KR20140048058A - Ｒｆ 전력을 통한 인라인 용해물 제어 - Google Patents

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조세프 스테빅
션 오'키프
더모트 제이. 스트라톤
조세프 씨. 풀
매슈 에스. 스콧
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애플 인크.
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Abstract

다양한 실시예는 재료들을 용해하기 위한 및 용해 중에 용해된 재료들을 용해 존 내에 격납하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 예시적인 장치는 그 안에 용해를 위한 재료를 수취하도록 구성된 용기; 그 안에 재료를 용해하기 위해 용기에 인접하게 배치된 부하 유도 코일; 및 부하 유도 코일과 인라인으로 배치된 격납 유도 코일을 포함할 수 있다. 용기 내의 재료는 용해된 재료를 형성하기 위해 부하 유도 코일을 제1 RF 주파수에서 동작시킴으로써 가열될 수 있다. 격납 유도 코일은 부하 유도 코일 내에 용해된 재료를 격납하기 위해 제2 RF 주파수에서 동작할 수 있다. 일단 용해된 재료를 위해 원하는 온도가 실현되어 유지되면, 격납 유도 코일의 동작은 중단될 수 있고, 용해된 재료는 배출 경로를 통해 용기로부터 주형 내로 배출될 수 있다.

Description

ＲＦ 전력을 통한 인라인 용해물 제어{INLINE MELT CONTROL VIA RF POWER}
본 발명은 일반적으로 재료들을 용해하기 위한 및 용해 중에 용해 존(melt zone) 내에 용해된 재료들을 격납(containing)하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일부 사출 성형기들은 재료를 주형에 주입하기 전에 재료를 용해하기 위해 유도 코일을 이용한다. 그러나, 수평 배출을 위해 배치된 용기에 재료가 용해되는 수평으로 배치된 기계들에서, 유도 코일로부터의 자속은 용해물(melt)이 예측할 수 없게 이동하게 하는, 예를 들어, 용해 존을 향해 및/또는 용해 존의 밖으로 흐르게 하는 경향이 있고, 이것은 용해물의 균일성 및 온도를 제어하기 어렵게 만들 수 있다.
수평 배출을 위해 설계된 용기들에서 용해하기 위한 현재의 해결책들은, 용해물과 접촉해 있고, 용해물이 용해 존에서 유도 코일의 밖으로 (수평으로) 흐르는 것을 물리적으로 차단하는 게이트의 이용을 포함한다. 그러나, 게이트 구성들로 인해, 문제들이 생기고, 게이트는 용해물과의 접촉점이고, 불순물들이 게이트에 의해 도입될 수 있다. 또한, 게이트 구성은 용해 존을 위해 이용 가능한 공간을 줄일 수 있는데, 그것은 게이트가 용해물이 흐르도록 허용하기 위해 위아래로 작동되어야 하기 때문이다. 또한, 용해물의 주입 공정 중에 게이트를 올릴 때 타이밍 제어의 과제로 인해 용해물은 바람직하지 않게 용기의 수평 배출 경로를 향해 및/또는 수평 배출 경로의 밖으로 흐를 수 있다. 또한, 게이트는 잠재적으로 소모성 부품이고, 특정 이용 횟수 후에 교체될 필요가 있다.
용해물을 물리적으로 차단하기 위해 게이트를 도입하지 않고, 그것이 가열 또는 용해될 때 원하는 고온에서 수평으로 설계된 시스템들의 용해 존에 용해물을 격납하는(contain) 것이 바람직하다.
용기 내에 재료들(예를 들어, 금속들 또는 금속 합금들)을 용해하기 위한 본원의 실시예들에 따른 제안된 해결책은 용해 존 내에 용해물 또는 용해된 재료를 격납하는 것이다.
다양한 실시예에 따르면, 장치가 제공되어 있다. 장치는 그 안에 용해를 위한 재료를 수취하도록 구성된 용기; 그 안에 재료를 용해하기 위해 용기에 인접하게 배치된 부하 유도 코일(load induction coil); 및 부하 유도 코일과 인라인으로 배치된(positioned in line with) 격납 유도 코일(containment induction coil)을 포함할 수 있다. 격납 유도 코일은 부하 유도 코일 내에 용해물을 격납하도록 구성된다.
