用于形成金金屬基體復(fù)合材料的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于形成金金屬基體復(fù)合材料的方法和裝置。提供了使用貴金屬作為組分之一的金屬基體復(fù)合材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，貴金屬采取金的形式并且金屬基體復(fù)合材料具有與18k一致的金質(zhì)量分?jǐn)?shù)。通過(guò)混合貴金屬(例如金)粉末和陶瓷粉末形成混合物、隨后在具有金屬基體復(fù)合材料的近終形的模具內(nèi)將該混合物壓縮，可形成金屬基體復(fù)合材料。隨后將模具中壓縮的混合物加熱以燒結(jié)貴金屬和陶瓷粉末。還公開了使用HIP和金剛石粉末形成貴金屬基體復(fù)合材料的其它技術(shù)。
【專利說(shuō)明】--------丄/丄υ w 用于形成金金屬基體復(fù)合材料的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】 案整體上涉及用于由幾部分組成的設(shè)備組件的方法。特別地，描 述了用于feet、金屬基體見合材料的方法，該金屬基體復(fù)合材料為堅(jiān)固耐 美學(xué)角度取悅?cè)说耐庥^。

【背景技術(shù)】
[000^ 基體復(fù)合材M (MMC) S-種復(fù)合材料，其具有至少兩種組成部分，一種為金 屬。另一種材料可為不同的金屬或非金屬材料例如陶瓷。通過(guò)將增強(qiáng)材料分散到金屬基體 中來(lái)制備MMC?；w是整體材料，在其中嵌入增強(qiáng)體。在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，基體通常為較輕的金 屬例如鋁、鎂或鈦，并且對(duì)于增強(qiáng)體材料提供了適應(yīng)的支撐。將增強(qiáng)體材料嵌入基體中。增 強(qiáng)體材料并不總是起到純粹的結(jié)構(gòu)作用（即增強(qiáng)MMC)，而是還可改變物理性質(zhì)例如麗^的 耐磨性、摩擦系數(shù)或?qū)嵝浴Ｔ鰪?qiáng)體材料可為連續(xù)或不連續(xù)的。不連續(xù)的讓 c可為各向同 性的，并且可用標(biāo)準(zhǔn)的金屬加工技術(shù)例如擠壓、鍛造或乳制來(lái)加工。此外，可以使用常規(guī)技 術(shù)對(duì)它們進(jìn)行機(jī)加工，但是通常會(huì)需要使用多晶金剛石工具 （PCD)。
[0003]所需要的是一種金屬基體復(fù)合材料，其呈現(xiàn)在整個(gè)操作壽命中保持從美學(xué)角度吸 引人的外觀并且在加工和材料兩方面制造相對(duì)廉價(jià)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文描述了涉及在裝飾上吸引人的設(shè)備組件的各種實(shí)施方案。在特別的實(shí)施方案 中，可形成貴金屬基體，其提供用于在裝飾上吸引人的設(shè)備的覆蓋物并且還足夠堅(jiān)固從而 在該設(shè)備的整個(gè)操作壽命中保持在裝飾上吸引人的外觀。
[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，形成金金屬基體復(fù)合材料。該金金屬基體復(fù)合材料包括多孔 預(yù)制體，該多孔預(yù)制體包括多個(gè)陶瓷顆粒和位于陶瓷顆粒之間的空間。該金金屬基體復(fù)合 材料還包括金基體，該金基體包括在多孔預(yù)制體的空間內(nèi)形成的金的網(wǎng)絡(luò)。將該金金屬基 體復(fù)合材料表征為18k金。
[0006]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，描述了用于電子器件的殼體。該殼體包括形成該殼體的至 少一部分外表面的貴金屬基體復(fù)合材料。該貴金屬基體包括具有至少一種類型的貴金屬的 連續(xù)金屬材料。貴金屬基體還包括分散于連續(xù)金屬材料內(nèi)的多個(gè)陶瓷顆粒。與不具有陶瓷 材料的連續(xù)金屬材料相比，該陶瓷顆粒提高了貴金屬基體復(fù)合材料的硬度。該貴金屬基體 復(fù)合材料包括約75質(zhì)量％的貴金屬。
