CN114309488B

CN114309488B - 液态金属成型方法

Info

Publication number: CN114309488B
Application number: CN202111223606.8A
Authority: CN
Inventors: 袁博; 刘静
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2021-10-20
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2041-10-20
Also published as: CN114309488A

Abstract

本发明提供一种液态金属成型方法，涉及金属加工技术领域，包括步骤：将呈液态的液态金属置于反应容器内；向反应容器内加入呈液态的介质材料，介质材料的密度小于液态金属的密度；将设置为目标造型的芯体置入反应容器内，芯体为由气体制成的固态结构，并能在室温下升华；将芯体及凝固于芯体表面的金属壳取出；在金属壳表面开孔。如此设置，相对于现有技术中的打印技术，本方明提供的液体金属成型方法实施装置结构简单，成本较低，并且能缩短制造时间。除此之外，通过设置介质材料能够使芯体浸入到液态金属内时，起到缓冲作用，克服了液态金属的高过冷度问题，可以使液态金属快速、均匀的凝固。

Description

液态金属成型方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，尤其涉及一种液态金属成型方法。

背景技术

液态金属的熔点较低，被广泛地应用于一些低温环境的产品制造。现有技术中采用金属打印的方式进行液态金属成型。但是，通过打印的方式使液态金属成型的方式，使得整个成型装置的结构复杂，造价较高。

因此，提供一种结构简单，成本较低的液态金属成型方法是本领域技术人员所亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种结构简单，成本较低的液态金属成型方法，用以解决现有技术中金属打印所具有的结构复杂、造价较高的缺陷。

本发明提供的一种液态金属成型方法，包括步骤：

将呈液态的液态金属置于反应容器内；

向所述反应容器内加入呈液态的介质材料，所述介质材料的密度小于所述液态金属的密度；

将设置为目标造型的芯体置入所述反应容器并使所述芯体浸入所述液态金属内，所述芯体为能够在预设温度下升华为气态的固定结构；

将所述芯体及凝固于所述芯体表面的金属壳取出；

在所述金属壳表面开孔，以使所述芯体升华。

根据本发明提供的一种液态金属成型方法，在所述芯体升华之后，还包括：

向所述金属壳内填充呈液态的液态物质。

利用所述液态金属填补所述金属壳表面的所述开孔。

根据本发明提供的一种液态金属成型方法，所述芯体由干冰制成。

根据本发明提供的一种液态金属成型方法，所述液态金属与所述介质材料的体积比为2:1至1:1。

根据本发明提供的一种液态金属成型方法，所述液态金属包括共晶镓铟合金、汞、汞合金、铋、铋合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金。

根据本发明提供的一种液态金属成型方法，所述介质材料包括烷烃类有机物。

根据本发明提供的一种液态金属成型方法，所述芯体通过模具形成所述目标造型。

根据本发明提供的一种液态金属成型方法，所述芯体通过激光雕刻形成所述目标造型。

根据本发明提供的一种液态金属成型方法，所述开孔直径小于或等于1mm。

本发明提供的液态金属成型方法，通过将芯体浸入液态金属内，使得液态金属沿芯体的外轮廓凝固，形成与芯体形状相同的金属壳。将芯体与金属壳取出后，在金属壳的外表面开孔，以使金属壳内部的芯体升华，获得目标造型的金属壳。

如此设置，相对于现有技术中的打印技术，本方明提供的液体金属成型方法实施装置结构简单，成本较低，并且能缩短制造时间。除此之外，通过设置介质材料能够使芯体浸入到液态金属内时，起到缓冲作用，克服了液态金属的高过冷度问题，可以使液态金属快速、均匀的凝固。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明提供的实施例中液态金属成型方法的流程示意图；

图2是本发明提供的实施例中将芯体置入反应容器内时的示意图；

图3是本发明提供的封堵金属壳的开孔时的示意图；

图4是本发明提供的向金属壳内加入液态物质时的示意图；

附图标记：

1：液态金属； 2：反应容器； 3：介质材料；

4：芯体； 5：金属壳； 6：开孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图3描述本发明提供的实施例中的液态金属成型方法。

具体来说，液态金属成型方法包括步骤S100-步骤S500。

步骤S100、将呈液态的液态金属1置于反应容器2内。

呈液态的液态金属1是指低熔点金属或低熔点合金。

步骤S200、向反应容器2内加入呈液态的介质材料3。介质材料3的密度小于液态金属1的密度。

将介质材料3加入到反应容器2内之后，介质材料3与液态金属1分为上下两层，介质材料3位于液态金属1的上层。

步骤S300、将设置为目标造型的芯体4置入反应容器2并使芯体4浸入到液态金属1内。芯体4为能够在预设温度下升华为气态的固定结构。例如，芯体4能够在室温下升华为气态。

将芯体4制造成目标造型，目标造型即为想要液态金属1所成为的形状。将芯体4缓慢的从浸入到反应容器2的液态金属1内，此时液态金属1受冷沿着芯体4的外轮廓凝固成型，形成于芯体4形状相同的金属壳5。介质材料3能够起到隔绝缓冲的作用，由于液态金属的过冷度较高容易凝固，通过设置介质材料的隔绝缓冲作用，避免芯体从上向下靠近液态金属时，液态金属的表面就发生凝固，以使芯体浸入到液态金属后，液态金属才凝固于芯体的外表面，以提高液态金属的成型质量与精度。

