CN104039480B - 用于注塑系统中受控输送的双柱塞杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注塑系统，所述注塑系统包括第一柱塞杆和第二柱塞杆，所述第一柱塞杆和第二柱塞杆被配置为从熔融区移出或输送熔融的材料并使其进入模具内。所述第一柱塞杆和第二柱塞杆被配置为在移动的同时在所述第一柱塞杆和第二柱塞杆之间控制和包含熔融的材料。所述第二柱塞杆也可相对于模具定位以在模具的一侧上施加压力，而第一柱塞杆在相对侧上将熔融的材料推入模具内以迫使所述材料进入模具腔体内。所述第二柱塞杆还可用于从模具顶出模塑的(块体无定形)物体。所述杆可沿着纵向轴线在熔融区和模具之间沿纵向方向(例如，水平地)移动。

Description

用于注塑系统中受控输送的双柱塞杆

技术领域

本公开整体涉及用于熔融材料并且从熔融的材料模塑物体的注塑系统。

背景技术

一些常规浇铸机或模塑机包括单柱塞杆，该单柱塞杆使用增加的力将材料移动并装填到模具内。然而，当在此类系统中使用无定形合金来模塑或浇铸高纵横比的部件时，模塑的部件往往会不均一和/或结晶化，因为模具的淬火速率不够(例如，材料在一侧冷却过快，而在另外一侧或多侧(例如，柱塞侧)冷却不够快)。增加单柱塞杆的速度或力并不能缓解这一问题。

另外，在水平注入系统中，熔融的材料必须保持在熔融区中，使得其不会过多混合或过快冷却。

发明内容

一种根据本文实施例的用于改善模塑的物体或部件的所提议的解决方案是使用块体凝固型无定形合金。

本公开的一个方面提供了一种注塑系统，该注塑系统具有被配置为熔融接收在其中的可熔性材料的熔融区和双柱塞杆组件。双柱塞杆组件包括第一柱塞杆和第二柱塞杆，至少所述第一柱塞杆被配置为将熔融的材料从熔融区移出并移入模具内。双柱塞杆组件和熔融区以直线形式提供。第一柱塞杆和第二柱塞杆被配置为沿着纵向轴线移动，使得至少所述第一柱塞杆沿纵向方向从熔融区移出以将熔融的材料移入模具内。

另一个方面提供了一种注塑系统，所述注塑系统包括：熔融区，其被配置为熔融接收在其中的可熔性材料；模具，其被配置为在其中接收熔融的材料以用于模塑；以及第一柱塞杆和第二柱塞杆，其被配置为相对于彼此移动。第一柱塞杆和第二柱塞杆被配置为将熔融的材料从熔融区移出并移入模具内。

另一个方面提供了一种使用注塑系统由可熔性材料来模塑物体的方法。该系统包括熔融区，其被配置为熔融接收在其中的可熔性材料；以及柱塞杆组件，其具有第一柱塞杆和第二柱塞杆，所述组件被配置为将熔融的材料从熔融区移出并移入模具内。所述方法包括：在熔融区中熔融可熔性材料，以及将熔融的材料从熔融区移出并移入模具内，并且第一柱塞杆和第二柱塞杆被配置为在熔融的材料朝模具移动期间在第一柱塞杆和第二柱塞杆之间包含熔融的材料。

附图说明

图1提供了示例性块体凝固型无定形合金的温度-粘度图。

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。

图3示出了根据本公开实施例的具有双柱塞杆组件的注塑系统。

图4-6示出了根据一个实施例的图3的注入系统中双柱塞杆组件相对于熔融区、模具以及彼此的移动。

图7示出了根据一个实施例的使用第二柱塞杆来帮助将熔融的材料注入到正在通过第一柱塞杆在其中移动的模具腔体内的详细视图。

图8示出了根据一个实施例的使用第二柱塞杆从模具中顶出模塑物体的详细视图。

具体实施方式

在本说明书中引用的所有出版物、专利和专利申请均在此以引用方式全文并入。

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的聚合物树脂。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”用于描述和考虑小的波动。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％。

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，如果冷却速度不够快，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(并且相反地，较低程度的结晶度)，因此需要开发用于浇铸具有受控量的非晶度的BMG部件的方法。

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。应该指出，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。随着过度冷却逐渐扩大，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，在该温度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。

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结晶形式的金属变得更粘，最终呈现常规固体的外在物理特性。

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定义为对应的结晶相的热力学液相线温度。在该机制下，块体凝固型无定形合金在熔融温度下的粘度可处于约0.1泊至约10,000泊的范围内，并且甚至有时低于0.01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部件的冷却速度必须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。

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。在该温度区域内，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10¹²Pa·s直到结晶温度(过冷液相区的高温极限)下的10⁵Pa·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能作为成形和分离方法。

需要对Tx进行一些阐明。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至接近Tg变化。

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重新加热至过冷液相区中，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的结晶。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、最高大约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。

以20℃/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加热斜坡开始横跨TTT结晶时的Tx、以及当同一条轨线横跨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Tx。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。

相

本文中的术语“相”可指见于热力学相图中的相。“相”为空间区域(例如，热力学系统)，在整个该空间区域(例如，热力学系统)中，材料的所有物理特性基本上是一致的。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。可将“相”简单地描述为材料在化学上一致、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，并且水上方的湿空气为第三相。罐的玻璃为另一个分离相。相可以指固溶体，其可以是二元、三元、四元或更多元的溶体或化合物，诸如金属互化物。又如，无定形相不同于结晶相。

金属、过渡金属和非金属

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，其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、有色化合物和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。

根据所述应用，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”)可包含多种非金属元素，诸如至少两种、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、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb和B中的任何一种。偶尔，非金属元素也可以指第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、或它们两者。

过渡金属元素可以是钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、(rutherfordium)、(dubnium)、(seaborgium)、铍、(hassium)、(meitnerium)、(ununnilium)、(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、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和Hg中的至少一种。根据所述应用，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含多种过渡金属元素，诸如至少两种、至少三种、至少四种、或更多种过渡金属元素。

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，其可以具有诸如球状、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，诸如大于100微米的微粒。

合金样品或样本还可具有大得多的尺寸。例如，它可以是块体结构部件，诸如铸块、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寸的结构部件的一部分。

固溶体

术语“固溶体”是指固体形式的溶液体。术语“溶体”是指两种或更多种物质的混合物，其可为固体、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被分离的两种或更多种物质的组合物。一般来讲，两种或更多种物质在化学上不相互结合。

合金

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，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指可给出单一固相微观结构的完全的固溶体合金和可给出两种或更多种相的部分的溶体两者。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。

