CN110129592A - 镓基液态合金、其制备方法和应用以及测温装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及材料领域,具体而言,涉及一种镓基液态合金、其制备方法和应用以及测温装置。一种镓基液态合金,镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:镓65‑80%、铟10‑20%、锡5‑15%、锌0.5‑2%、铁0.05‑2.0%以及硫0.005‑0.1%。在上述配比下的镓、铟、锡、锌、铁以及硫的始凝固结晶温度为‑42.4—‑45.6℃;开始熔化温度‑26.6—‑12.7℃,很大程度的降低了镓基液态合金的凝固温度,增加镓、铟、锡、锌、铁以及硫的使用温度范围。在保持良好的流动性和热导率的同时,进一步降低凝固结晶温度。
Description
技术领域
本申请涉及材料领域,具体而言,涉及一种镓基液态合金、其制备方法和应用以及测温装置。
背景技术
液态合金是指一种不定型的金属,液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。现有技术中的液态金属的凝固结晶温度最低能达到-30℃,限制了液态合金的用途。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种镓基液态合金、其制备方法和应用以及测温装置,其旨在改善现有的镓基液态合金凝固结晶温度略高,使用温度受限的问题。
本申请第一方面提供一种技术方案:
一种镓基液态合金,镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟10-20%、锡5-15%、锌0.5-2%、铁0.05-2.0%以及硫0.005-0.1%。
发明人发现在上述配比下的镓、铟、锡、锌、铁以及硫的始凝固结晶温度为-42.4℃—-45.6℃;开始熔化温度-26.6℃—-12.7℃,很大程度的降低了镓基液态合金的凝固温度,增加镓、铟、锡、锌、铁以及硫的使用温度范围。在保持良好的流动性和热导率的同时,进一步降低凝固结晶温度。
具有较低凝固结晶温度的镓基液态合金可以用于制作温度计,避免温度计在较低温度下因为合金凝固导致体积膨胀而破裂。
在本申请第一方面的一些实施例中,上述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟15-20%、锡10-15%、锌0.001-2.0%、铁0.001-2.0%以及硫0.005-0.5%。
在本申请第一方面的一些实施例中,上述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟15-20%、锡10-15%、锌0.001-2.0wt%、铁0.001-2.0%、铜0.001-2.0%以及硫0.005-0.1wt%。
镓基液态合金中含有0.001-2.0%的铜,能够进一步降低镓基液态合金的凝固结晶温度。
在本申请第一方面的一些实施例中,上述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟15-20%、锡10-15%、锌0.001-2.0wt%、铁0.001-2.0%、铝0.001-2.0%以及硫0.005-0.5%。
镓基液态合金中含有0.001-2.0%的铝,能够提高镓基液态合金的流动性。
在本申请第一方面的一些实施例中,上述镓基液态合金中:镓、铟以及锡的重量和与镓基液态合金总重量之比大于90%。
镓、铟以及锡的重量和占镓基液态合金重量越大,其凝固结晶温度越低。
本申请第二方面提供一种技术方案:
本申请第一方面提供的镓基液态合金的制备方法,主要包括:
将镓基液态合金的原料在压力为0Pa-5×10-3Pa、温度为450℃-850℃的条件下熔炼4-10小时。
采用该制备方法,能使镓基金属各个物质之间混合更均匀,避免出现较低温度下部分结晶的情况,相应地,也降低镓基液态合金的粘度增加流动性。
