JP7765510B2

JP7765510B2 - アルミニウム金属マトリックス複合材のガラスエナメル加工

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Publication number: JP7765510B2
Application number: JP2024005799A
Authority: JP
Inventors: ショーン・マカナニー; サミュエル・サラモーネ; マイケル・アガジャニアン
Original assignee: II VI Delaware Inc
Current assignee: II VI Delaware Inc
Priority date: 2023-09-29
Filing date: 2024-01-18
Publication date: 2025-11-06
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Also published as: EP4530373A1; CN119736629A; JP2025060362A; US20250333848A1

Description

[0001]電子デバイスの多くのタイプは、ポータブルの、「ハンドヘルド型」モバイルデバイスである。そのようなデバイスの電子、通信およびディスプレイの各コンポーネントを保護するために、デバイスの外部ハウジング（例えば、シャーシ、ケース、シェル、等）は、頑丈で弾力性がある上に、薄型で軽量に設計しなければならない。

[0002]魅力的で耐久性がありながら、薄型で軽量のハウジングを設計することは、１つまたは複数の所望の特性が期待される性能を満たさないという妥協を生じることが多い。すなわち、薄型で、軽量であって、美的に優れたパッケージに耐久性を盛り込んだハウジング設計に対するニーズがある。

[0003]本開示の主題は、上述の問題の負の観点を回避することを対象としている。

[0004]本開示によれば、金属マトリックス複合材（ＭＭＣ：ｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）材料で作られた構造体にエナメル加工コーティングを形成する方法が提供される。いくつかの実施例では、この方法は、所与の熱膨張係数（ＣＴＥ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を有するＭＭＣ材料で形成された構造体を準備するステップを含む。ガラスフリット材料と顔料材料を含むように、エナメル混合物が形成され、この材料は、実質的に類似のＣＴＥを有する混合物を生ずるように選択される。ＭＭＣ構造体の表面がエナメル混合物でコーティングされて、次いで、構造体は、エナメル混合物を溶融させて接合するために加熱される。熱処理の後に、加熱された、コーティング済のＭＭＣ構造体は冷却されて、それによって、選択された顔料に対応する色を有する、ガラスエナメル加工コーティングを達成する。

[0005]従来型アプローチのニーズは、ＭＭＣ構造体（例えば、電子デバイス用に使用されるハウジング）に関し、より具体的には、ガラスエナメル加工コーティングでコーティングされたＭＭＣ構造体のコンポーネントに関する、本発明の方法およびデバイスによって対処される。

[0006]本開示のこれらの特徴およびその他の特徴は、以後に記載される、後続の説明と添付の特許請求の範囲からより完全に明白となるであろう。
[0007]本開示の上記およびその他の特徴をさらに明確にするために、主題についてのより具体的な説明が、添付の図面に示された、それについての特定の実施例を参照して行われる。これらの図面は、主題についてのいくつかの実施例を描写したものにすぎず、したがって主題の範囲を限定するものと見なされるべきではないことを理解されたい。

[0008]本開示の態様による、電子デバイスハウジング用途に対する材料選択肢を列挙する表を示す図である。 [0009]図２Ａ～２Ｅは、本開示による、例示的な陽極酸化基板を示す図である。 [0010]図３Ａは、本開示の態様による、ＭＭＣ基板に適用される、例示的なガラスエナメル加工技法を示す図である。 [0011]図３Ｂは、本開示の態様による、ＭＭＣとガラスエナメル加工コーティングの間でＣＴＥが合致していない、ガラスエナメル加工コーティングが施された、例示的ＭＭＣ基板を示す図である。 [0012]図４Ａは、本開示の態様による、ＭＭＣ基板のガラスエナメル加工のための例示的なエナメル混合物組成の表を示す図である。 [0013]図４Ｂおよび４Ｃは、本開示の態様による、エナメル加工コーティングが施されたＭＭＣハウジングの実施例を示す図である。 [0014]図５Ａは、本開示の態様による、露出された表面を有するＭＭＣ基板を示す図であり、図５Ｂは、本開示の態様による、エナメル混合物と熱処理の適用後の図５ＡのＭＭＣ基板を示す図である。 [0015]本開示の態様による、ＭＭＣ材料をエナメルコーティングする例示的方法１００を表わすフローチャートである。