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、还是它们两者。本文所使用的术语“完全合金化”可解释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。根据上下文，本文的百分比可以指体积百分比或重量百分比。这些百分比可由杂质来平衡，其就组成或相而言可能不是合金的一部分。

无定形或非晶态固体

“无定形”或“非晶态固体”是指没有晶格周期性的固体，所述固体具有晶体的特性。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某种短程有序特性，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，可对无定形固体和晶态固体进行区分。

术语“有序”和“无序”指定多粒子系统中的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。

固体中最严格形式的有序是晶格周期性：不断重复某种模式(晶胞中的原子排列)以形成平移不变的空间拼接(tiling)。这是晶体的限定特性。可能的对称性分为14个布拉菲(Bravais)晶格和230个空间群。

晶格周期性暗指长程有序。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。反过来通常也是正确的，除了例如在具有完全确定性拼接但不具有晶格周期性的准晶体中。

长程有序表征其中相同样品的偏远部分表现出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′)>。

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'|增加而减小。通常，其在较大距离处以指数方式衰减至零，并且认为该系统是无序的。然而，如果相关性函数在大的|x-x'|处衰减至常数值，则可认为该系统具有长程有序特性。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，所谓构成|x-x'|的大数值是相对的。

当定义系统行为的一些参数为不随时间变化的随机变量时(即它们是淬火的或冷冻的)，则可认为其呈现淬火无序，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。

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，所述合金样品/样本具有处于纳米和/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，诸如完全无定形的。在一个实施例中，合金组合物为至少基本上非无定形的，诸如为基本上晶态的，诸如为完全晶态的。

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”的量度可以是非晶度。无定形度可依据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高程度的无定形度。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。

无定形合金或无定形金属

“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。其中这种无序结构从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”)可以指其微观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法，包括物理气相沉积、固态反应、离子辐射、熔融纺丝和机械合金化。不管无定形合金是如何制备的，它们均可为单一类材料。

无定形金属可通过多种快速冷却方法生产。例如，可通过将熔融的金属溅射到旋转金属盘上来生产无定形金属。大约上百万度每秒的快速冷却会过快而不能形成结晶，并因此将材料“锁定”在玻璃状态。此外，可以低得足以允许在厚层中无定形结构形成的临界冷却速率来产生无定形金属/合金，如块体金属玻璃。

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地使用。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0.5mm，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。根据几何形状，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(诸如至少约1.0cm、诸如至少约2.0cm、诸如至少约5.0cm、诸如至少约10.0cm)的至少一个尺度的金属玻璃。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可将上述任何形状或形式看作是与金属玻璃有关。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。

无定形金属可为合金而不是纯金属。该合金可包含明显不同尺寸的原子，从而导致熔融的状态中的低自由体积(并因此具有比其他金属和合金高多达数个数量级的粘度)。该粘度防止原子充分移动，从而形成有序的晶格。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。晶界的缺乏(在一些情况下为晶态材料的弱点)可例如导致对磨损和腐蚀的较好抵抗性。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易碎。

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组成，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种因素：合金组分的组成；组分的原子半径(优选具有超过12％的显著差异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的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。

例如，硼、硅、磷及其他玻璃成形元素与磁性金属(铁、钴、镍)的无定形合金可为磁性的，具有低矫顽磁性和高电阻。高电阻导致在经受交变磁场时由涡流所致的低损耗，例如作为变压器磁芯的有用的特性。

无定形合金可具有多种潜在有用的特性。具体地，它们趋于比类似的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，所述非晶态结构可能不具有任何限制晶态合金强度的缺陷(诸如位错)。例如，一种称为Vitreloy^TM现代无定形金属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明显的。因此，为了克服该挑战，可使用具有金属玻璃基体的金属基体复合物材料，所述金属玻璃基体包含可延展的晶态金属的枝状粒子或纤维。作为另外一种选择，可使用具有低含量的趋于导致脆化的一种或多种元素(例如，Ni)的BMG。例如，可使用不含Ni的BMG来改善BMG的延展性。

块体无定形合金的另一种有用的特性是它们可为真玻璃；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诸如通过注塑而容易加工。因此，可使用无定形合金来制造运动器材、医疗设备、电子部件以及装备和薄膜。可通过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。

材料可具有无定形相、结晶相、或它们两者。无定形相和结晶相可具有相同的化学组成并且仅在微观结构上不同，即，一者为非晶态微观结构而另一者为晶态微观结构。一个实施例中的微观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观结构。例如，组合物可为部分无定形的、基本上无定形的或完全无定形的。

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。部分无定形组合物可以指所述组合物的至少约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。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所述组合物的至少约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％)是无定形的。在一个实施例中，基本上无定形的组合物可具有于其中存在的一些附带的轻微量的结晶相。

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。具有均一组成的物质为均质的。这与异质的物质相反。术语“组成”是指物质中的化学组成和/或微观结构。当将物质的体积划分成两半并且两半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并且两半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、气体和液体可单独分析或从空气中分离，但其中的不同成分平等地悬浮。

相对于无定形合金为均质的组合物可指具有在其整个微观结构中基本上均匀分布的无定形相的组合物。换句话讲，该组合物宏观上包含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，该无定形相在其中具有非无定形相。该非无定形相可为一种晶体或多种晶体。晶体可为任何形状诸如球形、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，其可具有枝状形式。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状的结晶相；该分散体可为均匀的或非均匀的，并且该无定形相和结晶相可具有相同的化学组成或不同的化学组成。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。

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。无定形合金可包含元素Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Be、或它们的组合。即，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百分比或体积百分比存在。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、铂基、钯基、金基、银基、铜基、铁基、镍基、铝基、钼基等等。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。

例如，无定形合金可具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu,Fe)_b(Be,A1,Si,B)_c，其中a、b和c各自代表重量百分比或原子百分比。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)_c，其中a、b和c各自代表重量百分比或原子百分比。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)_c，其中a、b和c各自代表重量百分比或原子百分比。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，该合金可具有式(Zr)_a(Nb,Ti)_b(Ni,Cu)_c(A1)_d，其中a、b、c和d各自代表重量百分比或原子百分比。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Vitreloy^TM(诸如Vitreloy-1和Vitreloy-101)的Zr-Ti-Ni-Cu-Be基无定形合金。表1中提供了不同系统的无定形合金的一些实例。