다양한 실시예에 따르면, 장치를 이용하는 용해 방법이 제공되어 있다. 장치는 그 안에 용해를 위한 재료를 수취하도록 구성된 용기; 그 안에 재료를 용해하기 위해 용기에 인접하게 배치된 부하 유도 코일; 및 부하 유도 코일과 인라인으로 배치된 격납 유도 코일을 포함할 수 있다. 용기 내의 재료는 용해된 재료를 형성하기 위해 부하 유도 코일을 제1 RF 주파수에서 동작시킴으로써 가열될 수 있다. 가열하는 동안, 격납 유도 코일은 부하 유도 코일 내에 용해된 재료를 격납하기 위해 제2 RF 주파수에서 동작할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 장치를 이용하는 용해 방법이 제공되어 있다. 장치는 그 안에 용해를 위한 재료를 수취하도록 구성된 용기; 그 안에 재료를 용해하기 위해 용기에 인접하게 배치된 부하 유도 코일; 및 부하 유도 코일과 인라인으로 배치된 격납 유도 코일을 포함할 수 있다. 용기 내의 재료는 용해된 재료를 형성하기 위해 부하 유도 코일을 제1 RF 주파수에서 동작시킴으로써 가열될 수 있다. 가열하는 동안, 격납 유도 코일은 부하 유도 코일 내에 용해된 재료를 격납하기 위해 제2 RF 주파수에서 동작할 수 있다. 일단 용해된 재료를 위한 원하는 온도가 실현되어 유지되면, 격납 유도 코일의 동작은 중단될 수 있고, 용해된 재료는 배출 경로를 통해 용기로부터 주형 내로 배출될 수 있다.
또한, 실시예에 따르면, 용해를 위한 재료는 BMG 공급 원료를 포함하고, BMG 부품(part)이 형성될 수 있다.
또한, 실시예에서, 제1 유도 코일 및 제2 유도 코일은 동일한 코일의 부분이고, 그것들은 서로 전기적으로 접속되지만 어레이로 구성되어서, 불균일 자기장이 생성된다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 유도 코일들은 동일한 코일의 부분이고, 코일들 중 어느 하나 또는 둘 다의 독립적인 제어, 즉, 단일 코일의 적어도 한 부분 또는 한 측의 제어를 허용하는 전기 탭과 연관되어서, 자기장이 변화될 수 있다.
도 1a는 예시적인 벌크 응고 비결정질 합금(bulk solidifying amorphous alloy)의 온도-점도 도표를 제공한다.
도 1b는 예시적인 벌크 응고 비결정질 합금에 대한 시간-온도-변환(time-temperature-transformation)(TTT) 도표의 개략도를 제공한다.
도 2a 내지 도 2d는, 재료의 용해 및 격납을 위한, 제1 유도 코일 및 제2 유도 코일의 배열들의 다양한 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적인 사출 성형 시스템/장치의 개략도를 도시한다.
도 4는 유도 코일을 갖도록 구성된 사출 성형 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다른 예시적인 사출 성형 시스템/장치를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 재료를 용해/몰딩하기 위한 방법을 도시한다.
본 명세서에 기재된 모든 공보, 특허, 및 특허 출원은 이에 의하여 전부 참고로 인용된다.
관사들("a" 및 "an")은 본원에서 물품의 문법적 객체의 1개 또는 2개 이상(즉, 적어도 1개)을 가리키는 데 이용된다. 예시에 의해, "폴리머 수지(a polymer resin)"는 1개의 폴리머 수지 또는 2개 이상의 폴리머 수지를 의미한다. 본원에 기재된 임의의 범위는 포괄적이다. 본 명세서 전체에서 이용되는 용어들 "실질적으로(substantially)" 및 "약(about)"은 작은 변동을 기술하고 고려하는 데 이용된다. 예를 들어, 그것들은 ±5% 이하, 이를테면, ±2% 이하, ±1% 이하, ±0.5% 이하, ±0.2% 이하, ±0.1% 이하, ±0.05% 이하를 가리킬 수 있다.
