CN101588920A - 金属层压复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种金属层压复合材料，具有低热膨胀系数的第一合金层，和高热膨胀系数的第二合金层。所述层压复合材料中可以包括附加和可选层。

Description

金属层压复合材料
技术领域
[0001]本发明涉及金属层压复合材料，并且更具体地讲，本发明涉及具有不同热膨胀系数的多个层的金属层压复合材料。
背景技术
[0002]恒温金属或金属层压复合材料是包括两种或多种材料的复合材料。所述材料通常为片状或条状的形式。此外，所述两种或多种材料可以具有任意适当的特性，金属性等。恒温金属可由多种金属成分组成，所述金属成分各自具有不同的热膨胀系数，通过冶金结合连接在一起。随着温度的变化，材料的不同膨胀性趋向于改变曲率。
[0003]因此，一直需要改进的金属层压复合材料。这是本发明针对的一种需求。
发明内容
[0004]本发明包括金属层压复合材料，它包括第一层和第二层，其中第一层具有低热膨胀系数，而第二层具有高热膨胀材料系数。在一个特定的实施例中，所述金属层压复合材料可以包括：
[0005]第一金属合金层，它具有低热膨胀系数，从铁素体不锈钢、马氏体或沉淀硬化不锈钢中选择；和
[0006]第二金属合金层，它具有高热膨胀系数，由锰、铜和镍构成。
[0007]在另一个特定实施例中，金属层压复合材料可以包括可选层，以便引入或改变层压材料的特性。例如，镍或铜可被结合作为表面层，用于改进焊接和钎焊特性。此外，可利用这些可选层，例如，设置希望的电阻率和弯曲率，赋予耐腐蚀性，和改进导热性。与许多金属层压复合材料一样，本领域的普通技术人员可以放入附加层，以使结构赋予其他特性。
[0008]可选层可以由镍、低碳钢、铜或铜合金、奥氏体不锈钢合金、铁镍铬合金、或铁镍(例如因瓦(Invar))合金、或其混合物制成。可选层可以作为夹在高膨胀层和低膨胀层之间的层，作为高膨胀层的外表面上的表面层，和/或作为低膨胀层的外表面上的表面层出现。
[0009]本发明的上述及其它方面可以通过阅读和理解详细的说明和附图来得知。
附图说明
[0010]图1示出了金属层压复合材料的一个实施例。
[0011]图2示出了具有三层的金属层压复合材料的另一个实施例。
[0012]图3示出了具有三层的金属层压复合材料的另一个实施例。
[0013]图4示出了具有另一层的金属层压复合材料的另一个实施例。
[0014]图5示出了具有附加层的金属层压复合材料的另一个实施例。
[0015]图6示出了具有另一层的金属层压复合材料的另一个实施例。
[0016]图7示出了具有另一层的金属层压复合材料的另一个实施例。
[0017]图8示出了具有两个附加层的金属层压复合材料的另一个实施例。
定义
[0018]如本文所使用的，术语“金属层压复合材料”包括具有多个层的层压材料，包括具有两层的层压材料以及派生的层压材料，包括但不限于，可选的第三、第四、第五层或后续层。
[0019]术语“结合”包括粘合或通过冶金结合来连接金属层。用于形成该结合的技术包括传统工艺，它包括辊压接合(冷或热)、焊接、爆炸接合、扩散接合、电沉积、粘合剂结合、以及其他本领域技术人员已知的技术。
[0020]术语“电阻率”(电导率的倒数)是材料对电流阻碍的量值，作为材料特性。通过考虑载流横截面，可以很容易地转换成电阻。
[0021]术语“弯曲率”被用于定义当具有高热膨胀系数的成分金属合金包覆到具有较低热膨胀系数的成分金属合金时层压复合材料的形态。例如，随着温度升高，或者由于外部环境的温度变化，或者当双金属在电学应用中携带电流时通过热阻，金属材料产生弯曲。这种弯曲可以通过测量曲率或弯曲半径的倒数来量化。弯曲率可被定义为每单位温度变化引出的曲率变化。
[0022]除非特别地另行指出，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。为了本发明的目的，定义了以下术语。
具体实施方式
[0023]本发明的实施例包括金属层压复合材料，它包括至少两层材料。第一层可以具有低热膨胀系数材料，而与第一层结合的第二层，可以具有高热膨胀系数材料。通过将具有不同热膨胀系数的两层特定材料结合或包覆在一起，所结合的材料，即金属层压复合材料，可以获得弯曲率特性，并且可以或者通过外部环境温度变化或者通过热阻，产生在加热时的弯曲。
