CN104553232A - 非晶合金与非金属材料结合的成型方法及其复合体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非晶合金与非金属材料结合的成型方法及其复合体，方法包括：A：将第一非晶合金与非金属材料的一侧接触放置，其另一侧接触放置第二非晶合金；B：加热第一非晶合金和第二非晶合金，使其温度达到较低温度的第一非晶合金的玻璃转变温度和晶化温度之间；C：通过外力，使两块第一非晶合金和第二非晶合金融合在一起，并同时与非金属材料充分接触形成复合体。本发明主要利用非晶合金在过冷液相区中具有超塑性的特性，在该非晶合金的玻璃转变温度和晶化温度之间，通过加压使非晶合金软化变形从而将预置的非金属材料包裹，复合体能稳定，对设备及工艺的要求度不高，生产成本低，融合连接得到的复合体产品性能非常稳定，使用寿命长。

Description

非晶合金与非金属材料结合的成型方法及其复合体
技术领域
本发明涉及非晶合金与非金属材料结合的成型方法，以及一种非晶合金与非金属材料以该方法结合得到的复合体产品。
背景技术
非晶合金具有高强度，高耐磨及高耐腐蚀性，其在高端3C产品上应用具有很大潜力。同时处于产品设计等原因需要与非金属材料结合，两者的结合方法和结合力为目前待解决的难题。
常规的结合方法主要有焊接和粘接两种。然而使用焊接时，产生的热效应容易使非晶合金晶化，焊缝严重脆化。使用粘接方法时，不仅要求两种材料表面具有一定的粗糙度和清洁度，同时还需依赖中间的界面材料粘胶。粘接虽然可以实现两种材料的连接，但目前仍有以下缺点：如粘接强度不高、产品工作温度受胶粘剂性能限制、在环境光、热、湿气等因素下，胶粘剂会产生老化断裂等现象。
后续的研发中，有部分方法采用预置非金属材料于模具中，将液态的非晶合金原材料以注塑等方式填充于非金属材料周围后冷却成型，以实现两者的结合。该方法的缺点在于1.对非金属材料的熔点有较高要求；2.液态下的非晶合金原材料流动性较好，对模具的要求较高，否则容易出现大量披风，增加后续处理的工作量；3.对冷却系统的要求较高，如冷却不够，则出现非晶比例降低的情况，降低产品强度。
目前相对成熟的方法为将非金属材料预制一定结构之后，将非晶合金采用热压成型（在非晶合金的晶化温度与玻璃转化温度之前施加压力从而使非晶合金变形）的方式将非金属材料固定在其中。该方法的缺点在于对非金属材料的预加工形状有较高要求。由于采用热压成型后的非晶合金来填充或包围非金属预制的结构，需要在非金属上预制出可悲非晶合金包围或填充的结构，为了获得稳定的结合效果，使非晶合金与非金属充分接触，该结构的维度应在非金属厚度方向的三分之一左右。而目前应用最广的3C电子领域非金属的厚度本身在0.2-0.8mm左右，在这个尺寸范围内加工出该结构本身就具有加工工艺要求高，加工成本高和失效风险高等缺点。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种结合性能稳定，对设备及工艺的要求度不高，加工成本低，失效风险低的非晶合金与非金属材料结合的成型方法及其复合体。
本发明的技术方案如下：一种非晶合金与非金属材料结合的成型方法，包括如下步骤：A：将第一非晶合金与非金属材料的一侧接触放置，并在该非金属材料的另一侧接触放置第二非晶合金；B：加热第一非晶合金和第二非晶合金，使其温度达到较低温度的第一非晶合金的玻璃转变温度和晶化温度之间；C：通过外力，使两块第一非晶合金和第二非晶合金融合在一起，并同时与非金属材料充分接触形成复合体。
应用于上述技术方案，所述的成型方法中，步骤A中，第一非晶合金和第二非晶合金分别为铜基非晶合金、锆基非晶合金、铝基非晶合金、铁基非晶合金、钛基非晶合金中的任意一种；并且，非金属材料为陶瓷、或橡胶、或玻璃、或塑料、或聚合物。
应用于各个上述技术方案，所述的成型方法中，步骤A中，第一非晶合金和第二非晶合金为相同材料做成的两块非晶合金。