[0016]図は、必ずしも縮尺に一致していない。適切な場合には、類似または同様の参照番号を使用して、類似または同様のコンポーネントを参照する。
[0017]金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料から作られた構造体上にエナメル加工コーティングを形成する方法が提供される。

[0018]図１に注目すると、電子ハウジング用途のためのいくつかの材料選択肢を列挙する表が示されている。図示のように、明るい灰色の四角は好ましい値を表わし、黒の四角は好ましくない値を表わし、中間の灰色の四角は中程度の値を表わす。考慮される材料選択肢には、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム、チタン、Ａｌ／ＳｉＣ－５５ｐＭＭＣ、およびＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３－５０ｐＭＭＣが含まれる。考慮される材料特性は、材料の質量（ｇ／ｃｃ）、剛性、延性、強度、（他の材料と比較した）硬度、ＣＴＥ、熱伝導率、および（他の材料と比較した）コストである。

[0019]ＭＭＣ材料は、例えば、軽量で薄型でありながら、フレームの曲げ性を制限する（例えば、剛性を高める）ために、消費者用デバイスに用いることが望ましい場合がある。材料の剛性の尺度は、パスカル（Ｐａ）またはニュートン／ｍ^２（より高い水準では、ギガパスカル（ＧＰａ）またはキロニュートン／ｍｍ^２として定義される）で測定される、ヤング率によって与えられる。本開示の目的では、１２５ＧＰａの水準のヤング率は、デバイス構造に対して十分に剛性の高い構造フレームを提供する。Ａｌ／ＳｉＣ－５５ｐＭＭＣなど、考慮された、いくつかの例示的材料は、この基準を満たすか、または上回る。Ａｌ／ＳｉＣＭＭＣ材料は、アルミニウムに類似する密度を示すが、剛性が向上している。Ａｌ／ＳｉＣ材料は、ダイカスト、押出成形、鍛造、チキソフォーミング（ｔｈｉｘｏｆｏｒｍｉｎｇ）、粉末冶金など、これらに限定されないが、さまざまなプロセスを使用して形成することができる。

[0020]場合によっては、構造要素（例えば、フレーム）は、消費者用電子デバイスの電気内容物を機械的損傷（例えば、曲げ、衝撃など）から保護するために使用することができる。鋼は、高い剛性を示すため、このような構造フレームに対する選択肢である。しかしながら、鋼は密度も高いため、コンポーネントの質量が大きくなる。アルミニウムも魅力的な素材であって、密度は鋼よりも大幅に低い。ただし、アルミニウムは相対剛性が低いため、曲げが生ずる可能性がある。例えば、電子コンポーネントを曲げると壊滅的な損傷につながる可能性があるため、曲げを防ぐことは、構造の主目標である。

[0021]軽量で耐久性のある構造に対するニーズに加えて、さまざまな消費者用電子デバイス（特に、軍用デバイス）は、さまざまな環境要因に対して望ましい程度の剛性／強度を提供するが、なお鋼やその他の高強度材料で作られた構造体よりも軽量である、構造体からも利益を得る。

[0022]チタンは、同様のシャーシ（ｃｈａｓｓｉｓ）用途に対して魅力的な性質を有するが、チタンは相対的なコストが高い。ステンレス鋼は質量が大きいため、小型のポータブルデバイスにはあまり魅力的ではない場合がある。アルミニウムとマグネシウムは、両方とも剛性値が低い。したがって、ＭＭＣは、特定のアプリケーションに容易に合わせながら、物理的特性の好ましい組合せを提供する。

[0023]いくつかの実施例では、開示された技術および応用の結果を説明するために、Ａｌ／ＳｉＣが使用されている。図示のように、Ａｌ／ＳｉＣは質量が比較的小さく、望ましい軽量フレームを提供する。剛性は比較的高く、熱伝導率も比較的高く、ＣＴＥは比較的低い。相対的な延性と強度に課題があるにもかかわらず、Ａｌ／ＳｉＣは依然としてそのようなデバイスに対する魅力的な候補材料である。

[0024]図１に注記されているように、Ａｌ_２Ｏ_３材料はＡｌよりも安価であり、ＭＭＣのブレンドコストを低減することができる。ＳｉＣ粒子はＡｌよりも高価であって、ＭＭＣのブレンドコストに加わる可能性がある。しかしながら、それらの好ましい性質により、そのような材料は、一部の用途に対して良い選択となる可能性がある。