[0024]如图1所示，金属层压复合材料5的一个特定实施例包括第一层10和第二层20，即双金属层压材料。第一层10可以具有低热膨胀系数材料，并且可以是铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。所述层的理想高和/或低系数可以取决于所用材料的组合。在一些示例中，第一层的低热膨胀系数可以在约4.8(μin/in)/Deg.F-约6.8(μin/in)/Deg.F的范围内，而第二层的高热膨胀系数可以在约13(μin/in)/Deg.F-约17(μin/in)/Deg.F的范围内。在一些示例中，第一层的低热膨胀系数可以在约4.4(μin/in)/Deg.F-约7.2(μin/in)/Deg.F的范围内，而第二层的高热膨胀系数可以在约12(μin/in)/Deg.F-约18(μin/in)/Deg.F的范围内。
[0025]这些列出的参数可以使用多种材料获得。在一些示例中，第一层10可以含有少于0.2％的碳，少于1.5％的锰，少于0.05％的磷，少于0.05％的硫，少于1.5％的硅，少于30％的铬，少于1％的镍，少于1.5％的钼，少于1％的钛，少于1％的铌，少于1％的氮，少于1％的铝，和少于0.05％的镁。第二层20可以是高热膨胀系数的材料，如包含锰、镍和/或铜的合金。在其它示例中，第二层可以包括63％至80％的锰，13％-24％的铜，7％-13％的镍，其中所述成分占所述层的100％。这种元素的组合可被用于制备具有更高膨胀系数的金属层压复合材料，具有良好的可使用性。
[0026]图2-4示出了其它特定实施例，除了第一和第二层以外，还包括第三层材料。如同许多金属层压复合材料，本领域的普通技术人员可以包括附加层，以便将特性赋予给结构。例如，如图2所示，在第二层结合至第一层后，第三层50可被结合至高锰合金的第二层的外表面22。另外，如图3所示，第三层30可被结合在第一和第二层之间。如图4所示，另一个实施例包括第三层32，它被结合至第一层的外表面12。
[0027]该第三层30，32可以是镍，铜或铜合金，钢(包括低碳钢)，奥氏体不锈钢合金，铁镍铬合金或铁镍(例如因瓦)合金，如因瓦36(36％的镍，余量为铁)。适合于所述实施例的特定因瓦合金包括但不限于，36％的镍加上余量的铁，39％的镍加上余量的铁，42％的镍加上余量的铁，45％的镍加上余量的铁，以及50％的镍加上余量的铁。
[0028]在一个特定实施例中，第三层30，32是铜。包含铜可有助于设立希望的电阻率或增强焊接和钎接特性。铜制的第三层可以在金属层压复合材料之上或者夹在其它层之间。
[0029]在一个特定实施例中，高锰合金层以系统的约10％-约75％的容量比存在，并且包覆到铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢层上，所述层以系统的约10％-约75％的量存在。用于第三层的材料可以约2％-约75％的量存在。当包含用于可选第三层的材料作为高锰合金的第二层的外表面时(图2)，理想的是在功能可以实现的情况下使用尽可能少的材料来获得希望的效果。在一个实施例中，用作高锰合金的第二层的外表面上可选第三层的材料量在约2％-约10％的范围内。
[0030]附图5-7示出了其它特定实施例，除了第一，第二和第三层以外，还包括第四层材料。例如，如图5所示，第四层40的材料可被包括在一个层实施例的锰合金层的外表面22上，所述层实施例包括第一层10和第二层20结合在一起，而因瓦合金的第三层32结合至不锈钢层的外表面12。另外，如图6所示，可选的第四层40可被结合到一个实施例的锰合金层的外表面22，所述实施例包括被夹在第一层10和第二层20之间的第三层30。另外，如图7所示，本发明的一个实施例可以包括第四层材料42，它被结合至图3所示材料的第一层10的外表面12。