应用于各个上述技术方案，所述的成型方法中，每一非晶合金具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞；并且，非金属材料具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞。
应用于各个上述技术方案，所述的成型方法中，每一非晶合金的热膨胀率大于或者等于该非金属材料的热膨胀率。
应用于各个上述技术方案，所述的成型方法中，在真空或气氛保护的环境中分别执行步骤A、B和C。
应用于各个上述技术方案，一种非晶合金与非金属材料的复合体，包括第一非晶合金、第二非晶合金和一非金属材料，其中，第一非晶合金和第二非晶合金分别在其玻璃转变温度和晶化温度之间融合连接，并且，第一非晶合金和第二非晶合金融合连接后形成一容置槽，非金属材料分别与第一非晶合金和第二非晶合金接触并固定在容置槽内。
应用于各个上述技术方案，根所述的复合体中，第一非晶合金和第二非晶合金分别为铜基非晶合金、锆基非晶合金、铝基非晶合金、铁基非晶合金、钛基非晶合金中的任意一种；并且，金属材料为陶瓷、或橡胶、或玻璃、或塑料、或聚合物。
应用于各个上述技术方案，根所述的复合体中，该复合体具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞。
应用于各个上述技术方案，根所述的复合体中，非金属材料通过挤压的方式固定在第一非晶合金和第二非晶合金融合连接形成的容置槽内。
采用上述方案，本发明主要利用非晶合金在过冷液相区中具有超塑性的特性，在过冷液相区的温度下，即在该非晶合金的玻璃转变温度和晶化温度之间，通过加压使非晶合金软化变形从而将预置的非金属材料包裹或者以其他方式结合在一起，复合体能稳定，并且，该方法对设备及工艺的要求度不高，所获得的产品后续不需要进行复杂的加工处理即可达到使用状态，适合批量生产，通过融合连接得到的复合体产品性能非常稳定，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的成型方法流程图；
图2为本发明的复合体结构图一；
图3为本发明的复合体结构图二。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种非晶合金与非金属材料结合的成型方法，其中，非金属材料指的是在应用中有和非晶合金结合需求的非金属材料，如陶瓷、橡胶、玻璃、塑料、聚合物等。
如图1所示，非晶合金与非金属材料的复合体成型方法的制作步骤如下：
首先，将非晶合金A与非金属材料B接触放置，为更好地将两者结合在一起，非晶合金A与非金属材料B均可预制结构。两者之间的接触面可采取完全覆盖或者部分覆盖的形式。非晶合金A可以为铜基非晶合金、或锆基非晶合金、或铝基非晶合金、或铁基非晶合金、或钛基非晶合金或者其他体系非晶合金。非金属材料B可以为陶瓷、橡胶、玻璃、塑料、聚合物或者其他非金属材料。
然后，在非金属材料B的另一侧接触放置非晶合金C，非晶合金A与非晶合金C之间可以采取接触或者不接触的形式。非晶合金C可以为铜基非晶合金、或锆基非晶合金、或铝基非晶合金、或铁基非晶合金、或钛基非晶合金或者其他体系非晶合金。非晶合金A与非晶合金C可以为同一体系非晶合金，也可以为不同体系非晶合金。由于两块非晶合金需要通过热压成型的形式加热并且结合在一起，为了避免在加工过程中晶化影响最终的结合效果，如非晶合金A与非晶合金C为不同成分非晶合金（热力学参数不同）时，应考虑以晶化温度较低的一方的热力学参数进行加工，即当非晶合金A的玻璃转变温度和晶化温度相对非晶合金C的玻璃转变温度和晶化温度较低时，则采用在非晶合金A的玻璃转变温度和晶化温度之间进行加工，反之，如果非晶合金A的玻璃转变温度和晶化温度相对非晶合金C的玻璃转变温度和晶化温度较高时，则采用在非晶合金C的玻璃转变温度和晶化温度之间进行加工。