在本申请第二方面的一些实施例中,上述镓基液态合金的原料的纯度大于或等于99.95%。
采用纯度大于或等于99.95%的原料,可以尽可能的避免引入杂质,确保镓基液态合金的纯度。
本申请第三方面提供一种技术方案:
本申请第一方面提供的镓基液态合金于制备感温液中的应用。
由于镓基液态合金具有较低的凝固温度,因此,镓基液态合金制备得到的感温液的适用温度较低,可适用范围广,可以用于较低温度的环境下感测温度变化。
在本申请第三方面的一些实施例中,上述镓基液态合金用于制备测温装置的感温液。
镓基液态合金用于制备测温装置的感温液,例如用于制备温度计的感温液。采用镓基液态合金制备测温装置的感温液,测温装置可以在-18℃下不发生体温计爆裂破。拓宽了测温装置的使用范围。
本申请第四方面提供一种技术方案:
测温装置包括感温液,感温液的材料包括本申请第一方面提供的镓基液态合金。
本申请实施例提供的测温装置能够在较低温度下使用,由于镓基液态合金凝固点低,因此不易结晶凝固,测温装置不易因结晶而破损。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1显示为本申请实施例1所得镓基室温液态合金的凝固温度热分析测试结果。
图2显示为本申请实施例1所得镓基室温液态合金的凝固温度热分析测试结果。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
现有技术中的镓基液态合金的体系的熔点温度均较高,例如表1示出了部分现有技术的镓基液态合金的熔点。
表1各种镓-铟-锡成分及熔点
表1中“Galinstan”是镓,铟和锡的拉丁语,商标名“Galinstan”是德国公司Geratherm Medical AG的注册商标,商业产品“Galinstan”的确切成分尚未公开。典型的低共熔混合物的是68%Ga,22%In和10%Sn(按重量计)。镓、铟和锡在62-95%Ga,5-22%In,0-16%Sn(按重量计)之间变化。但是,镓-铟-锡三元液态合金在环境温度过低时易凝固。
为了降低镓基合金的凝固点,发明人发明了镓基液态合金。
下面对本申请实施例的镓基液态合金、其制备方法和应用以及测温装置进行具体说明。
一种镓基液态合金,镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟10-20%、锡5-15%、锌0.5-2%、铁0.05-2.0%以及硫0.005-0.1%。
需要说明的是,在本申请的一些实施例中,镓基液态合金除了上述物质之外,还可能会存在不可避免的杂质。
镓熔点为29.8℃,镓受热至熔点时变为液体,再冷却至0℃而不固化,由液体转变为固体时,其体积约增大3.2%。
铟熔点156.61℃,锡熔点231.89℃。锌熔点419.53℃,铁的熔点1538℃、沸点2750℃;硫熔点112.8℃。
发明人发现在上述配比下的镓、铟、锡、锌、铁以及硫的始凝固结晶温度为-42.4℃—-45.6℃;开始熔化温度-26.6℃—-12.7℃,很大程度的降低了镓基液态合金的凝固温度,增加镓、铟、锡、锌、铁以及硫的使用温度范围。在保持良好的流动性和热导率的同时,进一步降低凝固结晶温度。
具有较低凝固结晶温度的镓基液态合金可以用于制作温度计,避免温度计在较低温度下因为合金凝固导致体积膨胀而破裂。
进一步地,镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟15-20%、锡10-15%、锌0.001-2.0%、铁0.001-2.0%以及硫0.005-0.5%。
在该比例下,凝固结晶温度进一步降低,使用温度能被进一步拓宽。
进一步地,在本申请的一些实施例中,镓基液态合金中:镓、铟以及锡的重量和与镓基液态合金总重量之比大于90%。
换言之,镓、铟以及锡的重量和占镓基液态合金重量的90%以上。镓、铟以及锡的重量和占镓基液态合金重量越大,其凝固结晶温度越低。