벌크 응고 비결정질 합금(bulk-solidifying amorphous alloy), 또는 벌크 금속 유리(bulk metallic glass)("BMG")가 최근에 개발된 종류의 금속 재료들이다. 이 합금들은 비교적 느린 속도로 응고되고 냉각될 수 있고, 그것들은 실온에서 비결정질, 비-결정(즉, 유리 같은) 상태를 유지한다. 비결정질 합금들은 그들이 결정질 합금들보다 많은 우수한 특성들을 갖는다. 그러나, 냉각 속도가 충분히 높지 않으면, 냉각 중에 합금 내부에 결정들이 형성될 수 있어서, 비결정질 상태의 이득들을 잃을 수 있다. 예를 들어, 벌크 비결정질 합금 부품들의 제조에 대한 하나의 과제는 미가공 합금 재료 내의 불순물들 또는 느린 냉각으로 인한 부품들의 부분적인 결정화(crystallization)이다. 높은 비결정화도(degree of amorphicity)(및, 역으로, 낮은 결정화도(degree of crystallinity))는 BMG 부품들에서 바람직하기 때문에, 비결정화의 양을 제어한 BMG 부품들을 주조(casting)하기 위한 방법들을 개발할 필요가 있다.
도 1a(미국 특허 번호 7,575,040으로부터 획득함)는 Liquidmetal Technology에 의해 제조된 Zr--Ti--Ni--Cu--Be 계열의 VIT-001 시리즈로부터, 예시적인 벌크 응고 비결정질 합금의 점도-온도 그래프를 도시한다. 비결정질 고체의 형성 중에 벌크 응고 비결정질 금속에 대한 분명한 액체/고체 변환이 존재하지 않는다는 것에 주목해야 한다. 용해된 합금은 그것이 유리 전이 온도 부근에서 고체 형태에 접근할 때까지 증가하는 과냉각(undercooling)에 의해 점점 더 점성이 있게 된다. 따라서, 벌크 응고 비결정질 합금을 위한 응고 전선(solidification front)의 온도는 유리 전이 온도 부근일 수 있고, 합금은 사실상 퀀치된 비결정질 시트 제품(quenched amorphous sheet product)을 만들어낼 목적을 위한 고체로서 작용을 할 것이다.
도 1b(미국 특허 번호 7,575,040으로부터 획득함)는 예시적인 벌크 응고 비결정질 합금의 시간-온도-변환(TTT) 냉각 곡선 또는 TTT 도표를 도시한다. 벌크 응고 비결정질 금속들은 종래의 금속들과 마찬가지로, 냉각시에 액체/고체 결정화 변환을 겪지 않는다. 그 대신, 고온("용해 온도" Tm 근처)에서 발견되는 금속의 매우 유동성의 비-결정 형태는 (유리 전이 온도 Tg 근처로) 온도가 감소함에 따라 더욱 점성이 있게 됨으로써, 결국 종래의 고체의 표면상의 물리적 특성들을 띤다.
벌크 응고 비결정질 금속에 대한 액체/결정화 변환이 존재하지 않더라도, "용해 온도" Tm은 대응하는 결정 위상의 열역학적 액상 온도로서 정의될 수 있다. 이러한 체제에서, 용해 온도에 있는 벌크 응고 비결정질 합금들의 점도는 약 0.1 poise 내지 약 10,000 poise의 범위에, 및 심지어 때때로 0.01 poise 아래에 놓일 수 있다. "용해 온도"에서의 더 낮은 점도는 BMG 부품들을 형성하기 위한 벌크 응고 비결정질 금속에 의한 쉘/주형의 복잡한 부분들의 더 빠르고 완벽한 채움을 제공할 것이다. 또한, BMG 부품을 형성하기 위한 용해된 금속의 냉각 속도는, 냉각 중의 시간-온도 프로파일이 도 1b의 TTT 도표에서 결정화 영역에 접경하는 코 형상 영역을 통해 횡단하지 않도록 해야 한다. 도 1b에서, Tnose는 결정화가 가장 빠른 임계 결정화 온도(critical crystallization temperature) Tx이고, 최단 시간 스케일(the shortest time scale)에서 일어난다.
과냉각 액체 영역, Tg와 Tx 간의 온도 영역은 벌크 응고 합금들의 결정화에 대한 이상한 안정성(extraordinary stability)의 표시이다. 이 온도 영역에서, 벌크 응고 합금은 고점도 액체로서 존재할 수 있다. 과냉각 액체 영역 내의 벌크 응고 합금의 점도는 유리 전이 온도에서의 1012 Pa s 내지 과냉각 액체 영역의 높은 온도 한계인, 결정화 온도에서의 105 Pa s에 이르기까지 달라질 수 있다. 그러한 점도를 갖는 액체들은 인가된 압력 하에서 상당한 소성 변형(plastic strain)을 받을 수 있다. 본원에서 실시예들은 형성 및 분리 방법으로서 과냉각 액체 영역에서의 큰 소성 성형성(plastic formability)을 이용한다.