[0007]根據(jù)又一個(gè)實(shí)施方案，描述了形成貴金屬基體復(fù)合材料的方法。該方法包括通過(guò) 用金涂覆多個(gè)陶瓷顆粒來(lái)形成金和陶瓷混合物。該方法還包括將金和陶瓷混合物置于具有 近終形的模具中。該方法還包括在模具中壓縮和加熱該金和陶瓷混合物，形成具有對(duì)應(yīng)于 近終形的形狀的金金屬基體復(fù)合材料。
[0008] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，描述了形成金和金剛石基體復(fù)合材料的方法。該方法包括 使用金顆粒和金剛石顆粒形成金和金剛石的混合物。該方法還包括使用潤(rùn)濕劑對(duì)金剛石顆 粒的表面進(jìn)行改性或涂覆。改性或涂覆的金剛石表面適合于與金顆粒黏合。該方法還包括 壓縮和加熱該金和金剛石的混合物。潤(rùn)濕劑在金剛石表面處形成碳化物，在壓縮和加熱期 間該碳化物適合于與金黏合。
[0009]應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于上述的任何方法，陶瓷可采取許多形式。例如，除了金以外金 屬基體復(fù)合材料還可包括任何以下材料的任意組合：碳化硼、金剛石、立方氮化硼、氮化鈦 (TiN)、硅酸鐵鋁（石榴石）、碳化硅、氮化鋁、氧化鋁、藍(lán)寶石粉末、氧化釔、氧化鋯和碳化 鎢。在金屬基體復(fù)合材料中與金一起使用的材料的選擇可基于許多因素例如顏色、所需的 密度（視為重量）、滿足設(shè)計(jì)/銷售標(biāo)準(zhǔn)所需的金量等等。
[0010]由以下結(jié)合附圖舉例說(shuō)明所描述的實(shí)施方案的原則的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方 面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 參考以下描述和附圖可更好地理解所描述的實(shí)施方案。此外，參考以下描述和附 圖可更好地理解所描述的實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0012] 圖1A-1D顯示了根據(jù)所描述的實(shí)施方案用于形成金金屬基體復(fù)合材料的粉末冶 金方法。
[0013] 圖2顯示了詳述根據(jù)圖1A-1D的粉末冶金方法的流程圖。
[0014]圖3A-3E顯示了根據(jù)所描述的實(shí)施方案用于形成金金屬基體復(fù)合材料的擠壓鑄 造方法。
[0015]圖4顯示了詳述根據(jù)圖3A-3E的擠壓鑄造方法的流程圖。
[0016]圖5A-5D顯示了根據(jù)所描述的方案用于形成金金屬基體復(fù)合材料的修正的粉末 冶金方法。
[0017]圖6顯示了詳述根據(jù)圖5A-OT的修正的粉末冶金方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 在這一節(jié)中描述了根據(jù)本申請(qǐng)的方法和裝置的代表性的應(yīng)用。提供這些實(shí)施例僅 為加入上下文并且有助于理解所描述的實(shí)施方案。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚可實(shí)施不具 有這些特定細(xì)節(jié)中的一些或全部的所描述的實(shí)施方案。在其它情況下，沒(méi)有詳細(xì)描述公知 的方法步驟以避免不必要地使所描述的實(shí)施方案模糊不清。其它應(yīng)用是可能的，從而以下 實(shí)施例不應(yīng)被視為限制。
[0019] 在以下的詳細(xì)描述中參考附圖，附圖形成說(shuō)明書的一部分并且在附圖中根據(jù)所描 述的實(shí)施方案通過(guò)說(shuō)明顯示了特定實(shí)施方案。盡管足夠詳細(xì)地描述了這些實(shí)施方案以使本 領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┧枋龅膶?shí)施方案，但是要理解這些實(shí)施例不是限制性的；從而可 使用其它實(shí)施方案，并且可做出改變而不脫離所描述的實(shí)施方案的精神和范圍。