[0025]本明細書で用いる場合、金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）は、少なくとも２つの構成部分－１つは金属であり、もう１つはセラミックまたは有機化合物（および／または異なる種類の金属）である－を有する材料である。ＭＭＣは、金属マトリックスに強化材を分散させて作られる。いくつかの例示的ＭＭＣでは、アルミニウムマトリックスと共に炭素繊維が強化材料として使用され、低密度で高強度を示す複合材が作成される。別の実施例では、ＭＭＣは、炭化ケイ素などのセラミック粒子を含浸させたアルミニウム（Ａｌ）で作られて、Ａｌ／ＳｉＣＭＭＣを形成する。いくつかの実施例では、酸化アルミニウムを使用してＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３ＭＭＣを形成してもよい。金属（マトリックス）の種類、強化材のケミストリ、強化材の形状（例えば、粒子、繊維、ウィスカなど）、および２つの成分の比率に応じて、さまざまな有用な性質を設計することができる。有利には、ＭＭＣの性質／特性を、所望の密度、剛性、延性（伸び）、強度、機械加工性、および／または熱的挙動に対して調整することができる。

[0026]本開示の技術では、種々の異なるＭＭＣ材料が使用されてもよく、開示の範囲は、任意の特定の材料、または材料のクラスに限定されるものではない。金属マトリックスは、任意の許容可能なタイプの炭素繊維、セラミック繊維、またはセラミックで強化することができ、選択された強化材の種類（および割合）により、剛性と強度の点で特定の特性を有するＭＭＣが得られる。

[0027]開示された実施例では、ＭＭＣ材料は材料含有量と共に記載され、それには第１の金属材料（例えば、アルミニウム、鋼、チタン、マグネシウム合金）と、第２の量（例えば、約５５％まで）だけ存在する、第２の強化材料（例えば、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_４および／またはＢ_４Ｃ）とを含む。

[0028]ポータブル電子デバイス（例えば、携帯電話、タブレットなど）のような消費者用途では、ＭＭＣ部品はさまざまな色で利用できることが望ましい。陽極酸化技術は比較的安価で、アルミニウム、マグネシウム、またはチタンの各材料にさまざまな色仕上げを提供することができる。しかしながら、ＭＭＣ材料に使用すると、陽極酸化により、鈍く、つや消し（ｍａｔｔｅ）で、見栄えの悪い表面仕上げが生成される。次に図面に目を向けると、図２Ａから図２Ｅは、陽極酸化構造を製造する際のいくつかの課題を示している。図２Ａから図２Ｅは、陽極酸化処理を施したさまざまな組成の基板（例えば、ハウジング）を表わす画像を示す。ただし、それぞれが用途の陽極酸化における不連続性を表わしている。これらの図は、それぞれ、アルミニウム基板６０６１Ａｌ、ならびにＭＭＣ基板Ａｌ／ＳｉＣ－５５ｐ、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３－５０ｐ、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３－３０ｐ；およびＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３－２５ｐを表わす。

[0029]一実施例では、実質的に純粋なＡｌで作られたハウジングを陽極酸化すると、滑らかな赤色表面（例えば、図２Ａに表わされる）が得られる。しかしながら、各ＭＭＣ基板はつや消しの（例えば、粗い、壊れた）仕上げになる。いくつかの実施例では、陽極酸化層は、実質的にＡｌを露出させている表面の場所において成長するが、その他の粒子タイプの場所では成長しない。例えば、図２ＢのＡｌ／ＳｉＣの実施例は、色を維持せず（例えば、灰色に変わる）、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３を含むＭＭＣ基板は、色を受け入れるが、その色は、強化材濃度の増加（これは、耐久性およびコーティングの忠実度のために必要であり得る）と共に鮮やかさが低下する。

[0030]ＭＭＣ材料のエナメル加工における課題は、コーティング材料（ガラスなど）の熱膨張係数（ＣＴＥ）がＭＭＣ基板材料のＣＴＥと実質的に一致する必要があることである。コーティング材料とＭＭＣ基板材料の熱膨張係数に大きな違いがある場合、材料の収縮が異なるため、熱処理からの冷却中にコーティングがＭＭＣ基板から分離する傾向がある。材料間のＣＴＥをよりよく一致させるために、２つ以上の成分（フリットとして提供される）を一緒にバッチ処理して、ＭＭＣ基板材料のＣＴＥと同等または実質的に類似したＣＴＥを有するエナメル混合物またはスラリを生成することができる。