最后，在合适的温度下，即较低热力学参数成分的非晶合金的晶化温度与玻璃转变温度之间的温度，对已放置好的零件进行加压，使在此温度下具备较大变形量的非晶合金与另一块非晶合金接触并融合，并且，同时使非金属材料B被固定在结合好的非晶合金中，即非金属材料分别与两块非晶合金充分接触形成复合体。
在此加工过程中应考虑热量的传导，保证非晶合金全程处于非晶状态。
处于加工难易度和成本的考虑非金属材料B可以采取未加工或者少量加工的形式，充分依靠非晶合金A与非晶合金C的变形与融合达到将非金属材料B固定的效果。
在实际工艺中，则是根据加工的不同非晶合金而设定，不同非晶合金，施加压力也可以不同，只要可以使其与非金属材料充分接触即可。
例如，可以在真空或气氛保护的环境中，在非晶合金的玻璃转变温度和晶化温度之间，对非晶合金施以压力，使其与非金属材料充分接触，从而形成两者结合的产品，在实际的制作当中，可以通过机械设备对非晶合金和非金属材料进行加工制作，通过机械设备来设置真空度参数、施加压力参数、施压温度参数和时间参数等，通过自动化设备对其进行加工，通过自动化设备还可以通过设备控制来进行多个产品的连续成型，如此，提高工作效率。
并且，选用材料时，可以要求每一非晶合金的热膨胀率大于或者等于该非金属材料的热膨胀率，如此，在加热非晶合金时，可以有效控制非金属材料的热膨胀，尽量减少温度对非金属材料的影响。
或者，每一非晶合金具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞；并且，非金属材料具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞，如此，非晶合金和非金属材料的形状均可以根据实际应用来设置，从而可以方便在制成复合体后，制成复合体可以直接用于使用。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种非晶合金与非金属材料的复合体，如图2和图3所示，复合体包括第一非晶合金101、第二非晶合金103和一非金属材料102，其中，第一非晶合金和第二非晶合金分别在其玻璃转变温度和晶化温度之间融合连接。
具体地，第一非晶合金101选用非晶合金A，第二非晶合金103选用非晶合金C，非金属材料102选用非金属材料B，首先，将非晶合金A与非金属材料B接触放置，为更好地将两者结合在一起，非晶合金A与非金属材料B均可预制结构。两者之间的接触面可采取完全覆盖或者部分覆盖的形式。非晶合金A可以为铜基非晶合金、或锆基非晶合金、或铝基非晶合金、或铁基非晶合金、或钛基非晶合金或者其他体系非晶合金。非金属材料B可以为陶瓷、橡胶、玻璃、塑料、聚合物或者其他非金属材料。
然后，在非金属材料B的另一侧接触放置非晶合金C，非晶合金A与非晶合金C之间可以采取接触或者不接触的形式。非晶合金C可以为铜基非晶合金、或锆基非晶合金、或铝基非晶合金、或铁基非晶合金、或钛基非晶合金或者其他体系非晶合金。非晶合金A与非晶合金C可以为同一体系非晶合金，也可以为不同体系非晶合金。由于两块非晶合金需要通过热压成型的形式加热并且结合在一起，为了避免在加工过程中晶化影响最终的结合效果，如非晶合金A与非晶合金C为不同成分非晶合金（热力学参数不同）时，应考虑以晶化温度较低的一方的热力学参数进行加工，即当非晶合金A的玻璃转变温度和晶化温度相对非晶合金C的玻璃转变温度和晶化温度较低时，则采用在非晶合金A的玻璃转变温度和晶化温度之间进行加工，反之，如果非晶合金A的玻璃转变温度和晶化温度相对非晶合金C的玻璃转变温度和晶化温度较高时，则采用在非晶合金C的玻璃转变温度和晶化温度之间进行加工融合连接。
最后，在合适的温度下，即较低热力学参数成分的非晶合金的晶化温度与玻璃转变温度之间的温度，对已放置好的零件进行加压，使在此温度下具备较大变形量的非晶合金与另一块非晶合金接触并融合，并且，同时使非金属材料B被固定在结合好的非晶合金中，即非金属材料分别与两块非晶合金充分接触形成复合体。
