用于材料的感应熔融的带狭槽的射料套筒的制作方法

用于材料的感应熔融的带狭槽的射料套筒的制作方法
【专利摘要】本申请涉及用于材料的感应熔融的带狭槽的射料套筒。本发明公开了被配置为在其中约束用于熔融材料的二次磁感应场的容器的实施例，及其使用方法。所述容器可用于具有感应线圈的注塑装置，所述感应线圈沿着水平轴线并相邻于所述容器定位。所述容器可具有被配置为基本上围绕并接收柱塞头的管状主体。至少一个纵向狭槽延伸穿过所述主体的所述厚度以在从所述线圈施加RF感应场期间允许和/或引导涡电流进入所述容器中。所述主体还包括被配置为使液体在内部流动的温度调节管路。可提供所述温度调节管路以在所述主体的一个或多个壁内在其内孔和一个或多个外表面之间纵向延伸。可在所述主体的一端提供凸缘以将所述主体固定在注塑装置内。
【专利说明】用于材料的感应熔融的带狭槽的射料套筒

【技术领域】
[0001] 本发明整体涉及用于熔融材料的容器。更具体地，本发明涉及被配置为利用来自 感应源的磁场来熔融材料的带狭槽的射料套筒或容器。

【背景技术】
[0002] -些注塑机在将材料注入到模具中之前使用感应线圈以在舟皿中熔融材料。在水 平设置的注塑机中，可在定位用于水平注入的舟皿中熔融材料。一些注塑机已利用基本U 形的舟皿；即，包括如下主体的舟皿，所述主体具有基部和从基部部分地向上延伸但是在中 点或赤道附近结束的侧壁。这种构型产生类似管的局部部分（例如，下半部）的低壁式容 器设计（与全封闭的圆形管相对），其具有设计用于暴露于来自感应线圈的磁场以熔融其 中的材料的开放顶部。该低壁式舟皿设计可减少舟皿和柱塞头二者的寿命。另外，该U形 设计旨在使熔融的金属在金属熔融期间或金属插入期间从其侧面流出。另外，因为柱塞头 被最低限度地捕获于顶部，所以它在垂直于孔的方向上具有一定游隙，其可导致柱塞头触 及所述壁或切口区域的唇缘，从而引起磨损。对柱塞头至舟皿壁的间隙的不良控制可允许 溢料在注入期间渗入到在柱塞头底部或侧面上过大的间隙中。另外，金属溢料可在此类U 形舟皿中的切口区域边缘积聚。该舟皿可能是不稳定的并且具有更大的挠曲趋势。此外， 在U形舟皿中加热利用来自感应线圈的一次场和二次场；此类舟皿设计可在其顶部边缘受 到过度加热，导致在冷却不足时舟皿发生膨胀和弯曲。
[0003] 在一些渣壳熔融机中，垂直定位的被感应线圈围绕的集中器型笼状熔融器（cage melter)可用于熔融材料。渣壳熔融器可具有例如垂直封闭的管状构型，或可具有多个定位 在基本上环形或管状构型中的区段或棘爪，所述基本上环形或管状构型例如具有连接至实 心底部的在其之间的多个狭槽或开口。
[0004] 当在注塑系统中熔融材料时，实施并保持在适于可熔性材料的范围内的均一温度 以制备优质模塑部件。在熔融期间利用高效容器可提高此类质量。


【发明内容】

[0005] 根据本文实施例提出用于在容器中熔融材料（例如，金属或金属合）的解决方案， 所述容器被配置为通过至少一个狭槽允许、接收、帮助接收、利用和/或引导（例如，来自感 应线圈的）磁场以熔融材料。
[0006] 根据各种实施例，提供了一种温度调节容器。该容器可包括：基本上管状的主体， 其具有沿着纵向方向的第一端部和第二端部；纵向狭槽，其在基本上管状的主体的第一端 部和第二端部之间以纵向方向延伸并且穿过基本上管状的主体的完整厚度；以及一个或多 个温度调节通道，其被配置为使液体在基本上管状的主体内流动。该容器被配置用于与水 平定位的感应线圈一起使用，所述感应线圈被配置为在容器中熔融可熔性材料。该纵向狭 槽被配置为在由感应线圈施加感应场期间在容器内接收涡电流。基本上管状的主体被配置 为基本上约束由来自感应场的涡电流产生的第二磁场以在施加感应磁场期间熔融可熔性 材料。另外，一个或多个温度调节通道被配置为在施加感应场期间调节容器的温度。
[0007] 根据各种实施例，提供了一种装置。该装置可包括：容器，其具有被配置为接收用 于在其中熔融的可熔性材料的内孔；感应线圈，其被配置为在与其相邻地定位的容器中熔 融可熔性材料；以及柱塞杆，其具有被配置为相对于所述容器移动的柱塞头。该容器具有延 伸穿过容器的完整厚度的纵向狭槽。纵向狭槽被配置为在由感应线圈施加感应场期间引导 涡电流进入内孔中，从而帮助在施加感应场期间熔融可熔性材料。柱塞杆的柱塞头被配置 为移动进入容器的内孔中以在施加感应场期间将可熔性材料约束在容器内。
[0008] 根据各种实施例，提供了一种方法。该方法包括：在容器中提供可熔性材料；操作 相邻于容器提供的热源以形成熔融的材料，并且在操作热源期间调节容器的温度。该容器 具有主体和延伸穿过所述主体的完整厚度的狭槽。该主体被配置为在操作期间，通过允许 涡电流穿过狭槽进入容器主体，将来自热源的磁场应用于容器内的可熔性材料。该容器还 在其中包括一个或多个温度调节通道，并且调节方法包括使流体在一个或多个温度调节通 道中流动。