[0031]有利には、開示されたプロセスは、ＭＭＣ構造の機械的および熱的利点を享受しながら、１つまたは複数の色を有する構造体を生じさせることができる。場合によっては、ガラスエナメル加工は、他の技術（例えば、陽極酸化）と比較して、着色とコーティングの効果を高めることができる。電子モバイルデバイスなどの消費者用途では、構造体の部分を広範囲の色で着色できることは、製造業者や顧客にとって魅力的である。

[0032]ＭＭＣ基板に多くの望ましい特性を送達するために、ガラスエナメル加工を、電話シャーシなどの消費者製品に適用することができる。現在、携帯電話のハウジングはアルミニウム（Ａｌ）から作られているが、ＭＭＣは、より軽く、より薄く、より強いシャーシを作り出す機会を提供する。この用途のためのＭＭＣの課題の１つは、Ａｌは容易に陽極酸化されて多くの色の製品を作成できるにもかかわらず、陽極酸化はＭＭＣ材料にはそれほど効果的ではないことである。

[0033]上述したように、ＭＭＣハウジングは、（アルミニウムに類似する）低質量と、（スチールに類似する）高剛性とを含む、パーソナルデバイスのフレームに求められる性質の組合せを示す。しかし、アルミニウムを主成分とし、ＳｉＣやＡｌ_２Ｏ_３の強化成分で強化されたＭＭＣ材料は、一貫して魅力的なコーティングを維持することに対する課題がある。いくつかの例示的なＭＭＣ材料ハウジングが、単一の長方形として図示され、説明されているが、ＭＭＣ材料構造要素のための他のさまざまな形状および／またはトポロジは、構造体の剛性および／または強度を高めようとする用途に利用され得る（例えば、産業用途または軍事用途に有用である）。

[0034]図３Ａは、本明細書に開示されるような、ＭＭＣ基板に適用される例示的なガラスエナメル加工技術を示す。図３Ａに示されるように、ガラス粉末１２のエナメル混合物／スラリが、ＭＭＣ基板１０Ａの表面に塗布される。スラリ１２は、顔料フリット１４やガラスフリット１６などの、１または複数のフリットからなる混合物を含む。図示のように、ＭＭＣ基板１０Ａは、スラリ１２でコーティングされて、フリットを溶融させるために熱処理１８によって加熱されて、ＭＭＣ基板１０Ｂにガラスコーティング２０を生成する。図３Ａの例では、２種類の材料が示されているが、３種、４種、５種、６種、７種、８種、９種、１０種またはそれを超える種類の材料をスラリの中に（例えば、フリットとして）含めてもよい。

[0035]いくつかの実施例では、スラリ１２は、焼成（例えば、熱処理１８）後に透明または半透明のコーティングを生成するように設計することができる。このようにして、スラリ１２は、ＭＭＣ基板１０Ｂ上に保護層を提供しながら、結果として生じるガラスコーティング２０が実質的に透明になるように、ガラス材料フリット１６、またはガラス材料の組合せを含み得る。しかしながら、そのように望まれるならば、顔料フリット１４をスラリ１２に添加し、それによって着色コーティングを製造することができる。実施例では、ある量の赤色顔料（例えば、スラリの約１０重量％）を顔料フリット１４として混合物に添加し、それによって赤色ガラスコーティング２０を作成する。

[0036]いくつかの実施例では、（例えば、ガラス材料を形成するために）顔料を含まない２以上の異なるガラスフリット１６が使用される。２以上の異なるガラスフリットを使用する利点は、選択された基板と共に使用するために所望のＣＴＥと焼成温度をまとめて近似する、異なるＣＴＥ値を持つガラスフリットを選択できることである。例えば、いくつかのフリットは、それらのＣＴＥおよび焼成温度（例図４Ａに示される値）の説明と共に販売されている。ただし、各フリットは、これらの性質を達成するために異なる化学組成を有することがある。したがって、異なる性質を有するフリットを組み合わせることによって、本明細書に開示されているような、顔料の組込みを含む、所望の効果をもたらし得る。

[0037]しかしながら、本明細書で説明するように、顔料をガラスエナメル加工材料と組み合わせると、エナメル加工材料とＭＭＣ基板との間でＣＴＥが一致していない場合には、ひび割れて、層間剥離したコーティングが生じる可能性がある。図３Ｂの実施例に示されるように、色がＭＭＣフレームの表面全体に不均一に分布し、亀裂線（ｃｒａｃｋｌｉｎｅｓ）および接合の不十分なコーティングを示す可能性がある。