Tx에 관해 분류할 필요가 있다. 기술적으로, TTT 도표에 도시된 코 형상 곡선은 온도 및 시간의 함수로서 Tx를 기술한다. 따라서, TTT 곡선에 이를 때, 금속 합금을 가열 또는 냉각하면서 취하는 궤적에 상관없이, Tx에 도달하였다. 도 1b에서, Tx는 Tm에 가까운 것으로부터 Tg에 가까운 것까지 변할 수 있기 때문에 Tx는 점선으로 도시된다.
도 1b의 개략적인 TTT 도표는 TTT 곡선에 이르는 시간-온도 궤적(예시적인 궤적으로서 (1)로 도시됨) 없이 Tm에서 또는 그 위에서 Tg 아래로 다이 주조의 처리 방법을 도시한다. 다이 주조 중에, TTT 곡선에 이르는 궤적을 피하기 위해 급속 냉각과 실질적으로 동시에 형성이 일어난다. TTT 곡선에 이르는 시간-온도 궤적(예시적인 궤적들로서 (2), (3) 및 (4)로 도시됨) 없이 Tg에서 또는 그 아래에서 Tm 아래로 초소성 형성(superplastic forming)(SPF)을 위한 처리 방법이 도시된다. SPF에서, 비결정질 BMG는 과냉각 액체 영역으로 재가열되고, 이용 가능한 프로세싱 윈도우는 다이 주조보다 훨씬 더 클 수 있으므로, 프로세스의 제어성이 더 나아진다. SPF 프로세스는 냉각 중에 결정화를 피하기 위해 급속 냉각을 요구하지 않는다. 또한, 예시적인 궤적들 (2), (3) 및 (4)에 의해 도시된 바와 같이, SPF는 Tnose 위 또는 Tnose 아래, 최대 약 Tm인 SPF 중의 최고 온도로 실행될 수 있다. 하나의 비결정질 합금을 가열하지만 TTT 곡선에 이르는 것을 피하도록 관리하는 경우, "Tg와 Tm 사이에서" 가열하지만, Tx에 도달하지 않는다.
20 C/min의 가열 속도로 취해진 벌크 응고 비결정질 합금들의 통상적인 시차 주사 열량계(differential scanning calorimeter)(DSC) 가열 곡선들은, 대부분은, 특정 온도, DSC 가열 램프가 TTT 결정화 개시를 가로지를 때 Tx, 및 결국 동일한 궤적이 용해를 위한 온도 범위를 가로지를 때 용해 피크들에서 Tg가 보일 가능성이 있는 TTT 데이터에 걸친 특정 궤적을 기술한다. 도 1b에서 궤적들 (2), (3) 및 (4)의 램프 업(ramp up) 부분에 의해 도시된 바와 같이 빠른 가열 속도로 벌크 응고 비결정질 합금을 가열한다면, TTT 곡선을 완전히 피할 수 있고, DSC 데이터는 가열시에 유리 전이를 나타내고 Tx를 나타내지 않을 것이다. 그것에 대해 생각하는 다른 방법은, 궤적들 (2), (3) 및 (4)이, 그것이 결정화 곡선에 이르지 않는 한, TTT 곡선의 코(및 심지어 그 위)와 Tg 선 사이의 온도에서 어디든 속할 수 있다는 것이다. 그것은 단지, 처리 온도를 증가시킴에 따라 궤적들 내의 수평 안정기(plateau)가 훨씬 더 짧아진다는 것을 의미한다.
위상
용어 "위상"은 본원에서 열역학적 위상 도표(thermodynamic phase diagram)에서 발견될 수 있는 것을 가리킬 수 있다. 위상은 재료의 모든 물리적 특성이 본질적으로 균일한 공간 영역(예를 들어, 열역학적 시스템)이다. 물리적 특성들의 예들은 밀도, 굴절률, 화학 조성 및 격자 주기성을 포함한다. 위상의 간단한 설명은 화학적으로 균일하고, 물리적으로 별개이고, 및/또는 기계적으로 분리 가능한 재료의 영역이다. 예를 들어, 유리병 내의 얼음 및 물로 이루어지는 시스템에서, 얼음 조각들은 한 위상이고, 물은 제2 위상이고, 물에 대한 습한 공기는 제3 위상이다. 병의 유리는 다른 별개의 위상이다. 위상은 이원, 삼원, 사원, 또는 그 이상의 용액일 수 있는 고용체(solid solution), 또는 금속간 화합물과 같은 화합물을 가리킬 수 있다. 다른 예로서, 비결정질 위상은 결정질 위상과 별개이다.
