液态金属复合材料及其制造方法
【专利摘要】本发明是有关于一种液态金属复合材料，包括：一基材；一液态金属层，是设置于该基材的一侧或两侧；以及一结合层，是设置于该基材与该液态金属层之间，使该液态金属层结合于该基材的一侧或两侧，其中，该液态金属层是将一熔融金属于一低温环境下急速冷却成型。
【专利说明】液态金属复合材料及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种液态金属复合材料,尤指一种以液态金属贴合于基材的复合材料，适用于制造电器产品的外壳。
【背景技术】
[0002]近年来，因电子技术突飞猛进，如移动电话和笔记本电脑等的电器产品得以日渐朝轻薄短巧的薄型化迈进，而除了微型化电器产品内部的电子零元件外，所述电器的框体亦是决定电器是否微型化的关键之一。电器的框体除了提供收容零元件的空间外，亦可作为结合通讯功能、提供足够强度以保护电器产品核心零件及美观之用。
[0003]已知制作电器产品的外壳时，若考虑强度时，通常可使用金属基板做为外壳的材料，然而金属基板较难塑型为外壳所需的形状且重量上亦较不符合轻量化的需求，因此亦有已知技术以塑料基板作为外壳的材料。虽塑料基板较易于制作成各种外壳的形状，但若要能达到合适的强度时，则需至少1_的厚度，并不利于薄型化电器的发展，且树脂基板的抗刮性亦较金属板差，其产生刮痕后，该外壳的美观性便大打折扣。此外，树脂基板亦无法抗电磁辐射。
[0004]为了解决上述已知的问题，现阶段虽有尝试应用可于低温下加工的液态金属制作电器的外壳。虽然使用此类液态金属可降低加工成本且相较于一般金属更亦于加工塑型，但其原物料成本仍为其发展的一大阻碍。另外，已知亦有以电镀、蒸镀或溅镀等方式于塑料基板表面覆上一层金属膜以提高该树脂基板的抗刮性以及提供抗电磁辐射的特性。然而，以上述的蒸镀或溅镀方式于塑料基板上设置金属膜需造价昂贵的真空设备，并不利于大量生产制造。此外，以此方式生产的金属膜并无法有效提高该生产外壳的强度，对于保护电器产品的核心零件并无实质上的帮助。
[0005]据此，提供简单的方式制造一同时具有抗刮性、高强度、抗电磁辐射并能兼具美观的外壳所需的基板为现今薄型化电器产品所必要的技术。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的是在提供一种液态金属复合材料，其中包括至少一具有可挠曲性、抗刮、高强度、抗电磁辐射，以及易于加工制作的特征的液态金属层；其结合基材所制得的液态金属复合材料，以便能使该液态金属复合材料可作为一同时具有抗刮性、高强度、抗电磁辐射并能兼具美观的外壳所需的基板，有助于实现电器产品薄型化的需求。
[0007]为达成上述目的，本发明的一态样提供一种液态金属复合材料，包括:一基材；一设置于该基材的一侧或两侧的液态金属层；以及一设置于该基材与该液态金属层之间，使该液态金属层结合于该基材的一侧或两侧的结合层，其中，该液态金属层是将一熔融金属于一低温环境下急速冷却成型。
[0008]本发明上述液态金属复合材料中，基于不同电器的需求以及成本考虑，所选用的基材的组成可为塑料、金属、陶瓷、玻璃、或其组合。如本发明一较佳实施例中，除考虑除薄型化电器产品外，更进一步需降低产品重量，因而选用塑料作为基材；本发明的另一较佳实施例则选择以金属作为基材，以提供产品外壳较佳的强度，但本发明并不局限于此。
[0009]于本发明上述液态金属复合材料中，该液态金属层的组成可选自招(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、钼(Pd)或其合金，而该液态金属层更可包括一含量占该液态金属层的0.05至25重量百分比的添加物以调整液态金属的各个特性，如延展性、抗括性、熔点及沸点等，其中该添加物可选自铬(Cr)、铁(Fe)、硅(Si)、碳(C)、硼(B)、磷(P)、钨(W)、钥(Mo)或其组合，但本发明并不局限于此。
[0010]于本发明上述液态金属复合材料中，由于该液态金属层是于低温环境下急速冷却其熔融金属以成型，因此该液态金属层具有一非晶质结构使得该液态金属层具有高硬度、抗刮痕、抗腐蚀、高耐磨、高韧性以及易于加工等特性，其中该低温环境可为一选自水、甘油、乙二醇或其组合的冷却液体或可为一选自氮气、氩气、氦气、氩气或其组合的惰性气体。此外，该液态金属层可以已知本【技术领域】的各种制法完成，如甩带法，但本发明并不以此为限。而考虑到本发明的发明目的，该液态金属层的厚度可控制于15微米至100微米之间，较佳为25微米至80微米。