如此，非晶合金A与非晶合金C相互融合连接后形成一容置槽104，非金属材料B分别与第一非晶合金和第二非晶合金接触固定，并且，非金属材料B固定在容置槽104内。
在此加工过程中应考虑热量的传导，保证非晶合金全程处于非晶状态。
处于加工难易度和成本的考虑非金属材料B可以采取未加工或者少量加工的形式，充分依靠非晶合金A与非晶合金C的变形与融合达到将非金属材料B固定的效果。
或者，每一非晶合金具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞；并且，非金属材料具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞，如此，非晶合金和非金属材料的形状均可以根据实际应用来设置，从而可以方便在制成复合体后，制成复合体可以直接用于使用。
或者，非金属材料通过挤压的方式固定在第一非晶合金101和第二非晶合金103融合连接形成的容置槽104内，在实际操作中，可以通过外部的设备进行挤压，以使第一非晶合金101和第二非晶合金103融合连接形成一整体。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非晶合金与非金属材料结合的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：A：将第一非晶合金与非金属材料的一侧接触放置，并在该非金属材料的另一侧接触放置第二非晶合金；B：加热第一非晶合金和第二非晶合金，使其温度达到较低温度的第一非晶合金的玻璃转变温度和晶化温度之间；C：通过外力，使两块第一非晶合金和第二非晶合金融合在一起，并同时与非金属材料充分接触形成复合体。
2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：步骤A中，第一非晶合金和第二非晶合金分别为铜基非晶合金、锆基非晶合金、铝基非晶合金、铁基非晶合金、钛基非晶合金中的任意一种；并且，非金属材料为陶瓷、或橡胶、或玻璃、或塑料、或聚合物。
3.根据权利要求2所述的成型方法，其特征在于：步骤A中，第一非晶合金和第二非晶合金为相同材料做成的两块非晶合金。
4.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：每一非晶合金具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞；并且，非金属材料具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞。
5.根据权利要求1-4任一所述的成型方法，其特征在于：每一非晶合金的热膨胀率大于或者等于该非金属材料的热膨胀率。
6.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：在真空或气氛保护的环境中分别执行步骤A、B和C。
7.一种根据权1-6任一成型方法所制成的非晶合金与非金属材料的复合体，其特征在于，包括第一非晶合金、第二非晶合金和一非金属材料，其中，第一非晶合金和第二非晶合金分别在其玻璃转变温度和晶化温度之间融合连接，并且，第一非晶合金和第二非晶合金融合连接后形成一容置槽，非金属材料分别与第一非晶合金和第二非晶合金接触并固定在容置槽内。
8.根据权利要求7所述的复合体，其特征在于：第一非晶合金和第二非晶合金分别为铜基非晶合金、锆基非晶合金、铝基非晶合金、铁基非晶合金、钛基非晶合金中的任意一种；并且，金属材料为陶瓷、或橡胶、或玻璃、或塑料、或聚合物。
9.根据权利要求7所述的复合体，其特征在于：该复合体具有预制的形状，包括但不限于台阶，凸起，凹坑，凹槽，孔洞。
10.根据权利要求7所述的复合体，其特征在于：非金属材料通过挤压的方式固定在第一非晶合金和第二非晶合金融合连接形成的容置槽内。
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