表面，該經改質或經塗佈金剛石表面適合於與該等金粒子黏合；及壓縮及加熱該金與金剛石混合物，該潤濕劑在該金剛石表面處形成一碳化物，該碳化物適合於在該壓縮及該加熱期間與該金黏合。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包含：將該金與金剛石混合物置放至具有一近淨形之一模具中；及在該模具中壓縮及加熱該金與金剛石混合物，從而形成具有對應於該近淨形之一形狀的一金金屬基質複合材料。
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