[0011]于本发明上述液态金属复合材料中，该结合层可为一树脂黏着剂、或一金属结合剂，其中，树脂黏着剂可为环氧树脂、聚氨酯树脂、压克力树脂、或其组合所组成，而金属结合剂可为青铜粉、锡、镍、铁、锌、银、铅、或其组合所组成。本发明的液态金属复合材料可使用各种方式结合基材以及液态金属层，如滚压热压、硬焊或烧结法，端视所选用的基材与结合层的组成，但本发明并不以此为限，如本发明的一较佳实施例是选择一压克力树脂作为结合层，通过滚压热压法使其塑料基材以及液态金属层能较佳地结合；而本发明的另一较佳实施例则以青铜粉作为结合层通过烧结法结合金属基材以及液态金属层。
[0012]本发明的另一目的是在提供一种液态金属复合材料的制备方法，其是于一基材表面形成一结合层以结合一液态金属层至该基材表面，所制得的液态金属复合材料可作为一同时具有抗刮性、高强度、抗电磁辐射并能兼具美观的外壳所需的基板，有助于实现电器产品薄型化的需求。
[0013]为达成上述目的，本发明的另一态样提供一种液态金属复合材料的制备方法包括:提供一基材；涂布一结合层于基材的一侧或两侧；以及于一结合层的一侧或两侧形成一液态金属层；其中，该液态金属层是将一熔融金属于一低温环境下急速冷却成型。
[0014]本发明上述液态金属复合材料的制备方法中，基于不同电器的需求以及成本考虑，所选用的基材的组成可为塑料、金属、陶瓷、玻璃、或其组合。如本发明一较佳实施例中，为考虑除薄型化电器产品外，更进一步需降低产品重量，因而选用塑料作为基材；本发明的另一较佳实施例则选择以金属作为基材，以提供产品较佳的强度，但本发明并不局限于此。
[0015]本发明上述液态金属复合材料的制备方法中，该液态金属层的组成可选自铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、钼(Pd)或其合金，而该液态金属层更可包括一含量占该液态金属层的0.05至25重量百分比的添加物以调整液态金属的各个特性，如延展性、抗括性、熔点及沸点等，其中该添加物可选自铬(Cr)、铁(Fe)、硅(Si)、碳(C)、硼(B)、磷(P)、钨(W)、钥(Mo)或其组合，但本发明并不局限于此。
[0016]本发明上述液态金属复合材料的制备方法中，由于该液态金属层是于-100°C至室温的低温环境下急速冷却一温度为800°C至1200°C的熔融金属以成型，因此该液态金属层具有一非晶质结构使得该液态金属层具有高硬度、抗刮痕、抗腐蚀、高耐磨、高韧性以及易于加工等特性；在本发明中，该低温环境可为一冷却液体或一惰性气体所形成，其中，冷却液体可为甘油、乙二醇、或水，而惰性气体可选自由氮气、氩气、氦气、氩气或其组合所组成的群组。此外，该液态金属层可以已知本【技术领域】的各种制法完成，如甩带法，但本发明并不以此为限。而考虑到本发明的发明目的，该液态金属层的厚度可控制于15微米至100微米之间，较佳为25微米至80微米。
[0017]本发明上述液态金属复合材料的制备方法中，该结合层可为一树脂黏着剂、或一金属结合剂，其中，树脂黏着剂可为环氧树脂、聚氨酯树脂、压克力树脂、或其组合所组成，而金属结合剂可为青铜粉、锡、镍、铁、锌、银、铅、或其组合所组成。本发明的液态金属复合材料可使用各种方式复合基材以及液态金属层，如滚压热压、硬焊或烧结法，端视所选用的基材与结合层的组成，本发明并不以此为限，如本发明的一较佳实施例是选择一压克力树脂作为结合层，通过滚压热压法使其塑料基材以及液态金属层能较佳地结合；本发明的另一较佳实施例则以青铜粉作为结合层以烧结法结合一金属基材以及液态金属层。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了能够更进一步了解本发明的特征、特点和技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，惟所附附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明，其中:
[0019]图1是本发明一实施例的制作方法流程示意图。
[0020]图2是本发明一实施例的液态金属复合材料的剖面示意图。
[0021]图3是本发明一实施例的液态金属复合材料的立体示意图。
[0022]图4是本发明另一实施例的液态金属复合材料的立体示意图。
【具体实施方式】
[0023]以下是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0024]本发明的实施例中所述图式均为简化的示意图。惟所述附图中的图标仅显示与本发明有关的元件，其所显示的元件非为实际实施时的态样，其实际实施时的元件数目、形状等比例为选择性的设计，且其元件布局型态可能更复杂。