[0031]第四层40的材料可以包括镍，铜，钢(包括低碳钢)，奥氏体不锈钢合金，铁镍铬合金或铁镍(因瓦)合金。适用于第四层的材料的示例包括，但不仅限于，低碳钢，铜或铜合金，镍，304级奥氏体不锈钢合金，Fe22Ni3Cr合金(22％镍加上3％铬加上余量的铁)，Fe20Ni6Cr合金(20％镍加上6％铬加上余量的铁)，Fe19Ni2Cr合金(19％镍加上2％铬加上0.5％碳加上余量的铁)，和Fe25Ni8Cr合金(25％镍加上8％铬加上余量的铁)。其它可用于第四层的材料的示例包括，但不仅限于，36％镍加上余量的铁，39％的镍加上余量的铁，42％的镍加上余量的铁，45％的镍加上余量的铁，和50％的镍加上余量的铁。
[0032]如图8所示，另一个实施例包括第五层50，位于层10和20之间。铁素体钢或马氏体钢，即低热膨胀系数层10，具有第三可选层32在其外表面12上，而锰高热膨胀系数层20具有可选层第四层40在外表面22上。可用于如图8所示每一层10，20，32和40的材料如上文对于三层和四层的实施例所述，而用于可选第五层50的材料可以包括镍，铜或铜合金，钢(包括低碳钢)，奥氏体不锈钢合金，或铁镍铬合金。
[0033]另一个实施例包括用于制备金属层压复合材料的方法，包括(a)选择具有低热膨胀系数材料的第一层，所述低热膨胀系数材料由铁素体不锈钢或硬化不锈钢构成，其中低热膨胀系数在约4.4(μin/in)/Deg.F-约7.2(μin/in)/Deg.F之间；(b)选择具有高热膨胀系数材料的第二层，所述高热膨胀系数材料包括合金或由合金构成，所述合金包括锰，镍和铜，其中高热膨胀系数在12(μin/in)/Deg.F-约18(μin/in)/Deg.F之间；和(c)结合第一层和第二层。
[0034]可利用层的数量和类型来引入或改变层压材料的特性。例如，可以结合镍或铜作为表面层，用于改进焊接和钎焊特性。此外，钢(包括低碳钢)，镍，铜(或铜合金)，和奥氏体不锈钢可用于设立希望的电阻率和弯曲率。可以通过已知的传统技术或以后由本领域普通技术人员开发的技术来结合或连接材料或层。例如，所述技术包括辊压接合，冷辊压接合，热辊压接合，或锭料(ingot)、钢坯或胶块的环缝焊接(随后通过冷-热辊压)。其它技术包括粘合剂结合，扩散接合，爆炸接合，将一层电沉积在第二层的底层上，或者将一层火焰喷射在另一层的底层上。
[0035]具有低热膨胀系数(例如，约4.8(μin/in)/Deg.F-约6.8(μin/in)/(Deg.F)包括的材料)的示例性材料是本领域普通技术人员已知并可获得的。所述材料包括铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢，包括那些商用的材料，都是可用的。例如，不锈钢可以是铁素体不锈钢族的成员(例如，AISI 18-2FM，405，409，429，430和422)；和马氏体不锈钢族的成员(如AISI 403，410，416，420，440C，502，503，和504)。适用于本发明特定实施例的一些不锈钢的示例包括系列400不锈钢，它包括AISI 439不锈钢，以及AISI 436，441，434，430，446，444，440，431，429，422，420，416，414，410，409，405，404，403，455，453，450，448，447，435，433，425，423，406，400。其它不锈钢包括半马氏体(例如沉淀硬化17-7)，马氏体(例如沉淀硬化17-4)，沉淀硬化15-5，和沉淀硬化13-8不锈钢。尽管不要求，但如果需要，可以通过添加钛和/或氮沉淀碳和氮，用于铁素体相的稳定。
[0036]另外，具有高热膨胀系数的示例性材料是本领域普通技术人员已知和可获得的。合适的合金包括具有约10％-约23％的铜，约7％-约16％的镍，余量为锰的合金，较少残留杂质。关于具有高热膨胀系数的材料，所述材料由锰合金构成，所述锰合金主要包括锰，添加有镍和铜。例如，该高锰合金材料由约10％-约23％的铜，约7％-约16％的镍，余量为锰构成，并且其中所述元素的总量达到100％重量百分比，较少残留杂质。某些残留杂质可以包括，但不仅限于，硅，磷，硫，铁，铬，碳，和氮。这种基于锰的合金的其它商用成分范围规定在DeutschesInstitutfür Normung(DIN)说明1715中，为10％铜-18％铜加上10％镍-16％镍加上余量的锰。