[0009] 根据各种实施例，提供了一种容器。该容器可包括：具有被配置为接收用于在其中 熔融的可熔性材料的内孔和外表面的主体。内孔可由在主体的第一端部和第二端部之间延 伸的内表面形成。该容器还包括在主体的第一端部和第二端部之间延伸并穿过主体从外表 面延伸至所述表面的形成内孔的部分的至少一个狭槽，以及在主体内在孔的内表面和外表 面之间提供并在主体的第一端部和第二端部之间延伸的一个或多个温度调节通道。一个或 多个温度调节通道被配置为使流体流动穿过主体。内孔的内表面的一部分被配置为接收用 于在容器中熔融的可熔性材料。内表面被配置为基本上围绕或包封来自注塑装置的柱塞杆 的柱塞头。另外，所述至少一个狭槽被配置为允许在施加感应场以在主体中熔融可熔性材 料期间接收进入容器的涡电流。所述一个或多个温度调节通道被配置为在施加感应场期间 通过其中的流体的流动调节容器温度。
[0010] 另外，根据实施例，用于熔融的材料包括BMG给料，并且可形成BMG部件。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 图1提供了示例性块体凝固型无定形合金的温度-粘度图。
[0012] 图2提供了示例性块体凝固型无定形合金的时间-温度-转变（TTT)图的示意图。
[0013] 图3示出了根据本教导内容的各种实施例的示例性注塑系统/装置的示意图。
[0014] 图4示出了根据本公开的实施例的容器的第一端部的端视图。
[0015] 图5示出了图4的容器的第二端部的端视图。
[0016] 图6示出了图4的容器的顶视图。
[0017] 图7示出了图4的容器的底视图。
[0018] 图8示出了图4的容器的透视图。
[0019] 图9和10示出了与图4-8中示出的容器一起使用的端盖的侧视图。
[0020] 图11示出了根据本公开实施例的具有围绕的感应线圈的注塑装置中的图4的容 器的详细俯视图。
[0021] 图12示出了图11的容器和围绕的感应线圈的端部透视图。
[0022] 图13示出了根据本公开实施例的容器的平面图。
[0023] 图14示出了根据本公开实施例的具有围绕的感应线圈的注塑装置中的图13的容 器的详细俯视图。

【具体实施方式】
[0024] 在本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请据此全文以引用方式并入。
[0025] 本文所用冠词"一个"和"一种"是指一个或多于一个（即，至少一个）冠词的语 法对象。以举例的方式，"聚合物树脂"是指一种聚合物树脂或多于一种聚合物树脂。本文 所引用的任何范围均包括端值在内。在本说明书的全文中所用的术语"基本上"和"约"用 于描述并考虑小的波动。例如，它们可以指小于或等于±5%，诸如小于或等于±2%，诸 如小于或等于±1 %，诸如小于或等于±0. 5%，诸如小于或等于±0. 2%，诸如小于或等于 ±0. 1%，诸如小于或等于±0. 05%。
[0026] 块体凝固型无定形合金或块体金属玻璃（"BMG"）为最近开发的一类金属材料。 这些合金可以相对较慢的速度凝固和冷却，并且它们在室温下保持无定形的非结晶（即， 玻璃态）状态。无定形合金具有许多比其晶态对应物更优越的特性。然而，如果冷却速率 不够快，则晶体可能在冷却期间形成于合金内部，使得无定形状态的有益效果可能丧失。例 如，制造块体无定形合金部件的一个挑战在于由缓慢冷却或合金原材料中的杂质所导致的 部件的局部结晶。由于在BMG部件中可能需要较高程度的非晶度（相反地，较低程度的结 晶度），因此需要开发用于铸造具有受控量的非晶度的BMG部件的方法。
[0027] 图1(得自美国专利7, 575, 040)示出了来自由LiquidmetalTechnology制造的 Zr--Ti--Ni-Cu--Be族VIT-001系列的示例性块体凝固型无定形合金的粘度-温度曲线 图。应当指出的是，在形成无定形固体期间，不存在块体凝固型无定形金属的明显液体/固 体转变。随着过冷却逐渐扩大，熔融的合金变得越来越粘，直至其在大约玻璃化转变温度处 接近固体形式。因此，块体凝固型无定形合金的凝固前沿的温度可为大约玻璃化转变温度， 此处出于拉出经淬火的无定形片材产品的目的，合金将实际上充当固体。
[0028] 图2 (得自美国专利7, 575, 040)示出了示例性块体凝固型无定形合金的时间-温 度转变（TTT)冷却曲线或TTT图。与常规金属一样，块体凝固型无定形金属在冷却时不会 经历液体/固体结晶转变。相反，随着温度降低（接近玻璃化转变温度Tg)，在高温（接近 "熔融温度"Tm)下发现的高度流体化的非晶态形式的金属变得更粘，最终呈现常规固体的 外在物理特性。