无定形合金还可为铁基合金，诸如(Fe,Ni,Co)基合金。此类组合物的实例公开于美国专利6,325,868、5,288,344、5,368,659、5,618,359和5,735,975、Inoue等人的Appl.Phys.Lett.(第71卷第464页(1997年))、Shen等人的Mater.Trans.,JIM(第42卷第2136页(2001年))以及日本专利申请200126277(公开号2001303218A)中。一种示例性组合物为Fe₇₂A1₅Ga₂P_llC₆B₄。另一实例为Fe₇₂A1₇Zr_l0Mo₅W₂B₁₅。美国专利申请公开2010/0084052中公开了可用于本文涂层中的另一种铁基合金体系，其中无定形金属包含例如锰(1至3原子％)、钇(0.1至10原子％)以及硅(0.3至3.1原子％)，组成范围在括号内给出；并且包含以下元素：铬(15至20原子％)、钼(2至15原子％)、钨(1至3原子％)、硼(5至16原子％)、碳(3至16原子％)，并且余量为铁，指定的组成范围在括号内给出。

前述的无定形合金体系还可包含附加的元素，诸如附加的过渡金属元素，包括Nb、Cr、V和Co。所述附加的元素能够以小于或等于约30重量％、诸如小于或等于约20重量％、诸如小于或等于约10重量％、诸如小于或等于约5重量％的量存在。在一个实施例中，附加的任选元素为钴、锰、锆、钽、铌、钨、钇、钛、钒和铪中的至少一种以形成碳化物并进一步改善耐磨性和耐腐蚀性。其他的任选元素可包括磷、锗和砷，总量至多约2％，并且优选地少于1％，以降低熔点。除此以外，附带的杂质应小于约2％，并且优选0.5％。

表1：示例性无定形合金组成

合金

原子％

原子％

原子％

原子％

原子％

原子％

1

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

41.20％

13.80％

12.50％

10.00％

22.50％

2

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

44.00％

11.00％

10.00％

10.00％

25.00％

3

Zr

Ti

Cu

Ni

Nb

Be

56.25％

11.25％

6.88％

5.63％

7.50％

12.50％

4

Zr

Ti

Cu

Ni

Al

Be

64.75％

5.60％

14.90％

11.15％

2.60％

1.00％

5

Zr

Ti

Cu

Ni

Al

52.50％

5.00％

17.90％

14.60％

10.00％

6

Zr

Nb

Cu

Ni

Al

57.00％

5.00％

15.40％

12.60％

10.00％

7

Zr

Cu

Ni

Al

Sn

50.75％

36.23％

4.03％

9.00％

0.50％

8

Zr

Ti

Cu

Ni

Be

46.75％

8.25％

7.50％

10.00％

27.50％

9

Zr

Ti

Ni

Be

21.67％

43.33％

7.50％

27.50％

10

Zr

Ti

Cu

Be

35.00％

30.00％

7.50％

27.50％

11

Zr

Ti

Co

Be

35.00％

30.00％

6.00％

29.00％

12

Au

Ag

Pd

Cu

Si

49.00％

5.50％

2.30％

26.90％

16.30％

13

Au

Ag

Pd

Cu

Si

50.90％

3.00％

2.30％

27.80％

16.00％

14

Pt

Cu

Ni

P

9 -->

57.50％

14.70％

5.30％

22.50％

15

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

36.60％

31.40％

7.00％

5.90％

19.10％

16

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

38.30％

32.90％

7.30％

6.20％

15.30％

17

Zr

Ti

Nb

Cu

Be

39.60％

33.90％

7.60％

6.40％

12.50％

18

Cu

Ti

Zr

Ni

47.00％

34.00％

11.00％

8.00％

19

Zr

Co

Al

55.00％

25.00％

20.00％

在一些实施例中，具有无定形合金的组合物可包含少量的杂质。可特意添加杂质元素以改变组合物的特性，诸如改善机械特性(例如，硬度、强度、断裂机制等)和/或改善耐腐蚀性。作为另外一种选择，杂质可作为不可避免的附带杂质(诸如作为加工和制造的副产物而获得的那些)而存在。杂质可小于或等于约10重量％，诸如约5重量％、诸如约2重量％、诸如约1重量％、诸如约0.5重量％、诸如约0.1重量％。在一些实施例中，这些百分比可为体积百分比，而不是重量百分比。在一个实施例中，合金样品/组合物基本上由无定形合金组成(仅具有少量附带的杂质)。在另一个实施例中，该组合物包含无定形合金(没有可观察到的痕量杂质)。

在一个实施例中，成品部件超过块体凝固型无定形合金的临界浇铸厚度。

在本文的实施例中，过冷液相区(其中块体凝固型无定形合金可作为高粘度液体存在)的存在允许超塑性成形。可获得大的塑性变形。在过冷液相区中发生大的塑性变形的能力被用于成形和/或切割工艺。与固体相反，液体块体凝固型合金局部产生变形，这极大地降低了切割和成形所需的能量。切割和成形的容易性取决于合金、模具和切割工具的温度。随着温度提高，粘度降低，因此切割和成形就更容易。

本文的实施例可利用例如使无定形合金在Tg与Tx之间进行的热塑性成形工艺。在本文中，根据在典型加热速率(如20℃/分钟)下的标准DSC测量值，将Tx和Tg确定为结晶温度的起始点和玻璃化转变温度的起始点。

无定形合金部件可具有临界浇铸厚度，并且成品部件可具有比临界浇铸厚度更大的厚度。此外，选择加热和成型操作的时间和温度，使得无定形合金的弹性应变极限可基本上保持为不小于1.0％，并且优选地不小于1.5％。在本文的实施例的上下文中，大约玻璃化转变的温度是指成形温度可低于玻璃化转变温度、处于玻璃化转变温度或在玻璃化转变温度周围以及高于玻璃化转变温度，但优选地处于低于结晶温度T_x的温度。采用与加热步骤的加热速率类似的速率，并且优选地采用高于加热步骤的加热速率的速率来进行冷却步骤。冷却步骤还优选地在可保持成形和成型负荷的同时实现。

电子设备

本文的实施例在使用BMG来制造电子设备的过程中可为有价值的。本文的电子设备可以指本领域已知的任何电子设备。例如，其可为电话诸如手机和座机电话，或任何通信设备诸如智能电话(包括例如iPhone^TM)，以及电子邮件发送/接收设备。其可为显示器(诸如数字显示器)、电视监视器、电子书阅读器、便携式网页浏览器(例如，iPad^TM)以及计算机监视器的一部分。其还可为娱乐设备，包括便携式DVD播放器、常规DVD播放器、蓝光碟片播放器、视频游戏控制器、音乐播放器诸如便携式音乐播放器(例如，iPod^TM)等。其还可为提供控制的设备的一部分，诸如控制图像流、视频流、声音流(例如，AppleTV^TM)，或其可为用于电子设备的遥控器。其可为计算机或其附件的一部分，诸如硬盘塔外壳或保护套、膝上型计算机外壳、膝上型计算机键盘、膝上型计算机轨触摸板、台式计算机键盘、鼠标和扬声器。该制品还可以应用于诸如手表或时钟之类的设备。