[0037]应当理解，本发明可用于一系列应用中。这种应用和使用包括，家用和工业用断路器，温度计，突跳式温控器，调节室温的温控器，器具的温度调节和控制(例如熨斗，烤面包机，咖啡机，烤箱，电灶，干衣机，吹风机，油炸锅，电炒锅，茶壶，电饭煲，烤架，对开式铁心，和电热毯)，日光灯镇流器的过热保护，自动风扇，易腐损货物装运的温度监控和温度记录，飞机电路，炉子、加热系统、顶楼和供电线或水管通道槽隙的通风口的打开和关闭，电动机和压缩机过载保护，计算机的保护电路和外部设备浪涌保护器，保证煤气表的正确读数，以及大型变压器的保护电路。本领域普通技术人员可以意识到所述使用和应用及其他应用。
[0038]金属层压复合材料的不同特定实施例可用于传统使用常规金属层压复合材料的温度测量设备或温度启动设备。
示例
例1
[0039]一种金属层压复合材料具有容量比为25％-75％的高锰合金和容量比为25％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。在接近对称的比例下(50％-65％的高锰合金与余量的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢合金)，模型预测弯曲率比高镍系统低9.3％-10.6％，所述高镍系统由具有22％按重量计的镍和3％按重量计的铬的基于铁的合金，包覆到相等厚度的含有36％按重量计的镍的基于铁的合金构成。预测电阻率比相同系统高12.7％-31.9％。
[0040]每种成分的热膨胀系数，电阻率，和弹性模量通过测量或从文献资料中获得。层压材料中每种成分的厚度在抛光的金相横截面上测量。该数据被用于预测金属层压复合材料弯曲率(在华氏50-200度之间)和在华氏75度下的电阻率。所述预测与按照ASTM标准的实际测量值进行比较。
例2
[0041]一种示例性金属层压复合材料，具有容量比为55.2％的高锰合金包覆至容量比为44.8％的439不锈钢。高锰合金名义上由72％的锰，18％的铜，和10％的镍(按重量计)构成。实际测得的弯曲率为140.4×10-7(in/in)/(deg.F)。由成分材料的测得特性，预测弯曲率为136.7×10-7(in/in)/(deg.F)，与实际测量值相差了2.7％。实际测得的电阻率为572.8ohms circ.mil/ft(OCMF)，与预测的电阻率565.1OCMF相差了1.4％。该弯曲率和电阻率与高镍系统的平均值150.8×10-7(in/in)/(deg.F)和476OCMF进行比较，所述高镍系统由具有22％按重量计的镍和3％按重量计的铬的基于铁的合金，包覆到相等厚度的具有36％按重量计的镍的基于铁的合金构成。
例3
[0042]一种示例金属层压复合材料，由容量比为58.8％的高锰合金，包覆至容量比为41.2％的439不锈钢而构成。高锰合金名义上由72％的锰，18％的铜，和10％的镍(按重量计)构成。实际测得的弯曲率为141.0×10-7(in/in)/(deg.F)，这与预测的弯曲率136.3×10-7(in/in)/(deg.F)相差3.5％。实际测得的电阻率为586.6ohms circ.mil/ft(OCMF)，这与预测的电阻率590.0OCMF相差了0.6％。
例4
[0043]一种示例金属层压复合材料，由容量比为49.5％的高锰合金，包覆到容量比为50.5％的439不锈钢而构成。高锰合金名义上由72％的锰，18％的铜，和10％的镍(按重量计)构成。弯曲率为132.0×10-7(in/in)/(deg.F)，而电阻率为534.1ohms circ.mil/ft(OCMF)。
例5
[0044]一种示例金属层压复合材料，由容量比为23.6％的高锰合金，包覆到容量比为49.7％的439不锈钢，包覆到容量比为26.7％的铁-36Wt％镍合金(因瓦36)而构成。高锰合金名义上由72％的锰，18％的铜，和10％的镍(按重量计)构成。实际测得的弯曲率为139.8×10-7(in/in)/(deg.F)，与预测的弯曲率142.9×10-7(in/in)/(deg.F)相差了2.2％。实际测得的电阻率为470.4ohms circ.mil/ft(OCMF)，与预测的电阻率469.1OCMF相差了0.3％。
例6