[0029] 尽管块体凝固型无定形金属并不存在液体/结晶转变，但可将"熔融温度"Tm定义 为对应结晶相的热力学液相线温度。在该机构下，块体凝固型无定形合金在熔融温度下的 粘度可处于约〇. 1泊至约10, 〇〇〇泊的范围内，并且甚至有时低于〇. 01泊。在"熔融温度" 下的较低粘度将提供使用块体凝固型无定形金属对壳体/模具的复杂精细部分进行更快 且完全的填充，以便形成BMG部件。此外，熔融的金属形成BMG部件的冷却速率应使得在冷 却期间时间-温度曲线不横向穿过界定图2的TTT图中的结晶区的鼻形区域。在图2中， Tnose为其中结晶最为迅速且在最短时间尺度内出现的临界结晶温度Tx。
[0030] 过冷液相区（介于Tg与Tx之间的温度区域）是抵抗块体凝固型合金结晶的卓越 稳定性的体现。在该温度区内，块体凝固型合金可作为高粘度液体存在。块体凝固型合金 在过冷液相区中的粘度可以在玻璃化转变温度下的IO12Pa·s低至结晶温度（过冷液相区 的高温极限）下的IO5Pa*s之间变化。具有这种粘度的液体可在所施加的压力下经受显著 的塑性应变。本文的实施例利用过冷液相区中的较大塑性可成形性作为成形和分离方法。
[0031] 需要对Tx进行一些阐释。在技术上，TTT图中所示的鼻形曲线将Tx描述为温度和 时间的函数。因此，不管在加热或冷却金属合金时采取的是何种轨线，当碰到TTT曲线时， 就已达到Tx。在图2中，将Tx示出为虚线，因为Tx可从接近Tm变化至接近Tg。
[0032] 图2的示意性TTT图示出了在时间-温度轨线（示出为（1)，作为示例性轨线）不 碰到TTT曲线的情况下，从处于或高于Tm至低于Tg的压铸加工方法。在压铸期间，成形与 快速冷却基本上同时发生以避免轨线碰到TTT曲线。在时间-温度轨线（示出为（2)、（3) 和（4)，作为示例性轨线）不碰到TTT曲线的情况下，从处于或低于Tg至低于Tm的超塑性 成形（SPF)加工方法。在SPF中，将无定形BMG重新加热到过冷液相区中，此处可用的加工 窗口可能比压铸大得多，从而导致工艺具备更佳的可控性。SPF工艺不需要快速冷却来避免 在冷却期间出现结晶。另外，如示例性轨线（2)、（3)和（4)所示，SPF可在SPF期间的最高 温度高于Tnose或低于Tnose、最高至约Tm的情况下进行。如果对一件无定形合金进行加 热且设法避免碰到TTT曲线，则已加热到"介于Tg与Tm之间"，但不会达到Tx。
[0033] 以20°C/分钟的加热速率得到的块体凝固型无定形合金的典型差示扫描量热仪 (DSC)加热曲线主要描述了横跨TTT数据的特定轨线，其中将可能看到在某个温度下的Tg、 当DSC加热斜坡跨过TTT结晶起点时的Tx、以及当同一条轨线跨过熔融的温度范围时的最 终熔融峰。如果以如图2中的轨线（2)、（3)和（4)的倾斜升温部分所示的快速加热速率来 加热块体凝固型无定形合金，则可能完全避开TTT曲线，并且DSC数据将示出加热时的玻璃 化转变但无Τχ。考虑此过程的另一种方式为，只要轨线（2)、（3)和（4)不碰到结晶曲线， 这些轨线便可落在TTT曲线的鼻部（以及甚至高于此的地方）与Tg线之间温度的任何位 置处。这仅仅意味着轨线的水平平台可能随着提高加工温度而大幅变短。
[0034]祖
[0035] 本文中的术语"相"可指见于热力学相图中的相。相为遍及其中材料的所有物理特 性基本上是一致的空间（例如，热力学系统）区域。物理特性的实例包括密度、折射率、化 学组成、以及晶格周期性。将相简单地描述为材料的在化学上一致、在物理上不同和/或可 机械分离的区域。例如，在处于玻璃罐中的由冰和水构成的系统中，冰块为一个相，水为第 二相，水上方的湿空气为第三相。罐的玻璃为另一种分离相。相可以指固溶体，其可以是二 元、三元、四元或更多元的溶液或化合物，例如金属互化物。又如，无定形相不同于结晶相。
[0036]金属、过渡金属和非金属
[0037] 术语"金属"是指正电性的化学元素。本说明书中的术语"元素"通常是指可见于 元素周期表中的元素。在物理上，基态中的金属原子包含部分填充的带，具有接近占有态 的空态。术语"过渡金属"为元素周期表中第3族到第12族中的任何金属元素，其具有不 完全的内电子层，并且在一系列元素中在最大正电性和最小正电性之间起到过渡连接的作 用。过渡金属的特征在于多重价、有色化合物、以及形成稳定的络合离子的能力。术语"非 金属"是指不具有丢失电子和形成阳离子能力的化学元素。
[0038] 取决于应用，可使用任何合适的非金属元素，或它们的组合。合金（或"合金组合 物"）可包括多种非金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种、或更多种非金属元素。非 金属元素可以是见于元素周期表的第13-17族中的任何元素。例如，非金属元素可以是F、 Cl、Br、I、At、0、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb和B中的任何一种。有时 候，非金属元素也可以是第13-17族中的某些准金属（例如，B、Si、Ge、As、Sb、Te和Po)。 在一个实施例中，非金属元素可包括B、Si、C、P或它们的组合。因此，例如，合金可包括硼 化物、碳化物、或这两者。