进一步地,在本申请的一些实施例中,上述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:镓65-70%、铟15-20%、锡10-15%、锌0.001-2.0wt%、铁0.001-2.0%、铜0.001-2.0%以及硫0.005-0.1wt%。
发明人发现,镓基液态合金中含有0.001-2.0%(重量百分数)的铜,能够进一步降低镓基液态合金的凝固结晶温度。
进一步地,在本申请的一些实施例中,上述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟15-20%、锡10-15%、锌0.001-2.0wt%、铁0.001-2.0%、铝0.001-2.0%以及硫0.005-0.5%。
发明人发现,镓基液态合金中含有0.001-2.0%(重量百分数)的铝,能够提高镓基液态合金的流动性。
在本申请的一些实施例中,镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟10-20%、锡5-15%、锌0.5-2%、铁0.05-2.0%、硫0.005-0.1%,铜0.001-2.0%以及铝0.001-2.0%。
本申请还提供一种上述镓基液态合金的制备方法,主要包括:
将镓基液态合金的原料在压力为0Pa-5×10-3Pa、温度为450℃-850℃的条件下熔炼4-10小时。
采用该制备方法,能使镓基金属各个物质之间混合更均匀,避免出现较低温度下部分结晶的情况,相应地,也降低镓基液态合金的粘度增加流动性。
进一步地,在本申请的一些实施例中,镓基液态合金的原料的纯度大于或等于99.95%。包括高纯金属镓、高纯金属铟、高纯金属锡、高纯锌、高纯金属铁和高纯金属硫(纯度均在99.95%以上)等。
采用纯度大于或等于99.95%的原料,可以尽可能的避免引入杂质,确保镓基液态合金的纯度。
进一步地,在本申请的一些实施例中,镓基液态合金的制备方法,主要包括:
(1)按配比,将原料属镓、高纯金属铟、高纯金属锡、高纯锌、高纯金属铁和高纯金属硫(纯度均在99.95%以上)放入真空熔炼炉中;
(2)熔炼:真空熔炼炉抽真空至5×10-3Pa以上,升温至450℃-850℃熔炼4-10小时,使各原料熔成一体;
(3)降温至10-30℃冷却后得镓基液态合金。
本申请还提供一种应用,镓基液态合金于制备感温液中的应用。
承上所述,由于镓基液态合金具有较低的凝固温度,因此,镓基液态合金制备得到的感温液的适用温度较低,可适用范围广,可以用于较低温度的环境下感测温度变化。
进一步地,在本申请的一些实施例中,镓基液态合金用于制备测温装置的感温液,例如用于制备温度计的感温液。采用镓基液态合金制备测温装置的感温液,测温装置可以在-18℃下不发生体温计爆裂破。拓宽了测温装置的使用范围。
本申请还提供一种测温装置,测温装置包括感温液,感温液的材料包括上述的镓基液态合金。
测温装置可以为温度计,也可以为其他测温元件。
本申请实施例提供的测温装置能够在较低温度下使用,由于镓基液态合金凝固点低,因此不易结晶凝固,测温装置不易因结晶而破损。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了镓基液态合金;主要通过以下方法制得:
(1)将原料金属镓、高纯金属铟、高纯金属锡、高纯锌、高纯金属铁和高纯金属硫(纯度均在99.95%以上)放入真空熔炼炉中;
(2)熔炼:真空熔炼炉抽真空至5×10-3Pa,升温至600℃熔炼6小时,使各原料熔成一体;
(3)降温至10℃冷却后得所述镓基液态合金。
制得镓基液态合金中各组分如下:
镓68wt%;铟20wt%;锡10.0wt%;锌1.2wt%;铁0.5wt%以及硫0.3wt%。
本实施例制备得到的镓基液态合金可以用于制备感温液,感温液可以用于制备温度计。
本实施例还提供一种温度计,温度计包括感温液,感温液采用本实施例制备得到的镓基液态合金制得。