[0045]一种示例金属层压复合材料，由容量比为51.5％的高锰合金，包覆到容量比为17.6％的C10700铜，包覆到容量比为30.9％的439不锈钢而构成。高锰合金名义上由72％的锰，18％的铜，和10％的镍(按重量计)构成。实际测得的弯曲率为132.3×10-7(in/in)/(deg.F)，与预测的弯曲率131.5×10-7(in/in)/(deg.F)相差了0.6％。实际测得的电阻率为54.1ohms circ.mil/ft(OCMF)，与预测的电阻率54.7OCMF相差了1.1％。
例7
[0046]一种示例金属层压复合材料，由容量比为39.8％的高锰合金，包覆到容量比为42.2％的N02201，包覆到容量比为18.0％的439不锈钢而构成。高锰合金名义上由72％的锰，18％的铜，和10％的镍(按重量计)构成。实际测得的弯曲率为113.7×10-7(in/in)/(deg.F)，与预测的弯曲率115.8×10-7(in/in)/(deg.F)相差了1.8％。实际测得的电阻率为105.2ohms circ.mil/ft(OCMF)，与预测的电阻率107.3OCMF相差了1.9％。
例8
[0047]一种金属层压复合材料，具有容量比为10％-75％的高锰合金第三层，包覆到容量比为2％-75％的低纯度铜合金(电阻率＝20-50OCMF)，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。所述低纯度铜层可以被夹在高锰合金层和铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述系统的电阻率可以在25OCMF(75％的铜在20OCMF下)-500OCMF(2％的铜在50OCMF下)的范围内。
例9
[0048]一种金属层压复合材料，具有容量比为2％-10％的低纯度铜合金第三层(电阻率＝20-50OCMF)，包覆到容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。所述高锰层可以被夹在低纯度铜层和铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述系统的电阻率可以在150OCMF(10％的铜在20OCMF下)-500OCMF(2％的铜在50OCMF下)的范围内。
例10
[0049]一种金属层压复合材料，具有容量比为10％-75％的高锰合金第三层，包覆到容量比为2％-75％的高纯度镍(电阻率＝45-55OCMF)，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。所述高纯度镍层可以被夹在高锰合金层和铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述系统的电阻率可以在65OCMF(对于75％的镍)-500OCMF(对于2％的镍)的范围内。
例11
[0050]一种金属层压复合材料，具有容量比为10％-75％的高锰合金第三层，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢，包覆到容量比为2％-75％的铁-36Wt％镍合金(因瓦36)。所述铁素体或马氏体层可以被夹在高锰合金层与因瓦36合金之间。所述系统的电阻率可以在405OCMF-775OCMF的范围内。
例12
[0051]一种金属层压复合材料，可以包括第三层和第四层，为容量比为2％-10％的铁-22％Ni-3％Cr合金，包覆到容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢，包覆到容量比为2％-75％的铁-36Wt％镍合金(因瓦36)。所述铁素体或马氏体层可以被夹在高锰合金层与因瓦合金层之间。所述高锰层可以被夹在铁素体或马氏体不锈钢层和Fe-22％Ni-3％Cr合金层之间。所述系统的电阻率可以在425OCMF-775OCMF的范围内。
例13
[0052]一种金属层压复合材料，它包括第三和第四层，由容量比为2％-10％的铁镍铬合金(奥氏体不锈钢，Fe22Ni3Cr合金，Fe20Ni6Cr合金，Fe19Ni2Cr合金，或Fe25Ni8Cr合金)，包覆到容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为2％-75％的低碳钢，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。所述低碳钢层可以被夹在高锰合金层与铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述高锰层可以被夹在2％-10％的铁镍铬合金与低碳钢层之间。所述层压材料的电阻率可以在100OCMF-500OCMF的范围内。