금속, 전이 금속, 및 비-금속
용어 "금속"은 염기성 화학 원소를 가리킨다. 용어 "원소"는 본 명세서에서 일반적으로 주기율표에서 발견될 수 있는 원소를 가리킨다. 물리적으로, 기저 상태에서 금속 원자는 점유 상태(occupied state)에 가까운 엠프티 상태(empty state)로 부분적으로 채워진 대역을 포함한다. 용어 "전이 금속"은 불완전한 내부 전자 쉘을 갖고 일련의 원소들에서 최고 및 최소 염기성 간의 전이 링크들로서 역할을 하는 주기율표의 3 내지 12족 내의 금속 원소들 중 임의의 것이다. 전이 금속들은 복수의 원자가, 컬러 화합물, 및 안정된 착이온을 형성하는 능력을 특징으로 한다. 용어 "비금속"은 전자를 잃어서 양이온을 형성하는 능력을 갖지 않는 화학 원소를 가리킨다.
응용에 따라, 임의의 적절한 비금속 원소들, 또는 그것들의 결합들이 이용될 수 있다. 합금(또는 "합금 조성(alloy composition)")은 적어도 2개, 적어도 3개, 적어도 4개, 또는 그보다 많은, 비금속 원소들과 같은 복수의 비금속 원소들을 포함할 수 있다. 비금속 원소는 주기율표의 13-17족에서 발견되는 임의의 원소일 수 있다. 예를 들어, 비금속 원소는 F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, Po, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, Pb, 및 B 중 어느 하나일 수 있다. 가끔, 비금속 원소는 또한 13-17족의 특정 준금속(예를 들어, B, Si, Ge, As, Sb, Te, 및 Po)을 가리킬 수 있다. 일 실시예에서, 비금속 원소들은 B, Si, C, P, 또는 그의 결합들을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 합금은 붕화물, 탄화물, 또는 둘 다를 포함할 수 있다.
전이 금속 원소는 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 하프늄, 탄탈, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 러더퍼듐, 두브늄, 시보르기움, 보륨, 하슘, 마이트너륨, 우눈닐륨(ununnilium), 우눈늄(unununium), 및 우눈븀(ununbium) 중 임의의 것일 수 있다. 일 실시예에서, 전이 금속 원소를 포함하는 BMG는 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, 및 Hg 중 적어도 하나를 가질 수 있다. 응용에 따라, 임의의 적절한 전이 금속 원소들, 또는 그것들의 결합들이 이용될 수 있다. 합금 조성은 적어도 2개, 적어도 3개, 적어도 4개, 또는 그보다 많은, 전이 금속 원소들과 같은 복수의 전이 금속 원소들을 포함할 수 있다.
현재 설명되는 합금 또는 합금 "샘플" 또는 "표본" 합금은 임의의 모양 또는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 합금은 구형, 타원형, 철망형(wire-like), 막대형(rod-like), 시트형, 플레이크형(flake-like), 또는 불규칙한 모양과 같은 모양을 가질 수 있는 입자 모양을 가질 수 있다. 입자는 임의의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 그것은 약 1 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터, 이를테면, 약 5 마이크로미터 내지 약 80 마이크로미터, 약 10 마이크로미터 내지 약 60 마이크로미터, 약 15 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터, 약 15 마이크로미터 내지 약 45 마이크로미터, 약 20 마이크로미터 내지 약 40 마이크로미터, 약 25 마이크로미터 내지 약 35 마이크로미터의 평균 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 입자의 평균 직경은 약 25 마이크로미터 내지 약 44 마이크로미터이다. 일부 실시예들에서, 나노미터 범위의 입자들과 같은 더 작은 입자들, 또는 100 마이크로미터보다 큰 입자들과 같은 더 큰 입자들이 이용될 수 있다.