[0020] 本文提供了用于提供非常適合于用作設(shè)備的外部結(jié)構(gòu)的金屬基體復(fù)合材料的方 法和相關(guān)裝置的描述。在一些實(shí)施方案中，該設(shè)備為電子器件或用于電子器件的附設(shè)件。在 特別的實(shí)施方案中，該金屬基體復(fù)合材料形成電子器件的殼體或殼體的一部分。在一些實(shí) 施方案中，金屬基體復(fù)合材料包括至少一種貴金屬。該貴金屬可包括例如金、銀和鉑中的一 種或多種。這樣，金屬基體復(fù)合材料可提供在裝飾上吸引人并且堅(jiān)固的零件，該零件可用于 增強(qiáng)設(shè)備的用戶體驗(yàn)。
[0021] 對(duì)于該討論的剩余部分，金屬基體復(fù)合材料包括作為貴金屬的金（或主要為金）。 然而，根據(jù)所描述的實(shí)施方案還可使用其它貴金屬例如銀和/或鉑。在一些實(shí)施方案中，在 金屬基體復(fù)合材料內(nèi)結(jié)合使用金和一種或多種不同的金屬例如不同的貴金屬。
[0022] 通常，金屬基體復(fù)合材料中金量的指標(biāo)可以以開（或克拉）形式表示，開（或克 拉）表示金合金中的金量，其中24k表示幾乎純金并且1?表示18/24或75質(zhì)量％的金。 更具體地，測(cè)得開純度為24乘以以質(zhì)量計(jì)的純度 ：
[0023] k = 24X (M/MJ 其中
[0024] k為材料的開等級(jí)，
[0025] Mg為材料中純金的質(zhì)量，并且
[0026] 為材料的總質(zhì)量
[0027] 應(yīng)當(dāng)指出的是，在通常的使用中，由于單質(zhì)金固有的柔軟，通常使用多種金屬例如 銀、鉑等將金合金化至小于24k。然而，在以下討論的上下文中，除了金以外金金屬基體復(fù)合 材料（g麗C)還可包括合金化金屬例如銀、和/或作為增強(qiáng)體材料的陶瓷材料。陶瓷的選擇 可取決于gMMC所需的材料性質(zhì)。這樣的材料性質(zhì)可包括例如硬度、耐腐蝕性、可加工性和 顏色。特別地，可基于特定的陶瓷材料來(lái)選擇顏色。例如，碳化硅粉末可為黑色或綠色，而 氧化釔粉末可為白色。這樣，可使gMMC反射處于可見光光譜的特定范圍內(nèi)的光以提供所需 的顏色外觀。
[0028] 除了使用盡可能少的金同時(shí)維持特定的開數(shù)以外，可形成具有所選擇的非常適合 于提供有利的用戶體驗(yàn)的美學(xué)性質(zhì)的gMMC。例如，與單位體積的不具有陶瓷的相同開數(shù)的 金合金相比，使用金與作為增強(qiáng)體的陶瓷結(jié)合的單位體積的18k的gMMC可為更不致密的， 可需要更少的金并且可為更耐刮的。耐刮性通常涉及gMMC的硬度，其可使用維氏硬度測(cè)試 來(lái)測(cè)量。在本文描述的實(shí)施方案中，gMMC的硬度通常比相同開數(shù)的金合金更硬。在一些實(shí) 施方案中，如由維氏測(cè)試測(cè)量的，gMMC具有至少400Hv的硬度。
[0029] 此外，通過(guò)選擇特定的陶瓷材料，gMMC可為耐刮和耐腐蝕的，可被拋光至很高的程 度以帶來(lái)自然光澤，可具有高程度的可機(jī)加工性（即很容易被機(jī)加工成任何所需的形狀）， 并且在一些情況下，提供良好的熱傳遞特性。例如，由于金剛石增強(qiáng)體的優(yōu)異熱傳遞特性， 可將金剛石粉末與金一起使用以形成具有優(yōu)異熱傳遞特性的gMMC。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，為 了金和金剛石形成可行的gMMC，可需要促進(jìn)通過(guò)金潤(rùn)濕金剛石表面的潤(rùn)濕劑。硼、硅、鈦、鉻 和鎢是合適的潤(rùn)濕劑的實(shí)例，其可與金剛石反應(yīng)以形成促進(jìn)通過(guò)基體金屬潤(rùn)濕金剛石表面 的碳化物層，其對(duì)于金和金剛石MMC的形成可為必要的。
[0030] 所關(guān)注的其它陶瓷性質(zhì)可包括陶瓷顆粒的尺寸。太大的顆粒可阻礙gMMC的拋光， 因?yàn)樵趻伖獠僮髌陂g可移除大顆粒并且引起gMMC表面的點(diǎn)蝕。此外，大尺寸的顆粒還具有 阻礙燒結(jié)過(guò)程的潛力，因?yàn)榇箢w粒具有在顆粒之間形成大間隙的傾向。顆粒之間的大間隙 可阻礙燒結(jié)操作期間大顆粒合并的能力。此外，在一些實(shí)施方案中，陶瓷顆粒的尺寸足夠小 從而賦予gMMC連續(xù)的外觀。這就是說(shuō)，陶瓷顆粒不是如此的大以至于在gMMC內(nèi)在視覺(jué)上 不是可區(qū)分的。