例14
[0053]一种金属层压复合材料，它包括可选的第三和第四层，由容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为2％-75％的低碳钢，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢，包覆到容量比为2％-40％的铁镍合金(36％的镍加上余量的铁，39％的镍加上余量的铁，42％的镍加上余量的铁，45％的镍加上余量的铁，或50％的镍加上余量的铁)。所述低碳钢层可以被夹在高锰合金层与铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢层可以被夹在2％-40％的铁镍合金与低碳钢层之间。所述层压材料的电阻率可以在100OCMF-650OCMF的范围内。
例15
[0054]一种金属层压复合材料，它包括可选的第三和第四层，由容量比为2％-10％的高纯度铜，包覆到容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为2％-75％的高纯度铜，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。所述2％-75％的高纯度铜层可以被夹在高锰合金层与铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述高锰层可以被夹在2％-10％高纯度铜层与2％-75％高纯度铜层之间。所述层压材料的电阻率可以在15OCMF-200OCMF的范围内。
例16
[0055]一种金属层压复合材料，它包括可选的第三和第四层，由容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为2％-75％的高纯度铜，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢，包覆到容量比为2％-40％的铁镍合金(36％的镍加上余量的铁，39％的镍加上余量的铁，42％的镍加上余量的铁，45％的镍加上余量的铁，或50％的镍加上余量的铁)。所述高纯度铜层可以被夹在高锰合金层与铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢层可以被夹在2％-40％的铁镍合金与高纯度铜层之间。所述层压材料的电阻率可以在15OCMF-300OCMF的范围内。
例17
[0056]一种金属层压复合材料，包括可选的第三和第四层，由容量比为2％-10％的铁镍铬合金(奥氏体不锈钢，Fe22Ni3Cr合金，Fe20Ni6Cr合金，Fe19Ni2Cr合金，或Fe25Ni8Cr合金)，包覆到容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为2％-75％的低纯度铜，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢。所述低纯度铜层可以被夹在高锰合金层与铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述高锰层可以被夹在2％-10％铁镍铬合金与低纯度铜层之间。所述层压材料的电阻率可以在65OCMF-550OCMF的范围内。
例18
[0057]一种金属层压复合材料，包括可选的第三、第四和第五层，由容量比为2％-10％的铁镍铬合金(奥氏体不锈钢，Fe22Ni3Cr合金，Fe20Ni6Cr合金，Fe19Ni2Cr合金，或Fe25Ni8Cr合金)，包覆到容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为2％-75％的低碳钢层，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢，包覆到容量比为2％-40％的铁镍合金(36％的镍加上余量的铁，39％的镍加上余量的铁，42％的镍加上余量的铁，45％的镍加上余量的铁，或50％的镍加上余量的铁)。所述低碳钢层可以被夹在高锰合金层与铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述高锰层可以被夹在2％-10％的铁镍铬合金与低碳钢层之间。所述铁素体或马氏体不锈钢层可以被夹在低碳钢层与2％-40％的铁镍合金之间。所述层压材料的电阻率可以在100OCMF-650OCMF的范围内。
