[發明專利]一種室溫下液態金屬鎵的快速成型方法

有效

• 申請號: 202010571337.3
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN112191853B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 胡靚;王新鵬;郭家瑞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B22F3/22
• 分類號: B22F3/22;B22F5/12;B33Y10/00
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;劉彥

一種室溫下液態金屬鎵的快速成型方法，通過將加熱熔融為液態的金屬鎵均勻地注射至通電狀態下的中性導電基質液中，且在注射的過程中控制注射頭勻速地移動，移動速度控制為5～400mm/s，得到連續的線型液態金屬鎵；再取固體金屬鎵作為成核劑，將其與所述的線型液態金屬鎵接觸，使得所述的線型液態金屬鎵發生成核并固化，待所述的線型液態金屬鎵全部成核并固化后，得到金屬鎵成品。該方法能實現鎵金屬在室溫條件下的穩定連續加工成型，操作簡便，能耗少，適合于推廣至大規模的工業生產中。

技術領域

本發明屬于液態金屬成型技術領域，具體涉及一種室溫下液態金屬鎵的快速成型方法。

背景技術

低熔點金屬/合金是指熔點在300℃以下，一般為30～200℃的金屬及其合金。低熔點金屬包括鉍、錫、鉛、銦、鎵、銣和銫等。由于這類金屬的熔點低，加熱后容易轉變為流體形式，因此也稱為液態金屬。

這類液態金屬由于具有熔點低、導電性強、流動性強等特性，可用于各種變形器件的制備及修復，在醫療、電子等領域中已經得到了廣泛的應用。

但經過研究和實驗發現，這類液態金屬由于其表面張力強的原因，常形成球形的液滴狀態，要制成連續成型的金屬器件具有相當的難度，對實際應用造成了很大的限制。

目前，研究人員依然在對液態金屬的成型方法研究進行不斷的嘗試和改進：

1、中國專利申請CN 108837719A公開了一種液態金屬液滴形成裝置，包括液態金屬液滴發生器和第一微量注射泵，液態金屬液滴發生器包括發生塊、第一管道和第二管道；發生塊內部開設有通孔，第一管道的第一端和第二管道的第一端分別自通孔的兩端伸入通孔內，且兩者同軸并相對設置；第一微量注射泵的輸出端連接第一管道的第二端，以向第一管道內輸入液態金屬，并將液態金屬自第二管道的第一端推入第二管道內。

該裝置能夠對液態金屬液滴的尺寸和分布進行精確控制，使其形成的液態金屬液滴尺寸均勻，但無法實現液態金屬的連續成型。

2、中國專利申請CN 106654503 A公開了一種基于液態金屬的氣控變形天線，包括柔性流道、液態金屬、氣囊和氣泵，所述液態金屬和所述氣囊均設置在所述柔性流道內部，所述氣泵設置在所述柔性流道外部，用于為所述氣囊充氣或吸氣。其利用氣泵向所述氣囊內充氣使其體積膨脹，或由所述氣囊吸氣使其體積收縮，從而控制柔性流道內的液態金屬在內部流道中移動，進而形成特定的形狀。

然而，這種成型方法存在著缺陷：一方面，氣控的過程相對復雜較難控制；另一方面，液態金屬容易形成液滴，而導致天線的導電性能受到影響。

3、中國實用新型專利CN 209183284 U公開了一種液態金屬導線，其包括中空的彈性絕緣外殼，在彈性絕緣外殼中間隔設置的多個導電金屬球，所述多個導電金屬球中的每兩個相鄰的導電金屬球之間配合所述彈性絕緣外殼形成密封空間，所述密封空間中填充有金屬導電液，設置在所述彈性絕緣外殼的相對兩端的兩個電極。

該實用新型正是由于受到液態金屬表面張力強而難以連續成型的限制，只能采用液態金屬形成金屬球并采用導電液將電流在金屬球之間傳導的方式，從而實現導線的功能。該導線結構較為復雜，且存在彈性絕緣外殼破損后導電液泄漏的問題，使其在實際使用過程中大受限制。

此問題是近年來新興的3D打印領域中表現得更為明顯。3D打印是快速成型技術的一種，又稱增材制造。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術是未來制造技術的一個重要發展方向。然而，液態金屬自身連續成型難的特性，使得其作為“打印原料”進行3D打印后，難以形成連續的金屬件。

鎵是一種重要的金屬材料，目前在我國的半導體和光電材料、太陽能電池、磁性材料、石油化工、醫療器械、新型合金等扮演著重要的角色。作為液態金屬中的一種，其在3D打印技術中成型難的問題一直困擾著技術人員。