[0039] 过渡金属元素可以是钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钥、锝、钌、 铭、钮、银、镉、铪、钽、鹤、铼、锇、铱、钼、金、亲、於Crutherfordium)、班（dubnium)、囍· (seaborgium)、铍、ffj(hassium)、缓(meitnerium)、?4(ununnilium)>f仑（unununium)和 ununbium中的任何一种。在一个实施例中，包含过渡金属元素的BMG可具有Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Μη、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、 Cd和Hg中的至少一种。取决于应用，可使用任何合适的过渡金属元素、或它们的组合。所 述合金组合物可包括多种过渡金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种、或更多种过 渡金属元素。
[0040] 当前所描述的合金或合金"样品"或"样本"合金可具有任何形状或尺寸。例如，所 述合金可具有微粒形状，其可具有例如球状、椭球状、线状、杆状、片状、薄片状或不规则形 状的形状。所述微粒可具有任何尺寸。例如，它可具有介于约1微米和约100微米之间的 平均直径，诸如介于约5微米和约80微米之间，诸如介于约10微米和约60微米之间，诸如 介于约15微米和约50微米之间，诸如介于约15微米和约45微米之间，诸如介于约20微 米和约40微米之间，诸如介于约25微米和约35微米之间。例如，在一个实施例中，微粒的 平均直径介于约25微米和约44微米之间。在一些实施例中，可使用更小的微粒，诸如纳米 范围内的微粒，或者更大的微粒，例如大于100微米的那些。
[0041] 合金样品或样本还可具有大得多的尺度。例如，它可以是块体结构组件，例如铸 块、电子设备的外壳/保护套或甚至是具有在毫米、厘米或米范围内的尺度的结构组件的 一部分。
[0042] 固溶体
[0043] 术语"固溶体"是指固体形式的溶体。术语"溶体"是指两种或更多种物质的混合 物，所述物质可为固体、液体、气体或这些的组合。该混合物可为均质的或异质的。术语"混 合物"是指彼此结合并且通常能够分离的两种或更多种物质的组合物。一般来讲，这两种或 更多种物质彼此不化学结合。
[0044] 合金
[0045] 在一些实施例中，本文所描述的合金组合物可被完全合金化。在一个实施例中， "合金"是指两种或更多种金属的均质混合物或固溶体，其中一种金属的原子取代或占据其 他金属的原子之间的间隙位置；例如，黄铜是锌和铜的合金。与复合物不同，合金可以指金 属基体中的一种或多种元素的部分的或完全的固溶体，诸如金属基体中的一种或多种化合 物。本文的术语合金可以即指可给出单一固相微结构的完全固溶体合金也指可给出两种或 更多种相的部分溶体。本文所描述的合金组合物可以指包含合金的合金组合物，或包含含 合金复合物的合金组合物。
[0046] 因此，完全合金化的合金可具有均匀分布的成分，不管是固溶体相、化合物相、还 是这两者。本文所使用的术语"完全合金化"可考虑误差容限内的微小变化。例如，其可以 指至少90%合金化的，诸如至少95%合金化的，诸如至少99%合金化的，诸如至少99. 5% 合金化的，诸如至少99. 9%合金化的。本文的百分比可以指体积百分比或重量百分比，这取 决于上下文。这些百分比可由杂质平衡，其就组成或相而言，可能不是合金的一部分。
[0047] 无定形或非晶杰固体
[0048] "无定形"或"非晶态固体"是指缺乏作为晶体特性的晶格周期性的固体。如本文 所用，"无定形固体"包括"玻璃"，其是在加热时通过玻璃化转变而软化并转变成类液体状 态的无定形固体。一般来讲，尽管无定形材料因化学键的性质而可在原子长度尺度下具有 一些短程有序，但是它们缺乏晶体的长程有序特性。基于通过结构表征技术诸如X射线衍 射和透射电子显微镜法所确定的晶格周期性，可区分无定形固体和晶态固体。
[0049] 术语"有序"和"无序"指定多粒子系统中一些对称性或相关性的存在或不存在。 术语"长程有序"和"短程有序"基于长度尺度来区分材料中的有序。
[0050] 固体中最严格形式的有序是晶格周期性：不断重复一定的样式（晶胞中的原子排 列）以形成平移不变的空间拼接（tiling)。这是晶体的限定属性。可能的对称性分为14 个布拉菲（Bravais)晶格和230个空间群。
[0051] 晶格周期性意味着长程有序。如果仅已知一个晶胞，则通过平移对称性可准确地 预测在任意距离处的所有原子位置。反过来通常是正确的，除了例如在具有完美确定性拼 接但不具有晶格周期性的准晶体中。
[0052] 长程有序表征其中相同样品的遥远部分展现相互关联行为的物理系统。这可表示 为相关性函数，即自旋-自旋相关性函数：G(x，x' )=〈S(X)，S(x')>。