[0038]本明細書に開示されているように、エナメル混合物に使用される材料が、ＭＭＣ基板のＣＴＥと実質的に一致しないＣＴＥを有する場合、冷却中に層間剥離が起こり得る。提供されるように、フリットの混合物のＣＴＥは、異なるＣＴＥを有する異なるフリットを用いてでも、１または複数のフリットを一緒に混合することによって調整することができる
[0039]エナメル加工工程中、コーティングされたＭＭＣはフリットを溶融させるように設計された特定の温度で焼成され、それによって、コーティング材料をＭＭＣ基板に付着させる。この温度は、ＭＭＣ材料を溶融させるのを避けるために、ＭＭＣ基板材料（例えば、合金）の固相線温度より低くなるように選択される。

[0040]ＳｉＣ強化Ａｌ合金で形成された例示的ＭＭＣ基板では、合金中のＳｉ含有量が高いため、固相線温度は約５７７℃に設定され、これは一般的なＡｌ合金の温度よりも低くなる場合がある。したがって、フリットは、ＳｉＣ強化Ａｌ合金の固相線温度よりも低い焼成温度でエナメル混合物を生成するように選択しなくてはならない。

[0041]本明細書に開示されるように、コーティングは、１）エナメル混合物またはスラリ（例えば、ガラスフリットおよび顔料を含む）を構造の表面に塗布すること、および２）炉内で構造体を熱処理（例えば、焼成）することによって、ＭＭＣエナメル技術で処理された構造体の１つまたは複数の表面に塗布することができる。

[0042]図４Ａは、本明細書に開示されるような、ＭＭＣ基板のガラスエナメル加工のための例示的エナメル混合物組成の表を提供する。図に示すように、ＭＭＣ基板には、含有量が約５５％のＳｉＣ／Ａｌが含まれる。ＭＭＣ基板のＣＴＥは約１１、最高温度は約５７７℃である。

[0043]エナメル混合物は、フリットＡとＢで構成され、濃度はそれぞれ約３３％と６７％である。フリットＡは約９．３のＣＴＥと、約５００℃の焼成温度に対応し、フリットＢは約１２．５のＣＴＥと、約５６０℃の焼成温度に対応する。エナメル混合物を図示の百分率で組み合わせると、得られるＣＴＥは約１１．４であり、焼成温度は約５４０℃である。

[0044]本明細書で説明されるように、基板とフリット混合物のＣＴＥの間には実質的な類似性がある。例えば、フリット混合物ＣＴＥは、閾差（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）の範囲内である（５％未満であるが、１％未満、１０％未満、１５％未満、２０％未満、または所望の結果を達成するための、他の任意の量未満であり得る）。さらに、フリット混合物の焼成温度は、ＭＭＣ基板の最高温度を下回る。

[0045]図４Ｂおよび図４Ｃは、本明細書に開示されるような、エナメル加工コーティングを施したＭＭＣハウジング３０Ａおよび３０Ｂの例を示す。ＭＭＣハウジングは、それぞれＳｉＣ成分を含むＡｌ合金である。図示のように、図４ＢのＭＭＣハウジング３０Ａは、上部３２Ａと下部３４Ａとを有し、上部３２Ａは、１０％顔料のガラスエナメル混合物で処理され、下部３４Ａは、顔料なしで処理されている。図４ＣのＭＭＣハウジング３０Ｂは、上部３２Ｂと下部３４Ｂとを有し、上部３２Ｂは、顔料１０％のガラスエナメル混合物で処理され、下部３４Ｂは、顔料なしで処理されている。

[0046]図４Ｂと図４Ｃとの間の仕上げの違いは、熱処理時間に由来する。設けられている場合には、ＭＭＣハウジング３０Ａは、特定の処理環境（例えば、周囲空気）において、比較的短い時間（例えば、５分間）、処理された。ＭＭＣハウジング３０Ｂは、同様の処理環境において、比較的長い時間（例えば、２０分）、処理された。ＭＭＣハウジング３０Ｂの上部３２Ｂの比較的暗い外観は、ＭＭＣハウジング３０Ａの上部３２Ａに対して、より深い着色を表わしている。これは、ＭＭＣハウジング３０Ｂに対する熱処理時間が延長された結果であり、これにより、エナメル混合物の溶融により多くの時間をかけることができ、より豊かな色が生成される。