采用差热扫描热分析(DSC)测试实施例1提供的镓基液态合金的凝固结晶温度,结果如图1所示。
从图1可以看出:实施例1提供的镓基液态合金经DSC检测降温过程中的始凝固结晶温度为-47℃—-49℃;开始熔化温度-29℃—-17.6℃。
实施例2
本实施例提供了镓基液态合金;主要通过以下方法制得:
(1)将原料金属镓、高纯金属铟、高纯金属锡、高纯锌、高纯铜、高纯铝、高纯金属铁和高纯金属硫(纯度均在99.95%以上)放入真空熔炼炉中;
(2)熔炼:真空熔炼炉抽真空至5×10-3Pa,升温至450℃熔炼8小时,使各原料熔成一体;
(3)降温至30℃冷却后得所述镓基液态合金。
制得镓基液态合金中各组分如下:
镓68wt%;铟19.5wt%;锡9.7wt%;锌1.5wt%;铁0.5wt%;铜0.3wt%;硫0.2wt%;铝0.3wt%。
本实施例制备得到的镓基液态合金可以用于制备感温液,感温液可以用于制备温度计。
本实施例还提供一种温度计,温度计包括感温液,感温液采用本实施例制备得到的镓基液态合金制得。
采用差热扫描热分析(DSC)测试实施例2提供的镓基液态合金的凝固结晶温度,结果如图2所示。
从图2可以看出:实施例2提供的镓基液态合金经DSC检测降温过程中的始凝固结晶温度为-42.4℃—-45.6℃;开始熔化温度-26.6℃—-12.7℃。
实施例3
本实施例提供了镓基液态合金;主要通过以下方法制得:
(1)将原料金属镓、高纯金属铟、高纯金属锡、高纯锌、高纯金属铁和高纯金属硫(纯度均在99.95%以上)放入真空熔炼炉中;
(2)熔炼:真空熔炼炉抽真空至4×10-3Pa,升温至800℃熔炼10小时,使各原料熔成一体;
(3)降温至10℃冷却后得所述镓基液态合金。
制得镓基液态合金中各组分如下:
镓65wt%;铟20.0wt%;锡10.9wt%;锌2wt%;铁2wt%;硫0.1wt%。
本实施例制备得到的镓基液态合金可以用于制备感温液,感温液可以用于制备温度计。
本实施例还提供一种温度计,温度计包括感温液,感温液采用本实施例制备得到的镓基液态合金制得。
实施例4
本实施例提供了镓基液态合金;主要通过以下方法制得:
(1)将原料金属镓、高纯金属铟、高纯金属锡、高纯锌、高纯铝、高纯金属铁和高纯金属硫(纯度均在99.95%以上)放入真空熔炼炉中;
(2)熔炼:真空熔炼炉抽真空至3×10-3Pa,升温至700℃熔炼6小时,使各原料熔成一体;
(3)降温至15℃冷却后得所述镓基液态合金。
制得镓基液态合金中各组分如下:
镓70wt%;铟15wt%;锡10wt%;锌2wt%;铁1.7wt%;硫0.3wt%;铝1.4wt%。
本实施例制备得到的镓基液态合金可以用于制备感温液,感温液可以用于制备温度计。
本实施例还提供一种温度计,温度计包括感温液,感温液采用本实施例制备得到的镓基液态合金制得。
实施例5
本实施例提供了镓基液态合金;主要通过以下方法制得:
(1)将原料金属镓、高纯金属铟、高纯金属锡、高纯锌、高纯铜、高纯金属铁和高纯金属硫(纯度均在99.95%以上)放入真空熔炼炉中;
(2)熔炼:真空熔炼炉抽真空至5×10-3Pa,升温至450℃熔炼8小时,使各原料熔成一体;
(3)降温至30℃冷却后得所述镓基液态合金。
制得镓基液态合金中各组分如下:
镓70wt%;铟20wt%;锡9.99wt%;锌0.001wt%;铁0.001wt%;铜0.003wt%;硫0.005wt%。
本实施例制备得到的镓基液态合金可以用于制备感温液,感温液可以用于制备温度计。
本实施例还提供一种温度计,温度计包括感温液,感温液采用本实施例制备得到的镓基液态合金制得。
实施例6
本实施例提供了镓基液态合金;主要通过以下方法制得:
(1)将原料金属镓、高纯金属铟、高纯金属锡、高纯锌、高纯金属铁和高纯金属硫(纯度均在99.95%以上)放入真空熔炼炉中;
(2)熔炼:真空熔炼炉抽真空至5×10-3Pa,升温至450℃熔炼8小时,使各原料熔成一体;
(3)降温至30℃冷却后得所述镓基液态合金。
制得镓基液态合金中各组分如下:
镓68wt%;铟19.5wt%;锡11.9wt%;锌0.5wt%;铁0.005wt%;硫0.005wt%。
本实施例制备得到的镓基液态合金可以用于制备感温液,感温液可以用于制备温度计。
本实施例还提供一种温度计,温度计包括感温液,感温液采用本实施例制备得到的镓基液态合金制得。
实施例7
本实施例提供了镓基液态合金;镓基液态合金中按重量百分数计各组分如下:
镓70%、铟15%、锡12%、锌1.4wt%、铁0.3%、铝0.8%以及硫0.5%。
本实施例提供的镓基液态合金可以用于制备感温液,感温液可以用于制备温度计。
本实施例还提供一种温度计,温度计包括感温液,感温液采用本实施例提供的镓基液态合金制得。
实施例8
本实施例提供了镓基液态合金;镓基液态合金中按重量百分数计各组分如下:
镓80%、铟6.5%、锡8.5%、锌1.7wt%、铁1.6%、铜1.65%以及硫0.05%。
本实施例提供的镓基液态合金可以用于制备感温液,感温液可以用于制备温度计。
本实施例还提供一种温度计,温度计包括感温液,感温液采用本实施例提供的镓基液态合金制得。
通过上述实施例以及表1可知,本申请实施例提供的镓基液态合金的凝固点较低(小于-30℃),使本申请实施例提供的镓基液态合金可以在比较低的温度环境下不结晶析出固体。拓展了镓基液态合金的使用范围。
相应地,本申请实施例提供的镓基液态合金用于制备温度计的感温液,可以避免温度计在较低温度环境下使用后破裂的情况。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种镓基液态合金,其特征在于,所述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
镓65-80%、铟10-20%、锡5-15%、锌0.5-2%、铁0.05-2.0%以及硫0.005-0.1%。
2.根据权利要求1所述的镓基液态合金,其特征在于,所述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
所述镓65-80%、所述铟15-20%、所述锡10-15%、所述锌0.001-2.0%、所述铁0.001-2.0%以及所述硫0.005-0.5%。
3.根据权利要求1所述的镓基液态合金,其特征在于,所述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
所述镓65-80%、所述铟15-20%、所述锡10-15%、所述锌0.001-2.0wt%、所述铁0.001-2.0%、铜0.001-2.0%以及所述硫0.005-0.1wt%。
4.根据权利要求1所述的镓基液态合金,其特征在于,所述镓基液态合金主要包括按重量百分数计的以下组分:
所述镓65-80%、所述铟15-20%、所述锡10-15%、所述锌0.001-2.0wt%、所述铁0.001-2.0%、铝0.001-2.0%以及所述硫0.005-0.5%。
5.根据权利要求1所述的镓基液态合金,其特征在于,所述镓基液态合金中:所述镓、所述铟以及所述锡的重量和与所述镓基液态合金总重量之比大于90%。
6.权利要求1-5任一项所述的镓基液态合金的制备方法,其特征在于,主要包括:
将所述镓基液态合金的原料在压力为0Pa-5×10-3Pa、温度为450℃-850℃的条件下熔炼4-10小时。
7.根据权利要求6所述的镓基液态合金的制备方法,其特征在于,所述镓基液态合金的原料的纯度大于或等于99.95%。
8.权利要求1-5任一项所述的镓基液态合金于制备感温液中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述镓基液态合金用于制备测温装置的感温液。
10.一种测温装置,其特征在于,所述测温装置包括感温液,所述感温液的材料包括权利要求1-5任一项所述的镓基液态合金。
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