本文示出的方法、技术和设备并非意图仅限于所示出的实施例。

如本文所公开，系统(或设备或机器)被配置为执行一种或多种材料(诸如无定形合金)的注塑。系统被配置为通过在将熔融的材料注入到模具内以进行模塑之前在较高熔融温度下熔融来加工此类材料或合金。如下文进一步所述，系统的部件彼此直线定位。根据一些实施例，系统的部件(或至其的通道)在水平轴线上对准。

图3示出了此类示例性系统的示意图。尽管图中示出的系统为沿着水平轴线对准的系统，但应当理解，并且在本公开范围内，可在垂直定位的注塑系统上提供类似特征(例如，其中材料垂直移入模具内)，并且本文所公开的特征可应用到垂直系统。

如图所示，水平注塑系统10具有熔融区12，所述熔融区12被配置为熔融接收在其中的可熔性材料；和双柱塞杆组件，所述双柱塞杆组件被配置为将熔融的材料从熔融区12输送并使其进入模具16内。双柱塞杆组件包括第一柱塞杆14和第二柱塞杆22。至少第一柱塞杆14被配置为将熔融的材料从熔融区12移动、输送、传送和/或顶出并使其进入模具16内。在一个实施例中，第一柱塞杆14和第二柱塞杆22被配置为将熔融的材料从熔融区12输送并使其进入模具16内。第一柱塞杆14和第二柱塞杆22被配置为沿着相同的轴线移动。此外，第一柱塞杆和第二柱塞杆被配置为在熔融的材料移入模具16内期间在所述第一柱塞杆和第二柱塞杆之间包含熔融的材料(例如，在熔融区12中熔融)。第一柱塞杆14和第二柱塞杆22具有分别带有柱塞头24和36的可移动杆，所述可移动杆被配置为接触和输送材料。下文结合图4-8对有关双柱塞杆组件特征的进一步描述进行了详述。在一个实施例中，双柱塞杆组件和熔融区12以直线形式提供并且位于水平轴线(例如，X轴线)上，使得柱塞杆14和22沿水平方向(例如，沿着X轴线)移动。

可熔性材料可以任意种形式接收在熔融区中。例如，可熔性材料可以铸块(固态)、半固态、经预热的浆料、粉末、球粒等的形式提供到熔融区12中。在一些实施例中，加载料口(诸如铸块加载料口18的所示实例)可提供为注塑系统10的一部分。加载料口18可为在任何数量的位置处提供的在机器中的单独开口或区域。在一个实施例中，加载料口18可为穿过机器的一个或多个部件的通路。例如，材料(例如，铸块)可通过柱塞14沿水平方向插入容器20内，或可通过柱塞22沿水平方向从注入系统10的模具侧插入(例如，穿过模具16和/或穿过可选的传送套筒30并且进入容器20)。在其他实施例中，可以其他方式和/或使用其他设备(例如，穿过注入系统的相对端)来将可熔性材料提供到熔融区12中。

熔融区12包括被配置为接收可熔性材料并且在材料加热至熔融的状态时用来保存材料的熔融机构。熔融机构可为例如容器20的形式，容器20具有用于接收可熔性材料并且被配置为熔融其中的材料的主体。在整个本发明中所用的容器是由用于将物质加热至高温的材料所制成的器皿。例如，在一个实施例中，容器可为坩埚，诸如船式坩埚或凝壳炉等。在一个实施例中，容器20是被配置为当在真空(例如，由真空设备38或泵施加的真空)下时用于一种或多种可熔性材料的冷床熔炼设备。在一个实施例中，容器为温度调节容器。

容器20可具有用于将材料(例如，原料)输入到其主体的接收部分或熔融部分内的入口。容器20可包括任意种形状或构形。容器20可使用用于输送的所述注入系统的一个或多个设备(例如，加载料口和/或一个或多个柱塞)在其熔融部分中接收材料(例如，以铸块的形式)。容器的主体具有长度并且可沿纵向和水平方向延伸，使得熔融的材料使用柱塞14和/或柱塞22从其水平地移除。可由任意种材料(例如，铜、银)来形成其主体，包括一个或多个涂层和/或构形或设计。容器20的主体可被配置为接收至少柱塞杆14，所述至少柱塞杆14位于所述容器20的主体中并且沿水平方向穿过该主体以移动熔融的材料。在一个实施例中，第一柱塞杆14和第二柱塞杆22两者和/或至少其头部24和36分别被配置为定位于容器的主体中或邻近容器的主体(例如，在熔融材料时)。即，在一个实施例中，熔融机构和柱塞杆14和22位于相同的轴线上，并且主体可被配置为和/或尺寸被设定为接收柱塞杆14和22的至少一部分。因此，至少柱塞杆14可被配置为通过充分移动穿过容器20而将熔融的材料(加热/熔融之后)从容器中移出并移入模具16内(例如，结合图5-6所示和所述)。

为了对熔融区12进行加热并且使容器20中接收的可熔性材料融化，注入系统10包括用于加热和熔融可熔性材料的热源。容器的至少一熔融部分(或者基本上整个主体本身)被配置为受热，使得接收在其中的材料被熔融。使用例如定位在被配置为对可熔性材料进行熔融的熔融区12内的感应源26来实现加热。在一个实施例中，感应源26与容器20邻近定位。例如，感应源26可为线圈的形式，该线圈基本上围绕容器主体的长度以螺旋模式定位。因此，容器20被配置为通过使用电源或源28向感应源/线圈26供应电力而在其熔融部分内感应熔融所述可熔性材料(例如，插入的铸块)。感应线圈26被配置为在不熔融和弄湿容器20的情况下对容器20所包含的任何材料进行加热和熔融。感应线圈26朝容器20发射射频(RF)波。如图所示，围绕容器20的线圈26可被配置为沿着水平轴线(例如，X轴线)在水平方向定位。