[0053] 在上面的函数中，s为自旋量子数，并且X为特定系统中的距离函数。当x=x'时 该函数等于1，并且随着距离|x-x'I增加而减小。通常，其在较大距离处指数衰减至零，并 且认为该系统是无序的。然而，如果相关性函数在大的Ix-x'I处衰减至常数值，则可认为 该系统具有长程有序性。如果其作为距离的幂衰减至零，则可称其为准长程有序。注意，所 谓"大的Ix-x'I"的值是相对的。
[0054] 当定义其行为的一些参数为不随时间变化的随机变量时（即它们是淬火或冷冻 的），则可认为系统呈现淬火无序，如自旋玻璃。这与退火无序相反，在退火无序中，随机变 量允许自己演变。本文的实施例包括包含淬火无序的系统。
[0055] 本文所述的合金可为晶态、部分晶态、无定形、或基本上无定形。例如，合金样品/ 样本可包括至少一些结晶度，具有处于纳米和/或微米范围内的尺寸的晶粒/晶体。作为 另外一种选择，合金可为基本上无定形的，例如完全无定形的。在一个实施例中，合金组合 物至少基本上不是无定形的，例如为基本上晶态的，诸如为完全晶态的。
[0056] 在一个实施例中，晶体或多个晶体在另外的无定形合金中的存在可理解为其中的 "结晶相"。合金的结晶度程度（或在一些实施例中简称为"结晶度"）可以指存在于合金中 的结晶相的量。所述程度可以指例如存在于合金中的晶体的分数。根据上下文，所述分数 可以指体积分数或重量分数。对无定形合金的"无定形"的量度可以是无定形度。无定形 度可用结晶度的程度来衡量。例如，在一个实施例中，具有低程度的结晶度的合金可被认为 具有1?程度的无定形度。在一个实施例中，例如，具有60体积％结晶相的合金可具有40体 积％的无定形相。
[0057] 无定形合金或无定形金属
[0058] "无定形合金"为具有大于50体积％的无定形含量，优选大于90体积％的无定形 含量，更优选大于95体积％的无定形含量，并且最优选大于99体积％至几乎100体积％的 无定形含量的合金。注意，如上所述，无定形度高的合金相当于结晶度程度低。"无定形金 属"为具有无序的原子尺度结构的无定形金属材料。与晶态的并因此具有高度有序的原子 排列的大多数金属相比，无定形合金为非结晶的。其中这种无序结构由冷却期间的液体状 态直接产生的材料有时被称为"玻璃"。因此，通常将无定形金属称为"金属玻璃"或"玻璃 态金属"。在一个实施例中，块体金属玻璃（"BMG"）可以指其微结构至少部分地为无定形 的合金。然而，除极其快速冷却外，还存在许多制备无定形金属的方式，包括物理气相沉积、 固态反应、离子辐照、熔体纺丝和机械合金化。不管无定形合金是如何制备的，它们可能均 为单一类材料。
[0059] 无定形金属可通过多种快速冷却方法制备。例如，可通过将熔融的金属溅射到旋 转金属盘上来制备无定形金属。大约上百万度每秒的快速冷却可过快而不能形成结晶，并 因此将材料"锁定"在玻璃状态。此外，可以低至足以允许厚层中无定形结构形成的临界冷 却速率来制备无定形金属/合金，如块体金属玻璃。
[0060] 术语"块体金属玻璃"（"BMG"）、块体无定形合金（"BAA"）和块体凝固型无定形 合金在本文中可互换使用。它们是指具有至少在毫米范围内的最小尺度的无定形合金。例 如，所述尺度可为至少约〇. 5mm，诸如至少约1mm，诸如至少约2mm，诸如至少约4mm，诸如至 少约5mm，诸如至少约6mm，诸如至少约8mm，诸如至少约10mm，诸如至少约12mm。取决于几 何形状，所述尺度可以指直径、半径、厚度、宽度、长度等。BMG也可为具有在厘米范围内的至 少一个尺度的金属玻璃，诸如至少约I. 〇cm，诸如至少约2. 0cm，诸如至少约5. 0cm，诸如至 少约10. 0cm。在一些实施例中，BMG可具有至少在米范围内的至少一个尺度。BMG可呈现 上述与金属玻璃有关的任何形状或形式。因此，在一些实施例中，本文所述的BMG在一个重 要方面可能不同于通过常规沉积技术制成的薄膜，前者可具有比后者大得多的尺度。
[0061] 无定形金属可为合金而不是纯金属。该合金可包含显著不同尺寸的原子，从而导 致熔融状态中的低自由体积（并因此具有比其他金属和合金高至数个数量级的粘度）。该 粘度防止原子充分移动以形成有序的晶格。材料结构可导致冷却期间的低收缩率和对塑性 变形的抵抗性。晶界（在某些情况为晶态材料的弱点）的缺乏可例如导致对磨损和腐蚀的 更佳抵抗性。在一个实施例中，无定形金属（技术上讲，亦即玻璃）还可比氧化物玻璃和陶 瓷坚韧得多且不那么脆。
[0062] 无定形材料的热导率可低于其晶态对应物的热导率。为了即使在较缓慢冷却期间 仍实现无定形结构的形成，该合金可由三种或更多种组分制成，从而导致具有较高势能和 较低形成几率的复杂晶体单元。无定形合金的形成可取决于多个因素：合金组分的组成； 组分的原子半径（优选具有超过12%的显著区别以获得高堆积密度和低自由体积）；以及 混合组分的组合、抑制晶体成核并延长熔融金属处于过冷却状态的时间的负热量。然而，由 于无定形合金的形成基于很多不同的变量，因此可能难以事先确定合金组合物是否会形成 无定形合金。
