[發明專利]抑制鎵基室溫液態合金凝固預相變的方法、合金及溫度計

有效

• 申請號: 201710455787.4
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107267833B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 金明江;應仁龍
• 申請（專利權）人: 杭州龍燦液態金屬科技有限公司
• 主分類號: C22C28/00
• 分類號: C22C28/00;C22C3/00
• 代理公司: 杭州凱知專利代理事務所(普通合伙) 33267
• 代理人: 邵志

本發明涉及一種抑制鎵基室溫液態合金凝固預相變的方法及利用該方法得到的鎵基液態合金及利用該鎵基液態合金制得的溫度計，所述方法包括以下步驟：將鎵基室溫液態合金和摻雜材料一起放入真空感應熔煉爐中，在惰性氣體保護下，加熱至750?1200℃熔煉成整體；然后在500?900℃溫度下精煉至完全均勻化；冷卻后充入空氣，并對所得產物進行分離得到改性后的鎵基液態合金；所述摻雜材料的用量不超過所述鎵基室溫液態合金重量的5%；所述摻雜材料包含硒，且硒的用量與所述鎵基室溫液態合金中銦的重量比為1：4?1：8。該方法使鎵基液態合金在凝固結晶以上溫度能夠保持粘度和膨脹率的線性變化，確保鎵基液態合金器件在低溫環境下的正常使用和存儲。

技術領域

本發明涉及一種抑制鎵基室溫液態合金凝固預相變的方法、利用該方法得到的鎵基液態合金及利用該鎵基液態合金制得的溫度計。

背景技術

鎵銦二元共晶合金或鎵銦錫三元共晶合金具有極低的熔化溫度，在室溫下顯示為液態，其形態與汞近似，被廣泛用于醫療、制冷等工業領域，利用鎵基室溫液態合金替代水銀作為感溫液制備的體溫溫度計具有數據精準、操作方面、響應速度快、價格低廉和環保等優勢。同時，鎵基液態合金在人工智能、柔性電路等方面也具有極大的應用潛力。但是，鎵基室溫液態合金的物理性能與汞具有明顯的差異，比如鎵基合金環保穩定、不易揮發，但是在空氣中容易氧化、且凝固溫度較汞要高得多。在使用鎵基合金替代汞用作體溫計感溫液時，合金一旦凝固會伴隨膨脹并導致體溫計失效、破壞。

為了更好的利用鎵基液態合金，我們系統的研究了鎵銦二元合金和鎵銦錫三元合金的相變行為以及相關的物理參數演化行為，并利用熱分析技術研究了鎵銦錫合金的凝固結晶、熔化和其它相變行為。鎵基合金普遍具有極大的過冷度，即凝固溫度與熔化溫度差異極大，接近50度。但是在鎵銦錫三元合金降溫過程中，接近-1℃附近，又發現了一個獨特的相變現象，這個相變與凝固結晶現象不同，相變前后均為液態結構，但是會發生體積收縮現象，同時伴隨著合金粘度的快速升高。由于該相變發生在凝固結晶之前，稱之為“凝固預相變”。

由于鎵銦錫合金-1℃左右發生的“凝固預相變”伴隨著體積收縮，因此以鎵銦錫合金為感溫液的體溫計一旦被放置在-1℃以下的溫度環境下，極有可能會發生失準或者“斷柱”現象。對于制冷或者其它對于鎵銦錫合金流動性具有較高要求的應用，在-1℃環境下的粘度升高也會導致器件的失效。

總的來說，由于鎵銦錫合金中“凝固預相變”的存在，使用該材料的器件在低溫環境下難以確保穩定的工作。很顯然，非常有必要采取一定的手段抑制鎵銦錫合金的“凝固預相變”。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術的不足，提供一種抑制鎵基室溫液態合金凝固預相變的方法及利用該方法得到的合金，使鎵基液態合金在凝固結晶以上溫度能夠保持粘度和膨脹率的線性變化，確保鎵基液態合金器件在低溫環境下的正常使用和存儲。

本發明的另一目的是提供一種包含這種液態合金的溫度計。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種抑制鎵基室溫液態合金凝固預相變的方法，包括以下步驟：

將鎵基室溫液態合金和摻雜材料一起放入真空感應熔煉爐中，在惰性氣體保護下，加熱至750-1200℃熔煉成整體；然后在500-900℃溫度下精煉至完全均勻化；冷卻后充入空氣，并對所得產物進行分離得到改性后的鎵基液態合金；

所述摻雜材料的用量不超過所述鎵基室溫液態合金重量的5％；

所述摻雜材料包含硒，且硒的用量與所述鎵基室溫液態合金中銦的重量比為1：4-1：8。

所述冷卻過程中，硒與銦形成固態的化合物，該化合物從液態合金中析出，這一過程會改變液態合金的相變序列，最后獲得改性后的鎵基液態合金。

所述改性后的鎵基液態合金的凝固預相變行為抑制程度達85％以上。