在一个实施例中，容器20为温度调节容器。此类容器可包括一条或多条温度调节管路，所述一条或多条温度调节管路被配置为使液体(例如，水或其他流体)在其中流动以用于调节接收在容器中的材料的温度(例如，以便对容器进行强制冷却)。此类强制冷却坩埚还可提供在与柱塞杆相同的轴线上。一条或多条冷却管路有助于防止对容器20自身的主体的过度加热和熔融。在一个实施例中，第一柱塞杆14和第二柱塞杆22中的任一者或两者可包括温度调节管路。例如，管路可在杆中的每一者中提供并且进入柱塞杆14和22(未示出)的头部24和36内。此类冷却液体的添加可帮助在输送材料时保持柱塞头24和36冷却，从而避免例如头部被过度加热和/或熔融。在一个实施例中，柱塞杆中的两者均经过水冷却(或强制冷却)以充当淬火机构。在一个实施例中，两个柱塞均可在类似温度下提供或冷却至类似温度。在另一个实施例中，一个柱塞(和/或其头部)可具有比另一个柱塞(和/或其头部)更高的温度。在另一个实施例中，一个柱塞(和/或其头部)可处在比材料/合金的Tg更高的温度下。在另一个实施例中，一个柱塞可处在浇铸合金的过冷区内的温度下。

本文的一条或多条冷却管路中的任一者可连接至冷却系统(未示出)，该冷却系统被配置为引起容器中的液体流动。一条或多条冷却管路可包括供所述液体或流体流经的一个或多个入口和出口。冷却管路的入口和出口可以任意种方式配置且不意在受限。一条或多条冷却管路的数量、定位和/或方向不应是受限的。冷却液体或流体可被配置为在可熔性材料于熔融区12中熔融期间、为感应源26供电时和/或从熔融区12输送熔融的材料期间流过一条或多条冷却管路。

如先前所指出，用于对诸如金属或合金的材料进行模塑的诸如注塑系统10之类的系统可在迫使熔融的材料进入模具或模腔内时实现真空。注塑系统10可还包括被配置为向至少熔融区12和模具16施加真空压力的至少一个真空源38或泵。可至少向注塑系统10的用于对其中的材料进行熔融、移动或传送以及模塑的部件施加真空压力。例如，在熔融和注入工艺期间，容器20、传送套筒30(下文所述)和双柱塞杆组件可全部处于真空压力下和/或封闭在真空室内。

在一个实施例中，模具16为真空模具，该真空模具为被配置为在对材料进行模塑时调节其中的真空压力的封闭结构。例如，如图6-8所示，在一个实施例中，真空模具16具有相对于彼此(分别)邻近定位的第一模具板32(也称为“A”模具或“A”板)和第二模具板34(也称为“B”模具或“B”板)。第一板32和第二板34各自分别具有与之相关联以用于在两者间模塑熔化的材料的模具腔体42和44。如图7的代表性剖面图所示，腔体42和44被配置为通过传送套筒30来模塑在两者之间接收的熔融的材料。模具腔体42和44可包括用于对其中的部件进行成形和模塑的一部分腔体。

一般来讲，第一板32可连接至传送套筒30。传送套筒30(在本领域中有时称为冷套筒或注入套筒)可在熔融区12和模具16之间提供。传送套筒30具有开口，该开口被配置为接收熔融的材料并允许熔融的材料传送通过并进入模具16(使用柱塞14)。其开口可沿着水平轴线(例如，X轴线)在水平方向上提供。传送套筒不需要是冷室。在一个实施例中，柱塞杆14和22、容器20(例如，它的接收或熔融部分)以及传送套筒30的开口以直线形式提供并且位于水平轴线上，使得柱塞杆14和/或柱塞杆22可沿着水平方向移动穿过容器20，以将熔融的材料移至(并且随后穿过)传送套筒30的开口中。

第一板32可包括模具16的入口，使得可在入口中插入熔融的材料。沿水平方向推动熔融的材料使其穿过传送套筒30并且通过第一板32和第二板34之间的入口进入一个或多个模具腔体。在材料的模塑期间，所述至少第一板32和第二板34被配置为基本上消除两个板之间的材料(例如，无定形合金)暴露于至少氧气和氮气的情况。具体地讲，施加真空，使得板32和34以及其腔体42和44内的大气基本上被消除。使用通过真空管路连接的至少一个真空源38向真空模具16的内部施加真空压力。例如，在熔融和后续模塑循环期间，系统上的真空压力或水平可保持在1×10^-1至1×10^-4托之间。在另一个实施例中，在熔融和模塑工艺期间，真空水平保持在1×10^-2至约1×10^-4托之间。当然，也可使用其他压力水平或范围，诸如1×10^-9托至约1×10^-3托，和/或1×10^-3托至约0.1托。

尽管未示出，但可任选地提供顶出机构以从所述至少第一板32和第二板34之间的模具腔体中顶出模塑的(无定形合金)材料(例如，物体)。顶出机构可为相对于模具密封的真空，并且可包括顶出板，所述顶出板具有沿直线方向从其延伸的一个或多个(数个)顶出销(未示出)。如本领域通常所知，在移动顶出板时，顶出销相对地移动以从模具16的模具腔体中顶出模塑的材料。顶出机构可与致动机构(未示出)相关联或连接至所述致动机构，所述致动机构被配置为被致动以便顶出模塑的材料或部件(例如，在第一部件32和第二部件34水平地且相对地远离彼此移动之后，在释放了板32和34之间的真空压力之后)。顶出销可被配置为例如推动模塑的材料远离腔体44。在一个实施例中，如下文结合图8进一步所述，双柱塞组件的第二柱塞杆22被配置为从模具16顶出模塑的物体。可提供第二柱塞杆22以作为顶出机构的补充或代替顶出机构来顶出模塑的物体。

示出的模具16为可与注塑系统10一起使用的模具16的一个实例。应当理解，也可采用替代类型的模具。例如，可在第一板和第二板之间和/或邻近于第一板和第二板提供任何数量的附加板以形成模具。已知为“A”系列、“B”系列和/或“X”系列模具的模具例如可在注塑系统10中实现。此外，在一个实施例中，可使用单一板类型模具来模塑物体。

重新参见图3，双柱塞杆组件的第一柱塞杆14和第二柱塞杆22被配置为沿着水平轴线水平移动。例如，如箭头A所示，第一柱塞杆14被配置为朝熔融区12移动(并且穿过熔融区)，并且沿相反方向返回。如箭头B所示，第二柱塞杆22被配置为朝熔融区12移动(并且至少邻近于或进入熔融区)，并且沿相反方向返回。同样，第一柱塞杆24和第二柱塞杆22中的每一者可具有在其端部分别带有柱塞头24和36的可移动杆(例如，基部)。在一个实施例中，杆14和22的头部24和/或36被配置为输送材料。至少第一柱塞杆14被配置为使熔融的材料朝模具16移动。如前所述，在一个实施例中，第一柱塞杆14和第二柱塞杆22可被配置为相对于彼此移动以将熔融的材料从熔融区12移出并使其进入模具16内。可独立和/或联合使用控制器和/或致动系统(例如，伺服驱动的驱动器或液压驱动器，未示出)来控制和移动杆中的每一者。另外，在所述工艺期间施加于材料的速度、压力或其他度量应不受限制。例如，在一个实施例中，第一柱塞杆14和第二柱塞杆22被配置为在模塑工艺期间向熔融的材料施加大约1000巴至大约1400巴之间的压力。在另一个实施例中，(在材料的任一侧或两侧上)所施加的压力为大约1200巴。