[0047]図５Ａは、露出した表面を有するＭＭＣ基板を示す。図５Ｂは、（例えば、ガラスフリットおよび顔料フリットを含む）エナメル混合物をＭＭＣ基板上に塗布し、熱処理した後のＭＭＣ基板を示す。図示のように、実質的に一貫したガラスコーティングが得られ、豊かで耐久性のある色が表示される。特に、エナメル混合物の構成材料は、フリットの組合せのＣＴＥが、ＭＭＣ基板のＣＴＥと実質的に一致するように選択される。したがって、完成したガラスコーティングは、他の技術と比較して冷却中の層間剥離を発生しにくくなる。

[0048]図５Ａおよび図５Ｂに示すＭＭＣ基板は、モバイル電子デバイスなどの消費者用途に用いることができる。デバイスハウジングの部品を幅広い色で着色できることは、製造業者や消費者にとって魅力的な期待である。開示された技術およびコーティングは、部品の美観が重要な特徴である消費者用途に用いることができる。

[0049]追加的に、いくつかの実施例では、ＭＭＣハウジングに適用されたガラスエナメル加工は、色を提供するのに加えて、耐摩耗性および／または耐食性のコーティングを提供する。

[0050]図６は、本開示による、ＭＭＣ材料をエナメルコーティングするための例示的な方法１００を表わすフローチャートである。ブロック１０２では、ＭＭＣ材料（例えば、ＡｌＳｉＣ－５５ｐ）が選択される。ブロック１０４において、選択されたＭＭＣ材料に対するＣＴＥが決定される。ブロック１０６では、エナメル混合物のためのコーティング材料が選択される。例えば、材料のタイプ（例えば、ガラス、顔料、など）が選択される。顔料フリットが無い場合に、ガラスフリット単独で、熱処理後に透明または半透明のコーティングが生成される。しかしながら、顔料フリットをエナメル混合物に加えることによって、着色コーティングを達成することができる。さらに、コーティング材料（およびエナメル混合物）は、ＭＭＣ基板に対する損傷を回避するために、焼成温度がＭＭＣ材料の固相線温度を下回ることを確実にするように選択される。

[0051]ブロック１０８において、コーティング材料の各々の量が決定される。例えば、エナメル混合物に対するＣＴＥは、選択されたＭＭＣ材料に対するＣＴＥの閾値範囲内でなくてはならない。すなわち、コーティング材料（例えば、複数フリットとして提供される、２以上）の量が、好適なＣＴＥを生ずるように決定される。ブロック１１０において、（水などの媒体内のコーティング材料を含む）エナメル混合物が、ＭＭＣ材料の１つまたは複数の表面に塗布される。

[0052]ブロック１１２において、コーティングされたＭＭＣ材料は、エナメル混合物を溶融させるために熱処理に供される。所望の結果を得るために、例えば、温度、処理時間の長さ、および／または処理環境条件を決定することができる。本明細書で開示されるように、コーティングされたＭＭＣ材料は、周囲空気環境において、５分から２０分の間、またはそれよりも長く、６００℃までの温度で加熱することができる。例えば、一部のエナメル加工コーティングにとっては、より長い加熱時間が有利であり、これによってガラスフリットの完全またはほぼ完全な溶融を確実にして、より良い発色を生成する。ブロック１１４において、コーティング済のＭＭＣ材料が冷却されて、それによって下地の材料に対する耐久性のある、着色コーティングを提供する。

[0053]いくつかの実施例では、コーティング済のＭＭＣ材料は、仕上げ製品の保護特性または美的性質を向上させるために、１または複数の追加の表面処理に供される。
[0054]開示の実施例では、金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料で作られた構造体にエナメル加工コーティングを形成する方法は、ＭＭＣ材料で形成された構造体を準備するステップと、１または複数のガラス材料と、ゼロまたは１以上の顔料材料とを有する、エナメル混合物を形成するステップと、ＭＭＣ構造体の表面にエナメル混合物をコーティングするステップと、エナメル混合物を溶融させるためにコーティング済のＭＭＣ構造体を加熱するステップと、ガラスエナメル加工コーティングを達成するために、加熱された、コーティング済のＭＭＣ構造体を冷却するステップとを含む。