합금 샘플 또는 표본은 또한 훨씬 더 큰 치수로 될 수 있다. 예를 들어, 그것은 잉곳(ingot), 전자 장치의 하우징/케이스 또는 심지어 밀리미터, 센티미터, 또는 미터 범위의 치수들을 갖는 구조 컴포넌트의 일부분과 같은, 벌크 구조 컴포넌트일 수 있다.
고용체
용어 "고용체"는 고체 형태의 용액을 가리킨다. 용어 "용액"은 고체, 액체, 기체, 또는 이들의 결합일 수 있는 2개 이상의 물질의 혼합물을 가리킨다. 혼합물은 동질적 또는 이질적일 수 있다. 용어 "혼합물"은 서로 결합되고 일반적으로 분리될 수 있는 2개 이상의 물질의 합성물이다. 일반적으로, 2개 이상의 물질은 서로 화학적으로 결합되지 않는다.
합금
일부 실시예에서, 본원에 설명된 합금 조성은 완전히 합금될 수 있다. 일 실시예에서, "합금"은 2개 이상의 금속의 동질적 혼합물 또는 고용체를 가리키며, 하나의 원자들이 다른 것의 원자들 간의 사이 위치들(interstitial positions)을 치환 또는 점유하는데, 예를 들어, 황동은 아연과 구리의 합금이다. 합성물과 달리 합금은 금속 매트릭스 내의 하나 이상의 화합물과 같은, 금속 매트릭스 내의 하나 이상의 원소들의 부분적인 또는 완전한 고용체를 가리킬 수 있다. 용어 합금은 본원에서 2개 이상의 위상을 제공할 수 있는 부분적인 용액과 단일 고체 상태 미세구조를 제공할 수 있는 완전한 고용체 합금 둘 다를 가리킬 수 있다. 본원에 설명된 합금 조성은 합금을 포함하는 것 또는 합금 함유 합성물을 포함하는 것을 가리킬 수 있다.
따라서, 완전 합금된 합금은 동질인 성분 분포를 가질 수 있고, 고용체 위상, 화합물 위상, 또는 둘 다일 수 있다. 본원에서 이용된 용어 "완전 합금"은 허용 오차 내에서 마이너한 변형들을 고려할 수 있다. 예를 들어, 그것은 적어도 90% 합금, 이를테면, 적어도 95% 합금, 적어도 99% 합금, 적어도 99.5% 합금, 적어도 99.9% 합금을 가리킬 수 있다. 본원에서 퍼센티지는 문맥에 따라, 부피 백분율 또는 중량 백분율을 가리킬 수 있다. 이 퍼센티지들은, 합금의 일부가 아닌 조성 또는 위상들에 관한 것일 수 있는, 불순물들에 의해 균형이 잡힐 수 있다.
비결정질 또는 비-결정 고체
"비결정질" 또는 "비-결정 고체"는 결정의 특성인 격자 주기성이 없는 고체이다. 본원에서 이용되는 바와 같이, "비결정질 고체"는 유리 전이를 통해 가열시에 물러져서 액체형 상태로 변환하는 비결정질 고체인 "유리"를 포함한다. 일반적으로, 비결정질 재료들은 결정의 장거리 질서(long-range order) 특성이 없지만, 그것들은 화학적 본딩의 성질로 인해 원자 길이 스케일에서 일부 단거리 질서(short-range order)를 소유할 수 있다. 비결정질 고체들과 결정질 고체들 사이의 차이는 x-레이 회절 및 투과 전자 현미경과 같은 구조적 특징화 기술들에 의해 결정되는 바와 같은 격자 주기성에 기초하여 형성될 수 있다.
용어들 "질서(order)" 및 "무질서(disorder)"는 다입자계에서 일부 대칭 또는 상관의 존재 또는 부재를 지정한다. 용어들 "장거리 질서" 및 "단거리 질서"는 길이 스케일에 기초하여 재료들 내의 질서를 구별한다.
고체 내의 가장 엄격한 형태의 질서는 격자 주기성이고; 공간의 병진 불변 타일링(a translationally invariant tiling of space)을 형성하기 위해 특정 패턴(단위 셀 내의 원자들의 배열)이 재차 반복된다. 이것은 결정의 정의적 특성이다. 가능한 대칭성은 14 브라베이 격자들 및 230 공간 그룹들로 분류되었다.