[0025]请参考图1，是为根据本发明的液态金属复合材料的制作方法流程示意图。首先，提供一基材(步骤11);接着，形成一结合层于基材上(步骤12)，与此同时，裁切一合适大小的液态金属层(步骤13);最后，将裁切的液态金属层贴覆于有结合层的基材的一侧或两侧以形成一液态金属复合材料(步骤14)。
[0026]图2是本发明一较佳实施例的液态金属复合材料的剖面示意图；要说明的是，在本发明所形成的液态金属复合材料20中，结合层22是设置于基材21与液态金属层23之间；其中，液态金属层23可选自铝(Al)、钛(Ti)、错(Zr)、铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、钼(Pd)或其合金，且该液态金属层23更可包括一含量占其0.05至25重量百分比的添加物以调整其各个特性，如延展性、抗括性、熔点及沸点等，其中该添加物可选自铬(Cr)、铁(Fe)、硅(Si)、碳(C)、硼(B)、磷(P)、钨(W)、钥(Mo)或其组合；在此实施例中，该液态金属层23是为一镍基金属，其包括:含有15重量百分比的镍、10重量百分比的硅、2重量百分比的硼及73重量百分比的镍所组成。
[0027]在此实施例中，该液态金属层的制备方法是将前述配方所组成的融熔金属加热至960°C至1050°C，再将该高温融熔金属流动至冷却槽的滚轮表面，并使融熔金属在滚轮表面形成一液态金属薄片(即液态金属层23)，其中该液态金属层的厚度为15微米至100微米之间，较佳为25微米至80微米，其厚度可通过滚轮转速或冷却槽温度而控制调整。
[0028]此外，前述的冷却槽具有一低温环境，该低温环境可为一冷却液体或一,清性气体所形成，其中，冷却液体可为甘油、乙二醇、或水，而惰性气体可选自由氮气、氩气、氦气、氩气或其组合所组成的群组；在此实施例中，是利用低温氮气形成一惰性气体的低温环境，相较于冷却液体的低温环境，该惰性气体环境可使融熔金属在滚轮上形成一平坦度更佳的液态金属层，且更可以防止融溶金属在冷却后与冷却液体发生氧化反应而破坏其表面强度及光亮程度；在此实施例中，由于融熔金属(960°C至1050°C )流动至温度在室温以下的低温氮气环境下急速冷却成型，因此该液态金属层具有一非晶质结构，相较于一般金属的结晶性结构，该液态金属层可提供更佳的高硬度、抗刮痕、抗腐蚀、高耐磨、高韧性以及易于加工等特性。
[0029]在本发明中，该基材可为塑料、金属、陶瓷、玻璃、或其组合；该结合层可为一树脂黏着剂、或一金属结合剂，其中，树脂黏着剂可为环氧树脂、聚氨酯树脂、压克力树脂、或其组合所组成，而金属结合剂可为青铜粉、锡、镍、铁、锌、银、铅、或其组合所组成；在此实施例中，是使用一镁铝合金作为基材21，并通过青铜粉作为结合层22，使前述镍基金属的液态金属层23贴覆结合于该基材表面，以形成一液态金属复合材料20。
[0030]请参考图3是本发明一实施例的液态金属复合材料的立体示意图，本实施例是选择一行动通讯装置的外壳作为基材31，由于行动通讯装置通常需以轻薄为优先考虑，通常选用一塑料作为该外壳材料，因此于本实施例中即选择一压克力树脂作为结合层(图未显示)以结合液态金属层33及基材31，形成一具有液态金属复合材料30的行动通讯装置外壳，其中待该液态金属层33贴覆于该基材31后，是使用滚压热压的方式使该液态金属层33可与该基材31紧密贴合。
[0031]请参考图4是本发明另一实施例的液态金属复合材料的立体示意图，本实施例是选择一携带型计算机的外壳作为基材41，携带型计算机除轻便的考虑外，尚需注意其外壳对于内部元件的防护功能，故可选用金属基板作为外壳材料，基于此，本实施例是选择一青铜粉作为结合层材料(图未显示)，于该液态金属层43贴覆于基材41后，通过烧结法结合该基材41及一液态金属层43以形成一具有液态金属复合材料40的携带型计算机外壳。
[0032]综上所述，本发明的液态金属复合材料是通过一结合层结合一基材及一液态金属层，使该基材可具有液态金属的抗刮性、高强度、抗电磁辐射等特征。此外，由于液态金属具易于加工且表面具金属光泽，容易根据各种电器外型需求而塑造，特别是上述实施例所使用以甩带法所制的液态金属，因此，该液态金属复合材料适合作为薄型化电器的外壳。
[0033]上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
【权利要求】