[0063] 例如，硼、硅、磷及其他玻璃形成元素与磁性金属（铁、钴、镍）的无定形合金可为 磁性的，具有低矫顽磁力和高电阻。高电阻导致在经受交变磁场时因涡电流所致的低损耗， 例如作为变压器磁芯的有用性质。
[0064] 无定形合金可具有多种潜在有用的性质。具体地，它们趋于比类似化学组成的晶 态合金更强硬，并且它们可承受比晶态合金更大的可逆（"弹性"）变形。无定形金属的强 度直接源于它们的非晶态结构，所述非晶态结构可不具有限制晶态合金的强度的任何缺陷 (例如位错）。例如，一种现代无定形金属，称为Vitreloy?，具有几乎是高级钛的抗拉强度 两倍的抗拉强度。在一些实施例中，室温下的金属玻璃是不可延展的，并且当在受力情况下 加载时趋于突然失效，这限制了在注重可靠性的应用中的材料可应用性，因为即将发生的 失效是不可见的。因此，为了克服该挑战，可使用金属基体复合物，该金属基体复合物具有 包含可延展的晶态金属的枝晶粒子或纤维的金属玻璃基体。作为另外一种选择，可使用趋 于导致脆化的一种或多种元素（例如，Ni)含量低的BMG。例如，可使用不含Ni的BMG来提 高BMG的延展性。
[0065] 块体无定形合金的另一个有用性质是它们可以是真的玻璃；换句话讲，它们可在 加热时软化并且流动。这可允许以与聚合物几乎相同的方式进行简单加工，例如通过注塑。 因此，可使用无定形合金来制备运动器材、医疗设备、电子组件、以及设备和薄膜。可经由高 速氧燃料技术来沉积无定形金属的薄膜作为保护性涂层。
[0066] 材料可具有无定形相、结晶相或它们两者。无定形和结晶相可具有相同的化学组 成并且仅在微结构方面不同，即一者为无定形，而另一者为晶态。在一个实施例中的微结构 是指由显微镜以25倍放大率或更高放大率显示的材料的结构。作为另外一种选择，这两个 相可具有不同的化学组成和微结构。例如，组合物可为部分无定形、基本上无定形或完全无 定形的。
[0067] 如上所述，可通过合金中存在的晶体分数来测量非晶度的程度（并且反之为结晶 度的程度）。该程度可以指合金中存在的结晶相的体积分数或重量分数。部分地无定形的 组合物可以指其至少约5体积％，诸如至少约10体积％，诸如至少约20体积％，诸如至少 约40体积％，诸如至少约60体积％，诸如至少约80体积％，诸如至少约90体积％是无定 形相的组合物。已经在本申请的其他地方定义了术语"基本上"和"约"。因此，至少基本上 无定形的组合物可以指其至少约90体积％，诸如至少约95体积％，诸如至少约98体积％， 诸如至少约99体积％，诸如至少约99. 5体积％，诸如至少约99. 8体积％，诸如至少约99. 9 体积％为无定形的组合物。在一个实施例中，基本上无定形的组合物可具有存在于其中的 一些附带的微量的结晶相。
[0068] 在一个实施例中，相对于无定形相，无定形合金组合物可为均质的。在组成上均一 的物质为均质的。这与异质的物质相反。术语"组成"是指物质中的化学组成和/或微结构。 当将物质的体积划分成两半并且两半均具有基本上相同的组成时，该物质为均质的。例如， 当微粒悬浮液的体积分为两半且两半均具有基本上相同体积的粒子时，该微粒悬浮液为均 质的。然而，在显微镜下可能看到单独的粒子。均质物质的另一实例为空气，虽然空气中的 粒子、气体和液体可被单独分析或从空气中分离，但其中的不同成分相等地悬浮。
[0069] 相对于无定形合金为均质的组合物可指具有在其整个微结构中基本上均匀分布 的无定形相的组合物。换句话讲，该组合物宏观上包括在整个组合物中基本上均匀分布的 无定形合金。在可供选择的实施例中，该组合物可为具有无定形相的复合物，该无定形相中 具有非无定形相。该非无定形相可为一种晶体或多种晶体。晶体可为任何形状例如球形、 椭球形、线形、杆形、片形、薄片形或不规则形状的微粒形式。在一个实施例中，其可具有枝 晶形式。例如，至少部分无定形的复合组合物可具有分散于无定形相基体中的枝晶形状的 结晶相；该分散体可为均匀或非均匀的，并且该无定形相和结晶相可具有相同或不同的化 学组成。在一个实施例中，它们具有基本上相同的化学组成。在另一个实施例中，结晶相可 以比BMG相更易延展。
[0070] 本文所描述的方法可应用于任何类型的无定形合金。类似地，本文中作为组合物 或制品的成分描述的无定形合金可为任何类型。无定形合金可包括元素Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、 Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Be或它们的组合。[!卩，合金可在其化学式或化学组成 中包括这些元素的任意组合。所述元素可以不同的重量或体积百分比存在。例如，铁"基" 合金可以指具有非轻微的重量百分比的铁存在于其中的合金，该重量百分比可为例如至少 约20重量％，诸如至少约40重量％，诸如至少约50重量％，诸如至少约60重量％，诸如至 少约80重量％。作为另外一种选择，在一个实施例中，上文所述的百分比可为体积百分比 而不是重量百分比。因此，无定形合金可为锆基、钛基、钼基、钯基、金基、银基、铜基、铁基、 镍基、铝基、钥基等等。该合金还可以不含前述元素中的任一种以适合特定目的。例如，在 一些实施例中，该合金或包含合金的组合物可基本上不含镍、铝、钛、铍或它们的组合。在一 个实施例中，该合金或复合物完全不含镍、铝、钛、铍或它们的组合。