步骤S400、将芯体4及凝固于芯体4表面的金属壳5取出。

步骤S500、在金属表面开孔6。

例如，可以利用钻孔器在金属壳5的表面钻一个开孔6，以使金属壳5内的芯体4升华并从开孔6挥发，从而获得具有目标造型的金属壳5。

本发明提供的实施例中的液态金属成型方法，通过将芯体4浸入液态金属1内，使得液态金属1沿芯体4的外轮廓凝固，形成与芯体4形状相同的金属壳5。将芯体4与金属壳5取出后，在金属壳5的外表面开孔6，以使金属壳5内部的芯体4升华，获得具有目标造型的金属壳5。

如此设置，相对于现有技术中的打印技术，本方明提供的液体金属成型方法实施装置结构简单，成本较低，并且能缩短制造时间。除此之外，通过设置介质材料3能够使芯体4浸入到液态金属1内时，起到缓冲作用，克服了液态金属1的高过冷度问题，可以使液态金属1均匀的凝固。

在本发明提供的一些实施例中，在芯体升华之后，还包括：

向金属壳5内填充呈液态的液态物质。

通过向金属壳5体填充液体物质，能够获得不同性质的产品。

可选地，可以向金属壳5内填充与金属壳5材质相同的液态金属1，并填补开孔6，从而获得内外材质相同的实心金属产品。

可选地，可以向金属壳5内填充与金属壳5材质不同的液态金属1，并填补开孔6，从而获得内外材质不同的复合材料金属产品。

当然，还可以向金属壳5内填充溶液或者高分子聚合物，并填补开孔6，从而得到复合材料产品。

在本发明提供的一些实施例中，在芯体升华之后，还包括：

利用液态金属1填补金属壳5表面的开孔6。

如此设置，可以获得空心构造的金属产品。

在本发明提供的一些实施例中，芯体4由干冰制成。干冰为由二氧化碳气体制成的固态结构，并且能够在室温下升华。

在本发明提供的一些实施例中，液态金属1与介质材料3的体积比为2:1至1:1。

在本发明提供的一些实施例中，液态金属1包括共晶镓铟合金、汞、汞合金、铋、铋合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金。

其中，共晶镓铟合金中包括质量分数为75.5％的镓和24.5％的铟。

在本发明提供的一些实施例中，介质材料3包括烷烃类有机物。并且烷烃类有机物的凝固点为零下二十摄氏度至四十摄氏度之间，以避免烷烃类有机物与芯体4接触而凝固。

在本发明提供的一些实施例中，芯体4通过模具形成目标造型。例如，通过设置具有目标造型的模具，利用模具加工出具有目标造型的芯体4。如此设置，能够简单方便地获得芯体4。

当然，芯体4的获取方式并不局限于上述方式，例如，在本发明提供的其他实施例中，芯体4通过激光雕刻形成目标造型。如此设置，获得的芯体4的精度更高。

在本发明提供的一些实施例中，开孔6直径为小于或等于1mm。如此设置，以避免对金属壳5的损坏过大。

需要说明的是，上述的步骤可以进行结合，例如，本发明提供的一种实施例中的一种液态金属成型方法，包括步骤：

将呈液态的液态金属1置于反应容器2内。液态金属1包括共晶镓铟合金、汞、汞合金、铋、铋合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金。其中，共晶镓铟合金包括质量分数为75.5％的镓和24.5％的铟。

向反应容器2内加入呈液态的介质材料3，介质材料3的密度小于液态金属1的密度。液态金属1与介质材料3的体积比为2:1至1:1。介质材料3可以是烷烃类有机物。

将设置为目标造型的芯体4置入反应容器2内，芯体4为由气体制成的固态结构，并能在室温下升华。芯体4通过模具或者激光雕刻形成目标造型。芯体4为干冰制成。

将芯体4及凝固于芯体4表面的金属壳5取出。并在金属壳5的表面开孔6。开孔6的直径小于或等于1mm。

向金属壳5内填充呈液态的液态物质。利用液态金属1填补金属壳5表面的开孔6。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种液态金属成型方法，其特征在于，包括步骤：

将呈液态的液态金属置于反应容器内；

将所述芯体及凝固于所述芯体表面的金属壳取出；

在所述金属壳表面开孔，以使所述芯体升华，并利用所述液态金属填补所述金属壳表面的所述开孔。

2.根据权利要求1所述的液态金属成型方法，其特征在于，在所述芯体升华之后，还包括：

向所述金属壳内填充呈液态的液态物质。

3.根据权利要求1所述的液态金属成型方法，其特征在于，所述芯体由干冰制成。

4.根据权利要求1所述的液态金属成型方法，其特征在于，所述液态金属与所述介质材料的体积比范围为2:1至1:1。

5.根据权利要求1所述的液态金属成型方法，其特征在于，所述液态金属包括共晶镓铟合金、汞、汞合金、铋、铋合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金。

6.根据权利要求1所述的液态金属成型方法，其特征在于，所述介质材料包括烷烃类有机物。

7.根据权利要求1所述的液态金属成型方法，其特征在于，所述芯体通过模具形成所述目标造型。

8.根据权利要求1所述的液态金属成型方法，其特征在于，所述芯体通过激光雕刻形成所述目标造型。

9.根据权利要求1所述的液态金属成型方法，其特征在于，所述开孔直径小于或等于1mm。