[0055]いくつかの実施例では、ＭＭＣ構造体のＭＭＣ材料は、第１のＣＴＥを有する。実施例では、ガラス材料は、第２のＣＴＥを有する。顔料材料は、第３のＣＴＥを有する。

[0056]実施例では、この方法は、第１のＣＴＥを有するエナメル混合物を生ずるように、ガラス材料と顔料材料の比を選択するステップをさらに含む。実施例では、この方法は、Ａｌ／ＳｉＣまたはＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３からＭＭＣ材料を選択するステップをさらに含む。

[0057]いくつかの実施例では、エナメル混合物を形成するステップは、ガラス材料のガラスフリットと顔料材料の顔料フリットとを液体媒体で混合するステップを含む。
[0058]いくつかの開示された実施例では、金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料で作られた構造体にエナメル加工コーティングを形成する方法は、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するＭＭＣ材料を含むＭＭＣ構造体で形成された構造体を準備するステップと、第１のＣＴＥに類似する第２のＣＴＥを有するエナメル混合物を形成するステップと、ＭＭＣ構造体の表面にエナメル混合物をコーティングするステップと、エナメル混合物を溶融させるために、コーティング済のＭＭＣ構造体を加熱するステップと、ガラスエナメル加工コーティングを達成するために、加熱された、コーティング済のＭＭＣ構造体を冷却するステップとを含む。

[0059]いくつかの実施例では、第２のＣＴＥの値は、第１のＣＴＥの値の１０％以内である。実施例では、エナメル混合物は、第３のＣＴＥを有するガラス材料と、第４のＣＴＥを有する顔料材料を含み、第２のＣＴＥは、第３および第４のＣＴＥと異なる。実施例では、エナメル混合物は、約３分の２のガラス材料と、３分の１の顔料材料とを含む。

[0060]いくつかの実施例では、加熱するステップは、５００℃を超える温度において炉内で実行される。実施例では、この方法は、Ａｌ／ＳｉＣまたはＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３からＭＭＣ材料を選択するステップをさらに含む。

[0061]いくつかの開示された実施例では、エナメル加工コーティングを有する構造体が準備される。この構造体は、金属およびセラミックまたは有機化合物を含有するＭＭＣ材料で形成された構造フレームと、ＭＭＣ材料の表面のエナメル加工コーティングとを含み、エナメル加工コーティングは、コーティング材料と顔料材料とを含有する。

[0062]いくつかの実施例では、コーティング材料はガラスまたはセラミック材料であり、顔料材料は着色染料である。実施例では、ＭＭＣ材料は、第１のＣＴＥを有し、エナメル加工コーティングは、第１のＣＴＥに実質的に類似するＣＴＥを有する。

[0063]実施例では、ＭＭＣ材料は、Ａｌ／ＳｉＣまたはＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３を含む。
[0064]実施例では、ＭＭＣ材料のヤング率値は１２５ＧＰａ超である。
[0065]限定するものではないが、以下は、本開示の具体的な利点および特徴のリストである。

[0066]図面において、類似する特徴は、全体を通して同一の参照記号で示されている。
[0067]好ましい実施形態および他の実施形態の前述の説明は、出願人らが考案した発明的概念の範囲または適用性を限定または制限することを意図するものではない。本開示の主題の任意の実施形態または態様に従って上述した特徴が、開示された主題の任意の他の実施形態または態様において、単独で、または任意の他の説明された特徴と組み合わせて利用され得ることは、本開示の利益と共に理解されるであろう。

１０ＡＭＭＣ基板
１０ＢＭＭＣ基板
１２ガラス粉末、スラリ
１４顔料フリット
１６ガラスフリット
１８熱処理
２０ガラスコーティング
３０ＡＭＭＣハウジング
３０ＢＭＭＣハウジング
３２Ａ上部
３２Ｂ上部
３４Ａ下部
３４Ｂ下部