격자 주기성은 장거리 질서를 암시한다. 하나의 단위 셀만이 알려진 경우, 병진 대칭에 의해서, 임의의 거리에서 모든 원자 위치를 정확하게 예측하는 것이 가능하다. 예를 들어, 완전 결정적 타일링들(perfectly deterministic tilings)을 갖지만 격자 주기성을 갖지 않는 준-결정(quasi-crystal)을 제외하고, 그 반대는 일반적으로 참이다.
장거리 질서는 동일한 샘플의 동떨어진 부분들이 상관된 거동을 나타내는 물리적 시스템들을 특징으로 한다. 이것은 상관 함수, 즉, 스핀-스핀 상관 함수(spin-spin correlation function)
Figure pat00001
로서 표현될 수 있다.
위의 함수에서, s는 스핀 양자수이고, x는 특정 시스템 내의 거리 함수이다. 이 함수는 x = x'일 때 1과 같고, 거리 |x - x'|가 증가함에 따라 감소한다. 통상적으로, 그것은 큰 거리에서 제로로 기하급수적으로 감쇠하고, 시스템은 무질서한 것으로 고려된다. 그러나, 상관 함수가 큰 |x - x'|에서 상수로 감쇠하면, 시스템은 장거리 질서를 갖는다고 말할 수 있다. 그것이 거리의 제곱으로서 제로로 감쇠하면, 그것을 준-장거리 질서라고 할 수 있다. 큰 값의 |x - x'|을 이루는 것은 상대적이라는 것에 주목한다.
시스템은 그의 거동을 정의하는 일부 파라미터들이 시간에 따라 진전하지 않는 랜덤 변수들일 때(즉, 그것들이 퀀치 또는 동결될 때) 퀀치 무질서(quenched disorder)를 제공한다고 말할 수 있다 - 예를 들어, 스핀 유리들. 그것은 랜덤 변수들이 그 자체를 진전시키도록 허용되는 어닐링된 무질서와 반대이다. 본원에서 실시예들은 퀀치 무질서를 포함하는 시스템들을 포함한다.
본원에 설명된 합금은 결정질, 부분적으로 결정질, 비결정질, 또는 실질적으로 비결정질일 수 있다. 예를 들어, 합금 샘플/표본은 적어도 일부 결정도를 포함할 수 있고, 입자들/결정들은 나노미터 및/또는 마이크로미터 범위의 크기를 가진다. 대안적으로, 합금은 완전 비결정질과 같은 실질적으로 비결정질일 수 있다. 일 실시예에서, 합금 조성은 적어도 실질적으로 비결정질이 아니고, 이를테면, 실질적으로 결정질, 이를테면, 완전 결정질이다.
일 실시예에서, 달리 비결정질 합금 내의 결정 또는 복수의 결정들의 존재는 그 안에서 "결정질 위상"으로서 해석될 수 있다. 합금의 결정화도(또는 일부 실시예에서 요약해서 "결정도")는 합금에 존재하는 결정질 위상의 양을 가리킬 수 있다. 그 정도는 예를 들어, 합금에 존재하는 결정들의 분율(fraction)을 가리킬 수 있다. 분율은 문맥에 따라 부피 분율(volume fraction) 또는 중량 분율(weight fraction)을 가리킬 수 있다. 비결정질 합금이 얼마나 "비결정질"인지의 측정은 비결정도(amorphicity)일 수 있다. 비결정도는 결정화도에 관하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 낮은 결정화도를 갖는 합금은 높은 비결정화도를 갖는다고 말할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 60 vol% 결정질 위상을 갖는 합금은 40 vol% 비결정질 위상을 가질 수 있다.
비결정질 합금 또는 비결정질 금속
"비결정질 합금"은 비결정질 함량의 부피가 50%보다 많은, 바람직하게는 비결정질 함량의 부피가 90%보다 많은, 더욱 바람직하게는 비결정질 함량의 부피가 95%보다 많은, 및 가장 바람직하게는 비결정질 함량의 부피가 99%보다 많고 거의 100%인 합금이다. 전술한 바와 같이, 비결정도가 높은 합금은 낮은 결정화도와 등가임에 주목한다. "비결정질 금속"은 무질서 원자-스케일 구조를 갖는 비결정질 금속 재료이다. 결정질이고 따라서 높은 질서 배열의 원자들을 갖는 대부분의 금속과 달리, 비결정질 합금들은 결정질이 아니다. 그러한 무질서 구조가 냉각 중에 액체 상태에서 바로 생기는 재료들을 때때로 "유리"라고 한다. 따라서, 비결정질 금속들은 보통 "금속 유리" 또는 "유리 금속"이라고 한다. 일 실시예에서, 벌크 금속 유리("BMG")는 미세구조가 적어도 부분적으로 비결정질인 합금을 가리킬 수 있다. 그러나, 물리 기상 증착, 고상 반응, 이온 조사, 용융 스피닝(melt spinning), 및 기계적 합금을 포함하여, 비결정질 금속들을 생산하기 위한 급속 냉각 이외의 몇몇 방법들이 존재한다. 비결정질 합금들은 그것들이 어떻게 준비되는지에 상관없이, 단일 종류의 재료들일 수 있다.