1.一种液态金属复合材料,包括:一基材；一液态金属层，设置于该基材的一侧或两侧；以及一结合层，设置于该基材与该液态金属层之间，使该液态金属层结合于该基材的一侧或两侧；其中，该液态金属层将一熔融金属于一低温环境下急速冷却成型。
2.如权利要求1所述的液态金属复合材料，其中该基材为塑料、金属、陶瓷、玻璃、或其组合。
3.如权利要求1所述的液态金属复合材料，其中该液态金属层选自由铝、钛、锆、铜、镍、钴、钼及其合金所组成的群组。
4.如权利要求4所述的液态金属复合材料，其中该液态金属层还包括一添加物，该添加物选自由铬、铁、硅、碳、硼、磷、钨、钥或其组合所组成。
5.如权利要求5所述的液态金属复合材料，其中该添加物的含量占该液态金属层的0.05至25重量百分比。
6.如权利要求1所述的液态金属复合材料，其中该液态金属层为一非晶质结构。
7.如权利要求1所述的液态金属复合材料，其中该液态金属层的厚度为25微米至80微米。`
8.如权利要求1所述的液态金属复合材料，其中该低温环境为一冷却液体或一,清性气体。
9.如权利要求9所述的液态金属复合材料,其中该惰性气体选自由氮气、気气、氦气、氩气或其组合所组成的群组。
10.如权利要求1所述的液态金属复合材料，其中该结合层为一树脂黏着剂、或一金属结合剂。
11.如权利要求11所述的液态金属复合材料，其中该树脂黏着剂为环氧树脂、聚氨酯树脂、压克力树脂、或其组合。
12.如权利要求11所述的液态金属复合材料，其中该金属结合剂为青铜粉、锡、镍、铁、锌、银、铅、或其组合。
13.—种液态金属复合材料的制备方法,包括:提供一基材；涂布一结合层于基材的一侧或两侧；以及于一结合层的一侧或两侧形成一液态金属层；其中，该液态金属层将一熔融金属于一低温环境下急速冷却成型。
14.如权利要求13所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该基材为塑料、金属、陶瓷、玻璃、或及其组合。
15.如权利要求13所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该熔融金属的温度是为800。。至 1200。。。
16.如权利要求13所述的液态金属复合材料的制备方法,其中该液态金属层选自由铝、钛、锆、铜、镍、钴、钼及其合金所组成的群组。
17.如权利要求16所述的液态金属复合材料的制备方法,其中该液态金属层还包括一添加物，该添加物选自由铬、铁、硅、碳、硼、磷、钨、钥或其组合所组成。
18.如权利要求17所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该添加物的含量占该液态金属层的0.05至25重量百分比。
19.如权利要求13所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该液态金属层为一非晶质结构。
20.如权利要求13所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该液态金属层的厚度为25微米至80微米。
21.如权利要求13所述的液态金属复合材料的制备方法,其中该低温环境为一冷却液体或一,清性气体。
22.如权利要求13所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该低温环境的温度为-100°C至室温。
23.如权利要求21所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该惰性气体选自由氮气、IS气、氦气、IS气或其组合所组成的群组。
24.如权利要求13所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该结合层为一树脂黏着剂、或一金属结合剂。
25.如权利要求24所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该树脂黏着为环氧树脂、聚氨酯树脂、压克力树脂、或其组合。
26.如权利要求24所述的液态金属复合材料的制备方法，其中该金属结合剂为青铜粉、锡、镍、铁、锌、银、铅、或`其组合。
【文档编号】B32B37/08GK103507329SQ201210399157
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2012年6月22日
【发明者】宋健民, 林逸樵, 林弘正 申请人:铼钻科技股份有限公司