[0071] 例如，无定形合金可具有式（21'，11)3(附，(：11^13咖，1，3丨，8)。，其中 &、13和。各 自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在30至75的范围内，b 在5至60的范围内，并且c在0至50的范围内。作为另外一种选择，无定形合金可具有式 (Zr,Ti)a (Ni,Cu)b (Be)。，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原 子百分比计，a在40至75的范围内，b在5至50的范围内，并且c在5至50的范围内。该 合金还可具有式（Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)。，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一 个实施例中，以原子百分比计，a在45至65的范围内，b在7. 5至35的范围内，并且c在 10至37. 5的范围内。作为另外一种选择，合金可具有式（Zr)a(Nb,Ti)b (Ni,Cu)。(Al) d，其中 a、b、c和d各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在45至65 的范围内，b在0至10的范围内，c在20至40的范围内，并且d在7. 5至15的范围内。前 述合金体系的一个示例性实施例为由LiquidmetalTechnologies(CA,USA)制造的商品名 为Vitreloy?，诸如Vitreloy-I和Vitreloy-IOl的Zr-Ti-Ni-Cu-Be基无定形合金。表 1 和表2中提供了不同系统的无定形合金的一些例子。
[0072] 表1 :示例件无定形合金纟目合物

【权利要求】
1. 一种温度调节容器，包括： 基本上管状的主体，包括沿着纵向方向的第一端部和第二端部； 纵向狭槽，在所述基本上管状的主体的所述第一端部和所述第二端部之间沿所述纵向 方向延伸并且穿过所述基本上管状的主体的完整厚度；和 一个或多个温度调节通道，被配置为使液体在所述基本上管状的主体内流动； 其中所述容器被配置为与水平定位的感应线圈一起使用，所述感应线圈被配置为在所 述容器中熔融可熔性材料， 其中所述纵向狭槽被配置为在由所述感应线圈施加感应场期间接收所述容器内的涡 电流， 其中所述基本上管状的主体被配置为在施加感应场期间基本上约束由来自所述感应 场的所述涡电流产生的第二磁场以熔融所述可熔性材料，并且 其中所述一个或多个温度调节通道被配置为在施加所述感应场期间调节所述容器的 温度。
2. 根据权利要求1所述的容器，其中所述基本上管状的主体包括内表面和外表面，其 中所述一个或多个温度调节通道在所述内表面和所述外表面之间提供，并且其中所述内表 面被配置为接收所述可熔性材料并基本上围绕或包封柱塞杆的柱塞头，其中所述柱塞杆的 柱塞头被配置为从所述内表面移动熔融的材料。
3. 根据权利要求2所述的容器，其中所述纵向狭槽由在所述内壁和所述外壁之间延伸 的平行边缘限定。
4. 根据权利要求1所述的容器，其中所述基本上管状的主体的所述第一端部和所述第 二端部中的至少一者或两个端部还包括盖，其中所述盖被配置为密封所述基本上管状的主 体中的所述一个或多个温度调节通道的端部。
5. 根据权利要求4所述的容器，还包括在所述基本上管状的主体的所述第一端部和所 述第二端部中的至少一者中的凹坑，其中所述凹坑被配置用于接收所述盖。
6. 根据权利要求1所述的容器，其中所述基本上管状的主体还包括与所述基本上管状 的主体的所述第一端部或所述第二端部中的一者相邻的凸缘，其中所述凸缘被配置为将所 述基本上管状的主体的所述第一端部或所述第二端部中的一者固定在注塑装置内并防止 所述基本上管状的主体相对于所述注塑装置移动。
