[發明專利]一種液態鎵合金及其配制方法

無效

• 申請號: 201310054837.X
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN103184381A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 夏琦;李然;彭愛武;趙凌志;李建;許玉玉;沙次文
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C22C28/00
• 分類號: C22C28/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種鎵合金及其配制方法。

技術背景

液態金屬磁流體發電機利用密封在發電通道內部的高導電性的液態金屬作為發電工質，實現了高的發電功率密度和發電效率。因而，液態金屬的物化特性，如化學穩定性、熔點、密度和電導率，在很大程度上影響液態金屬磁流體發電機的結構、運行性能以及該技術的應用前景。

目前，液態金屬磁流體發電機可選擇的發電工質有汞、U47（Bi₄₁Pb₂₂In₁₈Sn₁₁Cd₈）和鈉鉀合金（Na₂₂K₇₈）。汞是唯一在常溫下呈液態并易流動的金屬，中國專利CN1202758A采用高溫噴射產生的汞蒸汽作為發電工質，設備復雜，發電效率不高。這主要是因為汞的密度很大（13.5939g/cm³），而電導率僅為1.03×10⁶S/m，輸入能量中很大一部分用于汞本身的動能和內阻的焦耳熱損耗。此外，汞是劇毒金屬，具有高揮發性，安全隱患極大。

在中國專利CN101718247A和中國專利CN101571097都提出使用U47和Na₂₂K₇₈合金作為發電工質。

U47的熔點是47°C，密度為8.8g/cm³，液態時電導率為1.67×10⁶S/m，常溫下，U47是固態，所以在具體應用中，就要考慮U47的加熱問題，降低了發電裝置的可操作性、且增加了發電裝置的復雜性。并且配制U47需要專用的設備在真空中冶煉，與原料相比，配制費用也是比較大的成本開支。

Na₂₂K₇₈合金的熔點是-11°C，密度為0.875g/cm³，電導率為2.6×10⁶S/m，從密度和熔點來看，很適合作為LMMHD發電系統的發電工質。然而，Na₂₂K₇₈合金非常活潑，配制Na₂₂K₇₈合金需要在真空或惰性氣體保護下進行，并且需要真空密封包裝；否則，長時間暴露空氣會發生自燃，遇水則會發生強烈爆炸。這就對發電裝置的裝配環境及密封性提出了很高的要求，限制了其使用范圍。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的缺點，提供一種液態鎵合金。本發明可作為液態金屬磁流體發電機的發電工質。

本發明的液態鎵合金各組分及其質量百分比含量為：鎵60%-75%、銦10%-25%、錫1%-11%、鋅1%-8%。所述的原料鎵的純度>99%、原料銦的純度>99%、原料錫的純度>99%、原料鋅的純度>99%。

鎵的熔點為29°C，原料鎵常溫下為塊狀固體。原料銦、錫和鋅可以是顆粒固體或者塊狀固體。

本發明的液態鎵合金配制過程如下：首先按照上述各組分的質量百分比稱量鎵、銦、錫和鋅四種原料。首先加熱鎵至29°C，使其熔化，停止加熱，把液態鎵倒入不銹鋼容器中。再把銦、錫和鋅倒入該不銹鋼容器中，在常溫下，用不銹鋼小勺攪拌混合均勻，直至四種原料物完全相溶為液體，即配制成本發明的液態鎵合金。所用的配制容器和攪拌用的小勺也可以是由玻璃、聚甲醛、聚乙烯等材料制成，所述材料的材質不含鋁。

經測試，本發明配制的液態鎵合金的物理特性如下：凝固點為5°C；常溫20°C下，密度為6.46g/cm³，電導率為3.4×10⁶S/m。

本發明的液態鎵合金凝固點測量方法如下：在常溫下，把配置好的液態鎵合金倒入小燒杯，把小燒杯放在鐵架臺上，用鐵架臺的鐵夾夾住溫度計的上端，使溫度計的底部浸入液態鎵合金中，溫度計的底部不可以觸到小燒杯的四壁；把鐵架臺放入冷庫，冷庫恒溫-5°C，用不銹鋼小勺每個1分鐘攪拌一次液態鎵合金，觀察液態鎵合金是否有固體，同時記錄液態鎵合金的固液狀態和溫度，直至液態鎵合金完全凝固。然后分析所記錄的溫度值，液態鎵合金的溫度一直呈下降趨勢，但在液態鎵合金固液混合狀態時，溫度保持在5°C，完全凝固后溫度才繼續下降。據此判斷液態鎵合金凝固點為5°C。