例19
[0058]一种金属层压复合材料，包括可选的第三、第四和第五层，由容量比为2％-10％的铁镍铬合金(奥氏体不锈钢，Fe22Ni3Cr合金，Fe20Ni6Cr合金，Fe19Ni2Cr合金，或Fe25Ni8Cr合金)，包覆到容量比为10％-75％的高锰合金，包覆到容量比为2％-75％的高纯度铜，包覆到容量比为10％-75％的铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢，包覆到容量比为2％-40％的铁镍合金(36％的镍加上余量的铁，39％的镍加上余量的铁，42％的镍加上余量的铁，45％的镍加上余量的铁，或50％的镍加上余量的铁)。所述高纯度铜层可以被夹在高锰合金层与铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢之间。所述高锰层可以被夹在2％-10％铁镍铬合金与高纯度铜层之间。所述铁素体或马氏体不锈钢层可以被夹在高纯度铜层与2％-40％铁镍合金之间。所述层压材料的电阻率可以在15OCMF-300OCMF的范围内。
例20
[0059]当制备如图5所示的具有四层的金属层压复合材料系统时，高锰合金层以容量比为系统的约10％-约75％存在，并且包覆到铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢层，所述不锈钢层以占系统的约10％-约75％的量存在。因瓦合金层的材料以占系统的约2％-约40％的量存在，而位于高锰合金层的外表面上的第四层材料，以占系统的约2％-约10％的量存在，其中所有四层组合在一起的总量为百分之百。当包括可选的第三和第四层的材料时，理想的是在功能可以实现的基础上使用尽可能少的材料来获得希望的效果。
例21
[0060]当制备如图6所示的具有四层的金属层压复合材料系统时，高锰合金层以容量比为系统的约10％-约75％存在，而铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢层以系统的约10％-约75％的量存在。第三层30的材料以占系统的约2％-约75％的量存在，而位于高锰合金层的外表面上的第四层材料，以占系统的约2％-约10％的量存在，其中所有四层组合在一起的总量为百分之百。当包括可选的第三和第四层材料时，理想的是在功能可以实现的基础上使用尽可能少的材料来获得希望的效果。
[0061]本发明范围内的其它派生的金属层压复合材料可以由任意上述层压材料构成，包含高锰合金的外层，结合有镀在高锰合金上的镍，铜，或锡。所述镀层可以足够薄，从而不影响恒温特性。
[0062]上面详细的说明和示例仅仅是说明性的，并不试图限制本发明的范围和精神，并且其等同物由所附权利要求书限定。本领域技术人员会认识到，在不背离本发明的范围和精神的前提下，可以对本说明书公开的本发明作出多种变化。

Claims (22)

1、一种金属层压复合材料，包括：
第一层，具有低热膨胀系数材料，并且是铁素体不锈钢或硬化不锈钢；
第二层，具有高热膨胀系数材料，并且是包括锰，镍和铜的合金；
其中所述低热膨胀系数在约4.4(μin/in)/Deg.F-约7.2(μin/in)/Deg.F之间，而所述高热膨胀系数在12(μin/in)/Deg.F-约18(μin/in)/Deg.F之间。
2、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述低热膨胀系数在约4.8(μin/in)/Deg.F-约6.8(μin/in)/Deg.F之间，而所述高热膨胀系数在约13(μin/in)/Deg.F-约17(μin/in)/Deg.F之间。