[0031] 應(yīng)當(dāng)指出的是，根據(jù)固定的開數(shù)值存在陶瓷體積分?jǐn)?shù)的優(yōu)化范圍。陶瓷體積分?jǐn)?shù) 的優(yōu)化范圍可基于gMMC所需的硬度范圍。例如，如果降低陶瓷體積分?jǐn)?shù)（相對(duì)更多的金）， 則可降低gMMC的硬^ (接近純金的硬度）。隨著陶瓷的體積分?jǐn)?shù)增加（伴隨金量的降低）， gMMC的硬度通常提高至其中g(shù)MMC開始表現(xiàn)出脆性的點(diǎn)。因此，可基于所需的gMC材料性 質(zhì)、gMMC開數(shù)、陶瓷密度和其它性質(zhì)來(lái)確定陶瓷體積分?jǐn)?shù)的優(yōu)化范圍。
[0032]對(duì)于該討論的其余部分，討論了具有作為至少一種金屬性成分的金和作為增強(qiáng)體 成分的陶瓷的金屬基體復(fù)合材料。特別地，根據(jù)1?材料gMMC為75質(zhì)量％的金和25質(zhì) 量％的陶瓷增強(qiáng)體。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，本文所描述的方法不限于僅金和陶瓷金屬基體復(fù) 合材料并且根據(jù)所描述的實(shí)施方案可使用處于任何合適開數(shù)的任何合適的基體組成。
[0033]由于每單位體積的陶瓷顆粒的密度小于通常用于將金合金化的金屬（例如銅、 銀、鎳），因而單位體積的18k的gMMC比單位體積的金合金更不致密并且因此需要更少的 金。因此，可調(diào)節(jié)陶瓷顆粒的尺寸（密度）以獲得所需的MMC密度，該!^^密度可表示如 下：
[0034] p !是金的密度，P 2是陶瓷的密度，Vi是1kg的gMMC的體積，k為開數(shù)
[0035] V! = (1 - (k/24)/ P 2) + ((k/24)/ p ,))
[0036] 對(duì)千 k = 18
[0037] Y, = (. 25/p2) + (. 75/p ^
[0038] VF 陶瓷=((· 25/ p 2)/V】）
[0039] VF 金=((· 75/p )/%)
[0040]因此，隨著k增大（gMMC的較大部分為金），相應(yīng)的陶瓷體積分?jǐn)?shù)（VF_)減小。 然而，對(duì)于恒定的k，隨著陶瓷的密度（p2)提高，相應(yīng)的陶瓷體積分?jǐn)?shù)（VFpeg)減小。因此， 對(duì)于恒定的k，隨著增強(qiáng)體的密度降低，用于相同部件的金的質(zhì)量減小。此外，由于 18kgMMC 的密度小于18k金屬基金合金，因而iskgMMC中使用的金量小于18k金屬基金合金中使用 的金量。
[0041] 圖1A-1D顯示了根據(jù)所描述的實(shí)施方案用于形成gMMC的粉末冶金方法。在圖1A 中，將金顆粒102和陶瓷顆粒104混合在一起形成混合物106。金顆粒102可為任何合適 的形式，包括金的粉末或片體形式。金顆粒102可由基本上純金或金合金制得。陶瓷顆粒 104可由任何合適類型的陶瓷材料例如合適的金屬氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和硅化 物制得。在一些實(shí)施方案中，陶瓷顆粒104包括石榴石、碳化硼、碳化硅、氮化鋁、金剛石、氮 化硼、氧化鋁、藍(lán)寶石、氧化釔、氧化鈦和氧化鋯中的一種或多種。如上所述，可基于多個(gè)因 素例如最終gMMC所需的顏色、密度、硬度、耐腐蝕性、可機(jī)加工性和拋光能力來(lái)選擇陶瓷材 料的類型?？墒褂萌魏魏线m的混合技術(shù)混合金顆粒102和陶瓷顆粒104。應(yīng)當(dāng)指出的是， 為了確保良好的混合并提供隨后的燒結(jié)操作的良好基礎(chǔ)，可選擇陶瓷顆粒104的尺寸以使 混合物106中陶瓷顆粒104之間的開放空間的量最小化。如上所述，混合物106內(nèi)金顆粒 102的相對(duì)量將取決于最終gMMC所需的開數(shù)。
[0042] 如上所述，在一些實(shí)施方案中，使用潤(rùn)濕劑有助于在隨后的壓縮操作和/或燒結(jié) 操作期間陶瓷顆粒104與金顆粒102的黏合。在與金顆?；旌锨翱捎脻?rùn)濕劑涂覆陶瓷顆粒 104或者可向混合物106添加潤(rùn)濕劑。在一些實(shí)施方案中，潤(rùn)濕劑將陶瓷顆粒104的表面 改性。例如，可用潤(rùn)濕劑涂覆金剛石顆粒，該潤(rùn)濕劑通過(guò)使碳化物在金剛石顆粒的表面上形 成而將金剛石顆粒的表面改性。在隨后的燒結(jié)期間該碳化物有助于陶瓷顆粒104與金顆粒 102的黏合。在一些實(shí)施方案中，潤(rùn)濕劑包括硼、硅、鈦、鉻和鎢中的一種或多種。