为此，如图4所示，第一柱塞杆14沿着水平轴线朝熔融区12中的容器20移动，如箭头C所表示。类似地，第二柱塞杆22沿着水平轴线朝熔融区12中的容器20移动，如箭头D所表示。在一个实施例中，可邻近于容器20或在该容器20内提供柱塞杆14和22中的每一者的至少一部分(例如，头部)，以便例如在熔融期间并以熔融的形式包含材料。例如，铸块可置于容器的主体内并且在熔融工艺期间第一柱塞杆和第二柱塞杆可彼此间隔一定距离。距离可为预先确定的。第一柱塞杆14的头部24和第二柱塞杆22的头部36可在熔融工艺刚要开始之前相对于可熔性材料(铸块)间隔开或接触可熔性材料(铸块)。当为感应线圈26供电以使材料的铸块熔融时，第一柱塞杆14通常保持在其位置。在一个实施例中，由于第二柱塞杆22在熔融区12内与第一柱塞杆14间隔开一定距离，因此第二柱塞杆22在至少所述熔融工艺期间充当保持或容装器浇口。

在使材料在容器20中熔融之后，第二柱塞杆22被配置为与第一柱塞杆14配合移动以促使熔融的材料沿水平方向朝模具16分层流动。模具可邻近熔融区定位。通过在柱塞杆14和22的移动期间在柱塞杆14和22之间包含熔融的材料，其减少了熔融的材料的轧制(可减少渣壳材料在其中的混合)，并且可帮助将熔融的材料保持在较高熔融温度。图5示出了熔融的材料通过第一柱塞杆14和第二柱塞杆22朝模具16移动，如分别由箭头F和E所表示。例如，第一柱塞杆14和第二柱塞杆22将沿水平方向从右侧朝左侧移动，将熔融的材料从熔融区12中的容器20朝模具16移动和推动。熔融的材料从熔融区12/容器20移动并穿过可选的传送套筒30，同时保持头部24和36之间的距离(例如，以控制熔融的材料的输送以及避免空间中的任何附加空气或材料)。因此，第二柱塞杆22在部分或全部注塑工艺期间充当熔融的材料的保持浇口。

一旦第一柱塞杆14在模具16处，就可使用该第一柱塞杆迫使熔融的材料进入模具16内以用于模塑成物体、部件或工件。在可熔性材料为合金诸如无定形合金的情况下，模具16被配置为形成模塑的块体无定形合金物体、部件或工件。模具16具有用于穿过其中而接收熔融的材料的入口。容器20的输出口和模具16的入口可以直线形式提供并且位于水平轴线上，使得柱塞杆14和22沿水平方向从容器20移出以将熔融的材料通过模具16的入口而注入其中。

双柱塞杆组件可用于增加熔融的材料进入模具内的装填压力以在这样做时便于填充(例如，高纵横比部件的)模具腔体而不需要由柱塞杆14和/或22施加更大的或额外的力。在一个实施例中，第一柱塞杆14被配置为沿着轴线在一个方向上朝模具移动，并且第二柱塞杆22被配置为沿着所述轴线在(与第一柱塞杆的方向)相对的第二方向移动。例如，如图6所示，第二柱塞杆22相对于模具16定位并且被配置为在模具的一侧34上停止和/或施加压力至熔融的材料，而第一柱塞杆14被配置为行进和/或继续(不暂停或停止)沿水平方向移动(参见箭头F)，以在相对侧32上将熔融的材料推入或注入模具16的腔体(或接合腔体42和44)内，从而迫使材料位于其中。更具体地，在一个实施例中，使第二柱塞杆22在一个位置停止，使得至少其头部36相对于模具腔体定位。第二柱塞杆22可被配置为保持在已停止位置，使得至少所述第一柱塞杆14在熔融的材料注入到模具16内时向其施加压力。在另一个实施例中，第二柱塞杆22被配置为沿着相反或相对方向(例如，从左至右)移动，使得柱塞14和22两者相对于彼此或朝彼此移动以向材料施加压力。在另一个实施例中，可由第二柱塞杆22沿相反或相对的水平方向根据需要选择性地施加压力。因此，可使用第二柱塞杆22向模具腔体的填料添加更多压力，并且从任一侧或两侧添加。这种添加的压力可例如在熔融的材料上施加更多压力，以便可模塑出比通常部件更薄的部件。

因此，如上文所述的双柱塞组件的第一柱塞杆14和第二柱塞杆22被配置为在两者间保持或包含熔融的材料并同时以及在熔融的材料沿水平方向移动期间至少将熔融的材料从熔融区12移出并移入模具16内。

然而，应当指出，双柱塞组件可被配置用于不同方式下的操作。图7示出了可在所述注入系统10中实施的替代实施例，其中至少所述第一柱塞杆14被配置为(沿水平方向，例如参见箭头G)将熔融的材料从容器20移出并移入模具16内。尽管第二柱塞杆22可用于从熔融区12输送熔融的材料，但在另一个实施例中，第二柱塞杆22可被配置为在第一柱塞杆14将熔融的材料注入到模具16内之前移动和设置在该模具的邻近位置或其中。因此，第二柱塞杆22邻近模具16内的一个模具腔体(或多个腔体)提供并且用于在没有额外力的情况下增加装填压力以及便于填充高纵横比腔体，诸如上文结合图6更详细地所描述，但第二柱塞杆22不必用于或限于从熔融区12朝模具16持续输送注入套筒的材料。

除了输送熔融的材料之外，在一个实施例中，双柱塞杆组件的第一柱塞杆14和第二柱塞杆22中的任一者可用作顶出机构以在模塑工艺完成时从模具16顶出模塑的物体或部件。例如，如图7中的箭头M1和M2所示，第一模具板32和第二模具板34可相对于彼此移动，即，朝向和远离彼此移动。在模塑期间，例如，板32和34彼此邻近并且处于真空压力下。一旦模塑完成，就释放真空压力并且可从模具中移除或顶出模塑的物体。通常，例如，顶出机构(例如，顶出板和/或顶出销)可用于例如从模具的第二侧34顶出模塑的部件。根据图8中示出的实施例，第二柱塞杆22被配置为沿水平方向(例如，从左至右，如箭头H指示)移动，以从第二模具板34顶出模塑的物体100。至少其头部36用于向模塑的物体100施加压力从而将其从模具16内移除。第二柱塞杆22(或第一柱塞杆14)可作为顶出机构的补充或作为顶出机构的替代选项来使用。可将第一柱塞杆14提供在相对于模具16的静止位置内。