7. -种装置，包括： 容器，包括被配置为接收用于在其中熔融的可熔性材料的内孔； 感应线圈，被配置为在与其相邻地定位的所述容器中熔融所述可熔性材料；以及 柱塞杆，具有被配置为相对于所述容器移动的柱塞头； 其中所述容器还包括延伸穿过所述容器的完整厚度的纵向狭槽，其中所述纵向狭槽被 配置为在由所述感应线圈施加感应场期间引导涡电流进入所述内孔中，以帮助在施加所述 感应场期间熔融所述可熔性材料，并且其中所述柱塞杆的柱塞头被配置为移动进入所述容 器的内孔中以在施加所述感应场期间将所述可熔性材料约束在所述容器内。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中所述容器还包括一个或多个温度调节通道，其中 所述一个或多个温度调节通道被配置为在施加所述感应场期间通过使流体在所述通道中 流动来调节所述容器的温度。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中所述容器包括外表面和限定所述内孔的内表面， 其中所述一个或多个温度调节通道在所述内表面和所述外表面之间提供，其中所述内孔的 内表面被配置为接收所述可熔性材料并基本上围绕或包封所述柱塞杆的柱塞头，并且其中 所述柱塞杆的柱塞头被配置为在所述内表面中并沿着所述内表面移动以从所述内表面移 动熔融的材料。
10. 根据权利要求8所述的装置，其中所述容器沿着所述感应线圈的水平轴线定位，并 且其中经由所述柱塞杆的柱塞头从所述内表面容器移动所述熔融的材料是在水平方向上 沿着所述容器朝向模具的注入路径进行的。
11. 根据权利要求7所述的装置，还包括模具，其中所述模具被配置为在施加所述感应 场之后接收来自所述容器的熔融的材料。
12. 根据权利要求7所述的装置，其中所述容器还包括位于其一个端部处的凸缘，其中 所述凸缘被配置为将所述容器固定在所述装置内并防止所述容器相对于所述装置移动。
13. -种方法，包括： 在容器中提供可熔性材料； 操作相邻于所述容器提供的热源以形成熔融的材料，以及 在操作所述热源期间调节所述容器的温度， 其中所述容器包括主体和延伸穿过所述主体的完整厚度的狭槽， 其中所述主体被配置为通过允许涡电流穿过所述狭槽进入所述容器的主体中，在所述 操作期间将来自所述热源的磁场应用于所述容器内的可熔性材料， 其中所述容器在其中包括一个或多个温度调节通道，并且其中所述调节包括使流体在 所述一个或多个温度调节通道中流动。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述容器被配置为基本上围绕或包封柱塞杆的 柱塞头，并且其中所述柱塞杆的柱塞头被配置为在所述操作期间保持所述可熔性材料。
15. 根据权利要求14所述的方法，还包括停止操作所述热源；以及使用所述柱塞将所 述熔融的材料从所述容器朝向模具顶出。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述容器沿着水平轴线定位，并且其中所述使 用所述柱塞从所述容器顶出所述熔融的材料通过在水平方向上将所述柱塞朝向所述模具 移动来提供。
17. -种容器，包括： 主体，包括外表面和被配置为接收用于在其中熔融的可熔性材料的内孔，由内表面形 成的所述内孔在所述主体的第一端部和第二端部之间延伸； 至少一个狭槽，在所述主体的所述第一端部和所述第二端部之间延伸并穿过所述主体 从所述外表面延伸至所述表面的形成所述内孔的部分；以及 一个或多个温度调节通道，在所述主体内在所述外表面和所述孔的所述内表面之间提 供并在所述主体的所述第一端部和所述第二端部之间延伸，所述一个或多个温度调节通道 被配置为使流体穿过所述主体流动； 其中所述内孔的所述内表面的一部分被配置为接收用于在所述容器中熔融的可熔性 材料， 其中所述内表面被配置为基本上围绕或包封来自注塑装置的柱塞杆的柱塞头， 其中所述至少一个狭槽被配置为允许在施加感应场期间接收涡电流进入所述容器中 以在所述主体中熔融所述可熔性材料，并且 其中所述一个或多个温度调节通道被配置为在施加所述感应场期间通过所述流体在 所述通道中的流动来调节所述容器的温度。
18. 根据权利要求17所述的容器，其中所述主体被配置为用于在水平方向上与水平定 位的感应线圈一起使用，所述感应线圈被配置为在所述容器中熔融可熔性材料，使得所述 内孔在所述水平方向上提供。
19. 根据权利要求17所述的容器，还包括与所述主体的所述第一端部或所述第二端部 中的一者或两者相邻的凸缘，并且其中每个凸缘被配置为将所述主体的所述第一端部或所 述第二端部中的一者固定在注塑装置内并防止所述主体相对于所述注塑装置移动。
20. 根据权利要求17所述的容器，其中所述主体的所述第一端部和所述第二端部中的 至少一者或两个端部还包括盖，其中所述盖被配置为密封所述一个或多个温度调节通道的 端部，并且其中所述主体还包括连接至所述一个或多个温度调节通道的入口和出口以使所 述流体流入、流过和流出所述主体。
【文档编号】B22D17/28GK104275463SQ201410328590
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2013年7月11日
【发明者】A·A·维里奥尔特, S·T·欧基夫, J·W·斯泰维克 申请人:科卢斯博知识产权有限公司