[0043] 在圖1B中，將混合物106置于具有類似于gMMC最終形狀的近終形的模具1〇8內(nèi)。 當(dāng)處于模具108內(nèi)時(shí),將壓力110施加至混合物106上使得混合物106的孔隙率降低。這 就是說(shuō)，混合物106的密度提高。壓縮后混合物106的密度與所施加的壓力11〇的量成比 例。此外，將混合物106壓向模具108從而取得模具108的近終形。在一些實(shí)施方案中，在 壓縮期間對(duì)gMMC施加熱。在壓縮后，可從模具108移除該壓縮的混合物1〇 6并且保留近終 形。
[0044] 在圖1C中，將壓縮的混合物106置于爐112中并且暴露于燒結(jié)操作。在燒結(jié)期間 加熱該壓縮的混合物106使得在壓縮的混合物106內(nèi)的金顆粒102與陶瓷顆粒104之間發(fā) 生黏合。注意到在一些實(shí)施方案中，將壓縮過(guò)程（圖1B)和加熱過(guò)程（圖1C)結(jié)合在有時(shí) 被稱為熱等靜壓（HIP)過(guò)程的單一過(guò)程中。這就是說(shuō)，將混合物106同時(shí)暴露于壓力和熱。 這可使用設(shè)計(jì)來(lái)向混合物106傳導(dǎo)熱同時(shí)壓縮混合物106的模具來(lái)完成。一旦冷卻，就形 成具有模具108的近終形的gMMC114。
[0045] 在圖ID中，隨后可從爐112移除gMMC114。在一些實(shí)施方案中，將gMMC114暴露 于一個(gè)或多個(gè)成型過(guò)程，例如一個(gè)或多個(gè)機(jī)加工或拋光過(guò)程，使得gMMC114取得最終所需 的形狀。在一些實(shí)施方案中，gMMC114取得適用于電子器件的殼體或殼體的一部分的最終 形狀。在一些實(shí)施方案中，gMMC114形成殼體的外部，例如覆蓋殼體的外表面的層。由于 fMC114包括源自陶瓷顆粒1〇4的陶瓷部分，因而與金或金合金結(jié)構(gòu)相比gMMCl 14具有更 高的耐刮性和硬度。源自金顆粒102的gMMC114的金部分賦予gMMC114金色顏色和外觀。 如上所述，陶瓷顆粒的gMMC114的密度小于通常用于將金合金化的金屬。因此，單位體積的 gMMC114通常比單位體積的金金屬合金更不致密并且因而需要更少的金。
[0046]圖2是詳述根據(jù)所描述的實(shí)施方案的粉末冶金方法200的流程圖。可通過(guò)進(jìn)行至 少以下操作來(lái)進(jìn)行方法200。在202中，可將金顆粒與相應(yīng)量的陶瓷顆?；旌?，形成金和陶 瓷混合物。在一些實(shí)施方案中，金顆粒和陶瓷顆粒每個(gè)均為粉末形式。在204中，將金和陶 瓷混合物成形成近終形，這意味著以這樣的方式加工該金和陶瓷混合物從而取得類似于所 需的最終形狀的形式。在一個(gè)實(shí)施方案中，可通過(guò)在模具或具有成型的內(nèi)部的其它容器中 壓縮該混合物來(lái)進(jìn)行成形成近終形。在206中，可在使金和陶瓷顆粒彼此黏合的燒結(jié)操作 中加熱該壓縮的混合物。在一些情況下，可將操作204和206結(jié)合成使用熱等靜壓或HIP 的單一操作208。
[0047]圖3A-3E顯示了根據(jù)所描述的實(shí)施方案用于形成gMMC的擠壓鑄造方法。在圖3A 中，將陶瓷顆粒302與混合物3〇6 (其包括黏合劑304和水）在容器310內(nèi)結(jié)合，形成預(yù)制 體復(fù)合材料308。陶瓷顆粒3〇2可為任何合適的形式，包括陶瓷粉末形式，并且可由任何合 適類型的陶瓷材料例如合適的金屬氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和硅化物制得?？苫?多個(gè)因素例如最終的gMMC所需的顏色、密度、硬度、耐腐蝕性、可機(jī)加工性和拋光能力來(lái)選 擇陶瓷材料的類型。黏合劑304可由在水溶液中時(shí)適用于將陶瓷顆粒 3〇2黏合在一起并且 在黏合劑移除過(guò)程期間為可移除的任何材料。在一些實(shí)施方案中，黏合劑3〇4包括可商購(gòu) 的陶瓷黏合劑。