作为另外一种选择，在另一个实施例中，如果当板分开时模塑的物体保持在第一模具板32中，或如果仅针对模具16使用单一模具，则第一柱塞杆14被配置为沿水平方向(例如，从右至左)移动以从第一模具板32顶出模塑的物体。在一些实施例中，第一柱塞杆14可作为顶出机构的补充或作为其替代形式使用。

通常，可以如下方式操作注塑系统10：将可熔性材料(例如，无定形合金或BMG)加载到送料机构(例如，加载料口18)内、插入并接收在容器20(由感应线圈26围绕)内的熔融区12内。可根据需要，使用注塑机“喷嘴”冲程或柱塞14将材料移动到容器20的熔融部分中。可利用真空源38将系统置于真空下。将第一柱塞杆14和第二柱塞杆26相对于彼此以及相对于待熔融的材料移入熔融区12内，并且以适于包含材料的距离间隔开。随后通过加热感应线圈26来通过感应过程加热材料。一旦实现并保持用以熔融可熔性材料的温度，就可停止使用感应线圈26的加热，并且通过沿着水平轴线在水平方向(从右至左)移动，机器随后开始将熔融的材料从容器20穿过传送套筒30注入到真空模具16内。使用两个柱塞14和22(例如，其可利用伺服驱动的驱动器或液压驱动器激活)控制熔融的材料的移动。模具16被配置为通过入口接收熔融的材料并且被配置为在真空下模塑熔融的材料。即，将熔融的材料注入到介于所述至少第一板和第二板之间的腔体内以在模具16中模塑部件。第二柱塞杆22可定位在模具的第二侧34上以在第一柱塞杆14继续移动或推动熔融的材料进入其腔体时保持模具内的压力。一旦模具腔体已开始填充，可将真空压力(通过真空管线及真空源38)保持在给定压力下以将熔融的材料“装填”到模具腔体的剩余空隙区域中并对材料进行模塑。模塑工艺(例如，大约10至15秒)之后，释放施加于模具16上的真空压力。然后打开模具16以泄压并使部件暴露于大气环境。可沿水平和直线方向(例如，朝右侧)致动第二柱塞杆22(和/或顶出机构)以从模具16的所述至少第一板和第二板之间顶出硬化的、模塑的物体。然后，可再次开始该工艺。然后可通过将所述至少第一板和第二板相对于彼此并朝向彼此移动使得第一板和第二板彼此相邻，来关闭模具16。一旦柱塞14和22已移动回加载位置以及可能的熔融位置内，就通过真空源抽空熔融区12和模具16，以便熔融更多的接收的可熔性材料并模塑另一个部件。

因此，本文所公开的实施例示出了一种示例性注入系统，该系统的熔融系统与双柱塞杆组件直线设置，所述双柱塞杆组件被配置为在熔融和模塑工艺期间沿着水平轴线移动。然而，该系统和/或其部件不必限于被定位成使材料沿水平方向移动。双柱塞杆组件可被配置为在纵向方向沿着任何纵向轴线移动。例如，在另一个实施例中，双柱塞杆组件和熔融区可沿着垂直轴线(例如，Y轴线，未示出)提供，以使得柱塞杆14和22以及将材料从熔融区12移出并沿垂直方向移入模具16内。

因此，本文所述的双柱塞杆组件向本文所述的注塑系统10提供了多个可利用的特征。例如，其使用两个柱塞将材料保持在两者之间并控制其输送。另外，相对于以直线形式提供并且在水平轴线上具有至少熔融区和模具的系统，可通过柱塞14和22的移动来控制熔融的材料被注入到模具16中的速度，与趋于将材料快速浇入模具内的浇注系统以及常规的压铸系统相比尤为如此。与单柱塞系统相比，所公开的双柱塞系统允许部件更均一地冷却和以更快的速度冷却。

另外，由于第二柱塞杆22充当保持或容装器浇口(例如，在模塑期间)，因此不必再添加任何另一浇口。这减少了先前系统或已知系统中可能需要的空间长度和量。此外，这还可减少传送套筒30(如果提供的话)的长度。因此，通过具有邻近的双柱塞，可缩短套筒诸如传送套筒30和/或机器中的其他部件，继而允许通过缩短熔融的材料在到达模具输入端之前需要从熔融区移动的距离而更快速地将熔融的材料推入模具内。其也指熔融的材料将以更高的温度到达模具，并且在模塑期间材料更不易受到基于模具的淬火速率的缺陷的影响。具体地讲，当使用变得无定形的材料时，保持更高温度并且减少此类熔融的材料朝模具行进时的冷却速率提高了其玻璃可成形性(在模具中快速淬火之前)。在两个柱塞杆14和22朝模具配合移动时，通过使熔融的材料被保持包含在两个柱塞杆之间的空间或距离中，可保持表面区域以及温度相对地相同。

此外，使用双柱塞杆组件可有助于通过迫使材料进行更多分层流动来减少模塑物体中的表面缺陷。通常，当熔融的材料能够轧制时，渣壳材料中的至少一些(例如，从底部)可最终存在于熔融的材料内。因此，一些不期望的结晶材料可能会被模塑并最终存在于成品部件中。然而，如果以如柱塞14和22所提供的相对直线方式来移动熔融的材料，则可减少和/或避免将渣壳材料轧制到熔融物内。本文所公开的双柱塞杆组件也可通过以下方式减少缺陷：始终对熔融物保持压力来填充模具中的较小特征结构，以及通过允许流动速度(由于其受两个柱塞控制)增大来填充较大部件。它还会捕获和/或阻止两个柱塞之间的距离或空间内的空气或孔隙率。

除了本文所述的特征之外，应当理解，用于柱塞杆14和22的尺寸和材料不应受到限制。可使用任意种材料来形成杆和/或其头部24和36。不同的材料可用于形成不同的部件。头部24和36可由一种或多种材料形成。在一个实施例中，至少柱塞杆14和22两者的头部具有类似的直径。在另一个实施例中，柱塞杆14和柱塞杆22具有不同的直径。在另一个实施例中，杆14和/或22中的一者或多者可包括伸缩主体。在另一个实施例中，一个柱塞内可包含另一个柱塞。