Claims

金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料で作られた構造体にエナメル加工コーティングを形成する方法であって、
ＭＭＣ材料で形成されたＭＭＣ構造体を準備するステップと、
１または複数のガラス材料と、ゼロまたは１以上の顔料材料とを有するエナメル混合物を形成するステップと、
前記ＭＭＣ構造体の表面に前記エナメル混合物をコーティングするステップと、
前記エナメル混合物を溶融させるために、コーティング済の前記ＭＭＣ構造体を加熱するステップと、
ガラスエナメル加工コーティングを達成するために、加熱されたコーティング済の前記ＭＭＣ構造体を冷却するステップと
を含む方法。
請求項１に記載の方法であって、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する、前記ＭＭＣ構造体のＭＭＣ材料を選択するステップをさらに含む方法。
請求項２に記載の方法であって、第２のＣＴＥを有する第１のガラス材料を選択するステップをさらに含む方法。
請求項３に記載の方法であって、第３のＣＴＥを有する第２のガラス材料を選択するステップをさらに含む方法。
請求項２に記載の方法であって、前記第１のＣＴＥを有する前記エナメル混合物を生ずるように、前記ガラス材料と前記顔料材料の比を選択するステップをさらに含む方法。
請求項１に記載の方法であって、Ａｌ／ＳｉＣまたはＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３から前記ＭＭＣ材料を選択するステップをさらに含む方法。
請求項１に記載の方法であって、前記エナメル混合物を形成するステップは、前記ガラス材料のガラスフリットと前記顔料材料の顔料フリットとを液体媒体で混合するステップを含む、方法。
請求項１から７のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記１または複数のガラス材料を、前記ＭＭＣ材料の固相線温度に基づき選択するステップをさらに含む方法。
金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料で作られた構造体にエナメル加工コーティングを形成する方法であって、
第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するＭＭＣ材料を有するＭＭＣ構造体で形成された構造体を準備するステップと、
第２のＣＴＥを有するエナメル混合物を形成するステップと、
前記ＭＭＣ構造体の表面に前記エナメル混合物をコーティングするステップと、
前記エナメル混合物を溶融させるために、コーティング済の前記ＭＭＣ構造体を加熱するステップと、
ガラスエナメル加工コーティングを達成するために、加熱されたコーティング済の前記ＭＭＣ構造体を冷却するステップと
を含み、
前記第１のＣＴＥと前記第２のＣＴＥとの差は、前記第１のＣＴＥまたは前記第２のＣＴＥの１％、５％、１０％、１５％、または、２０％未満である、
方法。
請求項９に記載の方法であって、前記エナメル混合物は、第３のＣＴＥを有するガラス材料と、第４のＣＴＥを有する顔料材料とを含み、前記第２のＣＴＥは、前記第３および第４のＣＴＥと異なる、方法。
請求項１０に記載の方法であって、前記エナメル混合物は、３分の２の１つのガラスフリット材料と、３分の１の別のガラスフリット材料とを含む、方法。
請求項９に記載の方法であって、加熱する前記ステップは、５００℃を超える温度において炉内で実行される、方法。
請求項９に記載の方法であって、Ａｌ／ＳｉＣまたはＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３から前記ＭＭＣ材料を選択するステップをさらに含む方法。
請求項９から１３のうちの何れか一項に記載の方法であって、前記エナメル混合物に含まれる１または複数のガラス材料を、前記ＭＭＣ材料の固相線温度に基づき選択するステップをさらに含む方法。
エナメル加工コーティングを有する構造体であって、
金属およびセラミックまたは有機化合物を含有する金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料で形成された構造フレームと、
前記ＭＭＣ材料の表面のエナメル加工コーティングと
を含み、前記エナメル加工コーティングは、コーティング材料と顔料材料とを含有する、構造体。
請求項１５に記載の構造体であって、前記構造体は消費者電子デバイス用のハウジングである、構造体。
請求項１６に記載の構造体であって、前記コーティング材料はガラス材料またはセラミック材料であり、前記顔料材料は着色染料である、構造体。
請求項１６に記載の構造体であって、前記ＭＭＣ材料は、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、前記エナメル加工コーティングは、第２のＣＴＥを有し、前記第１のＣＴＥと前記第２のＣＴＥとの差は、前記第１のＣＴＥまたは前記第２のＣＴＥの１％、５％、１０％、１５％、または、２０％未満である、構造体。
請求項１６に記載の構造体であって、前記ＭＭＣ材料は、１または複数のアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む、構造体。
請求項１９に記載の構造体であって、前記ＭＭＣ材料は、Ａｌ／ＳｉＣまたはＡｌ／Ａｌ_２Ｏ_３を含む、構造体。
請求項１６に記載の構造体であって、前記ＭＭＣ材料のヤング率値が１２５ＧＰａ超である、構造体。
請求項１５から２１のうちの何れか一項に記載の構造体であって、前記コーティング材料は、前記ＭＭＣ材料の固相線温度に基づき選択された、構造体。