[0048]在圖3B中，從容器310移除預(yù)制體復(fù)合材料308并且將其置于爐312中用于干燥 和黏，劑移除過(guò)程。來(lái)自爐312的熱移除來(lái)自預(yù)制體復(fù)合材料3〇8的水和黏合劑304,形成 多孔預(yù)制體314。此外，熱可將陶瓷顆粒熔融或燒結(jié)在一起使得當(dāng)水和黏合劑 3〇4被移除 時(shí)孔隙在陶瓷顆粒之間形成。這樣，形成了多孔預(yù)制體314,其包括曾有黏合劑304和水的 孔隙。多孔預(yù)制體314內(nèi)的孔隙體積將部分取決于預(yù)制體復(fù)合材料308內(nèi)黏合劑/水混合 物306的相對(duì)量以及陶瓷顆粒302的尺寸。在一些實(shí)施方案中，多孔預(yù)制體314經(jīng)歷一個(gè) 或多個(gè)成型過(guò)程，例如一個(gè)或多個(gè)機(jī)加工或拋光過(guò)程。
[0049] 在圖3C中，將多孔預(yù)制體314置于容器316內(nèi)并且向多孔預(yù)制體314添加金顆粒 318。金顆粒318可為任何合適的形式，包括粉末或片體，并且可由基本上純金或金合金制 得。在一些實(shí)施方案中，向多孔預(yù)制體314添加潤(rùn)濕劑以有助于金顆粒318與多孔預(yù)制體 314的黏合。在圖邪中，將多孔預(yù)制體314和金 318置于爐320中。在一些實(shí)施方案中，容 器316對(duì)于熱基本上為非化學(xué)活性的，使得當(dāng)置于爐320中時(shí)預(yù)制體314和金顆粒318保 留在容器316內(nèi)。來(lái)自爐 32〇的熱可熔化金顆?；?,形成通過(guò)毛細(xì)管作用滲透到多孔預(yù)制 體314的孔隙內(nèi)的熔融金。在一些實(shí)施方案中，將金顆粒318加熱至剛好高于金顆粒318 的熔點(diǎn)的溫度。在加熱時(shí)可在爐320內(nèi)施加壓力（例如通過(guò)加壓氣體）以有助于熔融金在 多孔預(yù)制體314的孔隙內(nèi)的滲透。滲透到多孔預(yù)制體314內(nèi)的金顆粒318的相對(duì)量將取決 于多孔預(yù)制體的孔隙體積和最終的gMMC所需的開數(shù)。當(dāng)熔融金變成充分滲透到多孔預(yù)制 體內(nèi)時(shí)，形成gM!C322。
[0050] 在圖3E中，從爐320移除gMMC322并且將其冷卻。由于使用上述的粉末冶金法制 造 gMMC114,與金或金合金結(jié)構(gòu)相比gMMC322具有更高的耐刮性和硬度并且比單位體積的 金金屬合金通常需要更少的金。在一些實(shí)施方案中，例如使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)加工或拋光過(guò) 程將gMMC 322成型。在一些實(shí)施方案中，將gMMC322成型成用于電子器件的殼體或殼體的 一部分。
[0051] 圖4顯示了詳述根據(jù)所描述的實(shí)施方案的擠壓鑄造方法400的流程圖?？赏ㄟ^(guò)進(jìn) 行至少以下操作來(lái)進(jìn)行方法400。在402中，將陶瓷粉末和黏合劑（加上水）結(jié)合，形成預(yù) 制體復(fù)合材料。在404中，將預(yù)制體復(fù)合材料干燥和燒結(jié)，移除黏合劑和水并且形成多孔預(yù) 制體。在406中，可進(jìn)行任選的機(jī)加工操作。在一些實(shí)施方案中，可根據(jù)gMMC預(yù)定的最終 形狀使用任選的機(jī)加工操作將該預(yù)制體成型。在408中，向多孔預(yù)制體添加金。在一些實(shí) 施方案中，金為金顆粒形式（例如金粉末或片體）。在410中，在壓力下將金和陶瓷預(yù)制體 加熱至剛好高于金的熔點(diǎn)的溫度。熱將金液化成熔融金，并且壓力促進(jìn)該熔融金通過(guò)毛細(xì) 管作用滲透到陶瓷預(yù)制體中。結(jié)果是具有預(yù)定形狀的gMMC。在一些實(shí)施方案中，將gMMC進(jìn) 一步成型，形成最終的形狀。
[0052]圖5A-ro顯示了根據(jù)所述的實(shí)施方案用于形成gMMC的修正的粉末冶金方法。在 5A中，用金涂覆陶瓷顆粒5〇2,形成涂覆有金的顆粒504。在一些實(shí)施方案中，通過(guò)將金或金 合金材料加熱成熔融形式并且混合在陶瓷顆粒 5〇2中來(lái)完成涂覆。在一些實(shí)施方案中，添 加潤(rùn)濕劑以有助于陶瓷顆粒5〇2與熔融金的黏合。在5B中，將涂覆有金的顆粒504置于具 有類似于gMMC最終形狀的近終形的模具 5〇8內(nèi)。將壓力510施加到涂覆有金的顆粒504 上，使得涂覆有金的顆粒504的密度增加。在壓縮后，可從模具508移除該壓縮的涂覆有金 的顆粒 5〇4并且保留近終形。