尽管并未非常详细地描述，但所公开的注入系统可包括附加的部件，所述附加的部件包括但不限于一个或多个传感器、流量计等(例如，用以监控温度、冷却水流等)、和/或一个或多个控制器。另外，密封件可与任何数量的部件一起或邻近提供，以通过基本上限制或消除空气的显著暴露或泄漏而在处于真空压力下时在熔融和成形所述熔融的材料的部件期间进行辅助。例如，密封件可为O形环的形式。密封件被定义为可由任何材料制成的且阻止其所密封的部件之间的材料(诸如空气)移动的设备。注入系统可实现自动或半自动工艺以用于将可熔性材料插入其中、施加真空、加热、注入、以及对材料进行模塑以形成部件。

将使用本文所公开的注入系统的任一实施例来模塑(和/或熔融)的材料可包括任何数量的材料并且不应受限制。在一个实施例中，待模塑的材料为无定形合金，如上文详细描述的那样。

虽然在上文阐述的示例性实施例中已明确了本公开的原理，但对于本领域的技术人员而言显而易见的是，可对本公开的实践中使用的结构、布置、比例、元件、材料和部件进行各种修改。

应当理解，可将上文所公开的以及其他的特征和功能中的多者或它们的替代形式根据需要组合成多种其他不同的系统/设备或应用。本领域的技术人员可随后于其中进行各种目前未预见或未预料的替代、修改、变型或改进，这些替代、修改、变型或改进也旨在由以下权利要求书所涵盖。

Claims (19)

1.一种注塑系统，包括：

熔融区，所述熔融区被配置为熔融接收在其中的可熔性材料，从而形成熔融的材料；和

双柱塞杆组件，所述双柱塞杆组件设置为与熔融区相邻并包括：

第一柱塞杆，被配置为沿纵向轴线移动以将熔融的材料从所述熔融区移入模具内；

第二柱塞杆，被配置为沿着纵向轴线移动；以及

头部，耦合到第二柱塞杆并且被配置为在模塑操作期间设置在模具中；

其中所述注塑系统被配置为模塑包含块体凝固型无定形合金的物体。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述熔融区包括容器，所述容器具有用于接收所述可熔性材料的主体，所述主体被配置为接收沿所述纵向轴线穿过其中的至少所述第一柱塞杆以将所述熔融的材料移入所述模具内。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：

所述第一柱塞杆和所述第二柱塞杆被配置为邻近所述熔融区中的可熔性材料设置，并且

所述第一柱塞杆和第二柱塞杆被配置为在所述熔融的材料朝所述模具沿着纵向轴线移动期间在所述第一柱塞杆和第二柱塞杆之间包含所述熔融的材料。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二柱塞杆被配置为在所述模具的一侧上向熔融的材料施加压力，而所述第一柱塞杆沿所述纵向轴线移动以在所述模具的相对侧上将所述熔融的材料推入所述模具内，从而迫使所述熔融的材料进入所述模具的腔体内。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二柱塞杆被配置为从所述模具顶出模塑的物体。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个控制器，所述控制器被配置为独立地控制所述第一柱塞杆和所述第二柱塞杆中的每一者沿着所述纵向轴线的移动。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括定位在所述熔融区内的感应源，所述熔融区被配置为熔融所述可熔性材料。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括传送套筒，所述传送套筒介于所述熔融区和被配置为接收穿过其中的所述熔融的材料的模具之间。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个真空源，所述真空源被配置为向至少所述熔融区和所述模具施加真空压力。

10.一种注塑系统，包括：

熔融区，所述熔融区被配置为熔融接收在其中的可熔性材料，从而形成熔融的材料；

模具，所述模具被配置为在其中接收熔融的材料以用于模塑；

第一柱塞杆，被配置为沿纵向轴线移动；以及

头部，被配置为在模塑操作期间设置在模具中；

第二柱塞杆，被配置为沿着水平轴线移动并耦合到所述头部；

其中

所述第一柱塞杆和所述第二柱塞杆被配置为将所述熔融的材料从所述熔融区移出并沿水平方向移入所述模具内；以及

所述注塑系统被配置为模塑包含块体凝固型无定形合金的物体。

11.根据权利要求10所述的系统，其中：

所述第一柱塞杆和所述第二柱塞杆被配置为在熔融期间邻近所述熔融区中的可熔性材料设置，从而在所述熔融的材料朝所述模具移动期间在所述第一柱塞杆和所述第二柱塞杆之间包含所述熔融的材料。

12.根据权利要求11所述的系统，其中：

所述第一柱塞杆和所述第二柱塞杆在所述可熔性材料的熔融期间彼此间隔一定距离；并且

在所述熔融的材料的移动期间保持所述距离。

13.根据权利要求10所述的系统，其中：

所述第一柱塞杆被配置为沿着所述水平轴线在第一方向上朝所述模具移动；并且

所述第二柱塞杆被配置为在与第一方向相对的第二方向上移动。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述第二柱塞杆被配置为在所述模具的一侧上向熔融的材料施加压力，而所述第一柱塞杆在所述模具的相对侧上沿着水平轴线移动以将所述熔融的材料推入所述模具内，从而迫使所述熔融的材料进入所述模具的腔体内。

15.根据权利要求10所述的系统，其中所述第二柱塞杆被配置为从所述模具顶出模塑的物体。

16.根据权利要求10所述的系统，还包括至少一个控制器，所述控制器被配置为独立地控制所述第一柱塞杆和所述第二柱塞杆中的每一者的移动。

17.根据权利要求10所述的系统，还包括至少一个真空源，所述真空源被配置为向至少所述熔融区和所述模具施加真空压力。

18.一种使用注塑系统由可熔性材料来模塑包含块体凝固型无定形合金的物体的方法，所述系统包括：熔融区，所述熔融区被配置为熔融接收在其中的所述可熔性材料；和柱塞杆组件，所述柱塞杆组件包括能沿着水平轴线移动的第一柱塞杆和第二柱塞杆，所述组件被配置为将熔融的材料从所述熔融区移出并沿水平方向移入模具内，所述方法包括：

在所述熔融区内熔融可熔性材料，从而形成熔融的材料；以及

将所述熔融的材料从所述熔融区移出并沿所述水平方向移入所述模具内；

在将所述熔融的材料从所述熔融区移出并移入所述模具内的同时，使所述熔融的材料包含在第一柱塞杆和第二柱塞杆之间；

把耦合到第二柱塞杆的头部移动到所述模具内；并且

模塑包含块体凝固型无定形合金的物体。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括在模塑操作之后用耦合到第二柱塞杆的头部从所述模具顶出所述物体。