3、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述第二层具有约10％-约23％的铜，约7％-16％的镍，和约1％-约83％的锰。
4、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述高热膨胀系数层的材料厚度与低热膨胀系数层的材料厚度的比例从50/50，57/43和60/40的比例中选择。
5、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述不锈钢是AISI系列400不锈钢。
6、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述第一层包括少于1.5％的锰，少于0.05％的磷，少于0.05％的硫，少于1.5％的硅，少于30％的铬，少于1％的镍，少于1.5％的钼，少于1％的钛，少于1％的铌，少于1％的氮，少于1％的铝，和少于0.05％的镁。
7、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述第二层是从由锰，镍，铜及其组合所构成的组中选择的元素的合金。
8、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述第二层由约63％-约80％的锰，约13％-24％的铜，约7％-13％的镍构成；并且所述锰，铜和镍构成所述层的100％。
9、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，还包括第三层，具有约2％-约50％的锰和约10％-约48％的铁素体钢。
10、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述不锈钢是马氏体钢。
11、根据权利要求1所述的金属层压复合材料，其中所述第三层由镍，铜或铜合金，低碳钢，奥氏体不锈钢，铁镍铬或铁镍合金构成。
12、根据权利要求2所述的金属层压复合材料，还包括铁镍合金的第三层，位于第一层的外表面上。
13、根据权利要求3所述的金属层压复合材料，其中所述第三层位于第一层的外表面上，而所述第四层位于第二层的外表面上。
14、一种金属层压复合材料包括多个层，其中第一层是低热膨胀系数材料，由铁素体不锈钢或沉淀硬化不锈钢构成，而第二层是高热膨胀系数材料，由包括锰，镍和铜的合金构成，
其中所述低热膨胀系数在约每华氏度4.4μin-每华氏度7.2μin之间，而所述高热膨胀系数在每华氏度12μin-约每华氏度18μin之间。
15、根据权利要求14所述的金属层压复合材料，其中所述第三层包括从由镍，铜，铁及其组合构成的组中选择的元素。
16、根据权利要求14所述的金属层压复合材料，其中所述第三层是低碳钢，奥氏体不锈钢，或铁镍合金。
17、根据权利要求14所述的金属层压复合材料，其中所述高热膨胀系数材料由约10％-约23％的铜和约7％-约16％的镍和锰构成。
18、根据权利要求14所述的金属层压复合材料，其中所述第一层是半奥氏体或马氏体钢。
19、根据权利要求14所属的金属层压复合材料，其中所述第一层是AISI系列400级不锈钢。
20、一种温度测量或温度启动设备，包括权利要求15所述的金属层压复合材料。
21、一种制备金属层压复合材料的方法，包括：
选择由铁素体不锈钢或硬化不锈钢构成的具有低热膨胀系数材料的第一层，其中所述低热膨胀系数在约4.4(μin/in)/Deg.F-约7.2(μin/in)/Deg.F之间；
选择包括锰，镍和铜的合金的具有高热膨胀系数材料的第二层，其中所述高热膨胀系数在12(μin/n)/Deg.F-约18(μin/in)/Deg.F之间；和
结合所述第一层和第二层。
22、一种金属层压复合材料，主要由下述构成：
第一层，具有低热膨胀系数材料，并且是铁素体不锈钢或硬化不锈钢；
第二层，具有高热膨胀系数材料，并且是包括锰，镍和铜的合金；
其中，所述低热膨胀系数在约4.4(μin/in)/Deg.F-约7.2(μin/in)/Deg.F之间，而所述高热膨胀系数在12(μin/in)/Deg.F-约18(μin/in)/Deg.F之间。
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