[0053]在圖5C中，將壓縮的涂覆有金的顆粒5〇4置于爐512中并且暴露于燒結(jié)操作，使 得在涂覆有金的顆粒504之間發(fā)生黏合。在一些實(shí)施方案中，將壓縮過(guò)程（圖5B)和加熱 過(guò)程（圖5C)結(jié)合在單一過(guò)程例如HIP過(guò)程中。一旦冷卻，就形成具有模具 508的近終形 的gMMC514。在圖5D中，從爐512移除gMMC114。在一些實(shí)施方案中，隨后使用一個(gè)或多個(gè) 成型過(guò)程例如一個(gè)或多個(gè)機(jī)加工或拋光過(guò)程將gMMC514成型，使得gMMC114取得最終所需 的形狀。由于gMMC514包括源自陶瓷顆粒502的陶瓷部分，與金或金合金結(jié)構(gòu)相比gMMC514 具有更高的耐刮性和硬度。如上所述，陶瓷顆粒的gMMC514的密度小于通常用于將金合金 化的金屬。因此，單位體積的gMMC514比單位體積的金金屬合金通常更不致密并且因而需 要更少的金。在一些實(shí)施方案中，將gMMC514成型以形成用于電子器件的殼體或殼體的一 部分。
[0054] 圖6是詳述根據(jù)所描述的實(shí)施方案的修正的粉末冶金方法600的流程圖?？赏?過(guò)進(jìn)行至少以下操作來(lái)進(jìn)行方法600。在602中，可用金涂覆陶瓷顆粒，形成涂覆有金的顆 粒。隨后在604中可以以減少涂覆有金的顆粒之間的空間并且增加其密度的方式將涂覆有 金的顆粒壓縮。在606中，壓縮的涂覆有金的顆?？山?jīng)歷具有形成gMM C的效果的加熱操 作。應(yīng)當(dāng)指出的是，如上述的方法200那樣，可將操作604和606結(jié)合成使用HIP的單一操 作 608。
[0055] 下面的表1總結(jié)了根據(jù)所描述的實(shí)施方案的各種18k金樣品A-F的相對(duì)金體積和 質(zhì)量。
[0056] 表1. 18k金樣品的相對(duì)金體積和質(zhì)量
[0057]

【權(quán)利要求】
1. 一種金金屬基體復(fù)合材料，其包含： 包含多個(gè)陶瓷顆粒的多孔預(yù)制體，該多孔預(yù)制體包括位于陶瓷顆粒之間的空間；和 金基體，該金基體包含在多孔預(yù)制體的空間內(nèi)形成的金的網(wǎng)絡(luò)，其中將該金金屬基體 復(fù)合材料表征為18k金。
2. 權(quán)利要求1的金金屬基體復(fù)合材料，其中該金金屬基體復(fù)合材料的密度小于約10g/ cm3。
3. 權(quán)利要求1的金金屬基體復(fù)合材料，其中該金金屬基體復(fù)合材料的熔點(diǎn)高于約 1200。。。
4. 權(quán)利要求1的金金屬基體復(fù)合材料，其中該陶瓷顆粒包括石榴石、碳化硼、碳化硅、 氮化錯(cuò)、金剛石、氮化硼、氧化錯(cuò)、藍(lán)寶石、氧化釔、氧化鈦和氧化锫中的一種或多種。
5. -種金金屬基體復(fù)合材料，其包含： 包含多個(gè)陶瓷顆粒的多孔預(yù)制體，該多孔預(yù)制體包括位于陶瓷顆粒之間的空間；和 金基體，該金基體包含在多孔預(yù)制體的空間內(nèi)形成的金的網(wǎng)絡(luò)，其中將該金金屬基體 復(fù)合材料表征為18k金， 其中該金金屬基體復(fù)合材料的密度為約2g/cm3至約5g/cm3， 其中該金金屬基體復(fù)合材料的熔點(diǎn)高于約1200°C。
6. 權(quán)利要求5的金金屬基體復(fù)合材料，其中該陶瓷顆粒包括石榴石、碳化硼、碳化硅、 氮化錯(cuò)、金剛石、氮化硼、氧化錯(cuò)、藍(lán)寶石、氧化釔、氧化鈦和氧化锫中的一種或多種。
7. -種金金屬基體復(fù)合材料，其包含： 包含多個(gè)陶瓷顆粒的多孔預(yù)制體，該多孔預(yù)制體包括位于陶瓷顆粒之間的空間；和 金基體，該金基體包含在多孔預(yù)制體的空間內(nèi)形成的金的網(wǎng)絡(luò)，其中將該金金屬基體 復(fù)合材料表征為18k金， 其中該金金屬基體內(nèi)陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)大于約50%。
8. 權(quán)利要求7的金金屬基體復(fù)合材料，其中該金基體具有約7. Og/cm3或更大的密度。
9. 一種金金屬基體復(fù)合材料，其包含： 包含多個(gè)陶瓷顆粒的多孔預(yù)制體，該多孔預(yù)制體包括位于陶瓷顆粒之間的空間；和 金基體，該金基體包含在多孔預(yù)制體的空間內(nèi)形成的金的網(wǎng)絡(luò)，其中將該金金屬基體 復(fù)合材料表征為18k金， 其中陶瓷顆粒足夠小從而賦予金金屬基體復(fù)合材料連續(xù)的外觀， 其中該金金屬基體復(fù)合材料表征為具有至少400Hv的維氏硬度值。
10. 權(quán)利要求9的金金屬基體復(fù)合材料，其中該金金屬基體內(nèi)陶瓷顆粒的體積分?jǐn)?shù)大 于約50%。
11. 權(quán)利要求9的金金屬基體復(fù)合材料，其中該金金屬基體復(fù)合材料具有與用于電子 器件的殼體一致的形狀。
12. -種用于電子器件的殼體，該殼體包含： 形成殼體的至少一部分外表面的貴金屬基體復(fù)合材料，該貴金屬基體復(fù)合材料包含： 包含至少一種類型的貴金屬的連續(xù)金屬材料，和 分散于連續(xù)金屬材料內(nèi)的多個(gè)陶瓷顆粒，與不具有陶瓷顆粒的連續(xù)金屬材料相比， 多個(gè)陶瓷顆粒提高了貴金屬基體復(fù)合材料的硬度，其中貴金屬基體復(fù)合材料包含約75質(zhì) 量％的貴金屬。
13. 權(quán)利要求12的殼體，其中與不具有多個(gè)陶瓷顆粒的連續(xù)金屬材料相比，陶瓷顆粒 提1? 了貴金屬基體復(fù)合材料的耐刮性。
14. 權(quán)利要求12的殼體，其中貴金屬的類型包括金、銀和鉬中的一種或多種。
15. 權(quán)利要求12的殼體，其中按維氏標(biāo)度測(cè)量該貴金屬基體復(fù)合材料的硬度為至少 400Hv。
16. -種用于電子器件的殼體，該殼體包含： 形成殼體的至少一部分外表面的貴金屬基體復(fù)合材料，該貴金屬基體復(fù)合材料包含： 包含至少一種類型的貴金屬的連續(xù)金屬材料，和 分散于連續(xù)金屬材料內(nèi)的多個(gè)陶瓷顆粒，與不具有陶瓷顆粒的連續(xù)金屬材料相比，多 個(gè)陶瓷顆粒提高了貴金屬基體復(fù)合材料的硬度，其中該貴金屬基體復(fù)合材料包含約75質(zhì) 量％的貴金屬， 其中貴金屬的類型包括金、銀和鉬中的一種或多種，其中貴金屬基體內(nèi)陶瓷顆粒的體 積分?jǐn)?shù)大于約50%。
17. -種形成金和金剛石基體復(fù)合材料的方法，其包括： 使用金顆粒和金剛石顆粒形成金和金剛石的混合物； 使用潤(rùn)濕劑對(duì)金剛石顆粒的表面進(jìn)行改性或涂覆，改性或涂覆的金剛石表面適合于與 金顆粒黏合； 以及 壓縮和加熱該金和金剛石的混合物，潤(rùn)濕劑在金剛石表面處形成碳化物，在壓縮和加 熱期間該碳化物適合于與金黏合。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中該潤(rùn)濕劑包括硼、硅、鈦、鉻和鎢中的一種或多種。
19. 一種形成金和金剛石基體復(fù)合材料的方法，其包括： 選擇相對(duì)量的金顆粒和金剛石顆粒，使得將金和金剛石基體復(fù)合材料表征為18k金； 通過(guò)混合該相對(duì)量的金顆粒和金剛石顆粒形成金和金剛石的混合物； 使用潤(rùn)濕劑對(duì)金剛石顆粒的表面進(jìn)行改性或涂覆，改性或涂覆的金剛石表面適合于與 金顆粒黏合； 以及 壓縮和加熱該金和金剛石混合物，潤(rùn)濕劑在金剛石表面處形成碳化物，在壓縮和加熱 期間該碳化物適合于與金黏合。
20. 權(quán)利要求19的方法，其還包括： 將該金和金剛石混合物置于具有近終形的模具中；和 在模具中壓縮和加熱該金和金剛石混合物，形成具有對(duì)應(yīng)于近終形的形狀的金金屬基 體復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C22C26/00GK104233039SQ201410254210
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月10日
【發(fā)明者】C·D·克利斯托弗, L·E·布朗寧, M·K·皮里奧德, T·A·沃紐克 申請(qǐng)人:蘋果公司