비결정질 금속들은 다양한 급속 냉각 방법들을 통해 생산될 수 있다. 예를 들어, 비결정질 금속들은 용해된 금속을 스피닝 금속 디스크(spinning metal disk)에 스퍼터링함으로써 생산될 수 있다. 초당 백만 도 정도의 급속 냉각은 결정들이 형성하는 데 너무 빠를 수 있고, 재료는 그에 따라 유리 상태에 "로킹(locked in)"된다. 또한, 비결정질 금속들/합금들은 두꺼운 층들 - 예를 들어, 벌크 금속 유리들에 비결정질 구조들의 형성을 허용하는 데 충분히 낮은 임계 냉각 속도로 생산될 수 있다.
용어들 "벌크 금속 유리"("BMG"), 벌크 비결정질 합금("BAA"), 및 벌크 응고 비결정질 합금은 본원에서 상호 교환적으로 이용된다. 그것들은 적어도 밀리미터 범위의 최소 치수를 갖는 비결정질 합금들을 가리킨다. 예를 들어, 치수는 적어도 약 0.5 mm, 이를테면, 적어도 약 1 mm, 적어도 약 2 mm, 적어도 약 4 mm, 적어도 약 5 mm, 적어도 약 6 mm, 적어도 약 8 mm, 적어도 약 10 mm, 적어도 약 12 mm일 수 있다. 기하학적 구조에 따라, 치수는 직경, 반경, 두께, 폭, 길이 등을 가리킬 수 있다. BMG는 또한 센티미터 범위, 이를테면, 적어도 약 1.0 cm, 적어도 약 2.0 cm, 적어도 약 5.0 cm, 적어도 약 10.0 cm의 적어도 하나의 치수를 갖는 금속 유리일 수 있다. 일부 실시예들에서, BMG는 적어도 미터 범위의 적어도 하나의 치수를 가질 수 있다. BMG는 금속 유리와 관련되는 바와 같이, 전술한 모양들 또는 형태들 중 임의의 것을 취할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서 본원에 설명된 BMG는 하나의 중요한 양태에서 종래의 퇴적 기법에 의해 만들어진 박막과 상이할 수 있다 - 전자는 후자보다 훨씬 더 큰 치수로 될 수 있다.
비결정질 금속들은 순수 금속보다는 합금일 수 있다. 합금들은 상당히 상이한 크기의 원자들을 포함할 수 있어서, 용해된 상태에서 낮은 자유 부피(free volume)로 이어진다(및 따라서 다른 금속들 및 합금들보다 높은 자릿수로 점도를 갖는다). 점도는 질서 격자를 형성하기에 충분히 원자들이 이동하는 것을 방지한다. 재료 구조는 냉각 중에 낮은 수축을 야기하고 소성 변형에 저항할 수 있다. 일부 경우들에서 결정질 재료들의 약점인, 결정 입계의 부재는 예를 들어, 마모 및 부식에 더 잘 견디게 한다. 일 실시예에서, 비결정질 금속들은, 기술적으로는 유리이지만, 또한 산화물 유리들 및 세라믹들보다 훨씬 더 강하고 덜 깨지기 쉬울 수 있다.
비결정질 재료들의 열전도율은 그것들의 결정질 재료들보다 더 낮을 수 있다. 더 느린 냉각 중에도 비결정질 구조의 형성을 실현하기 위하여, 합금은 3개 이상의 컴포넌트로 만들어질 수 있어서, 더 높은 전위 에너지 및 더 낮은 형성 확률을 갖는 복잡한 결정 유닛들을 야기한다. 비결정질 합금의 형성은 몇몇 인자들에 의존할 수 있다: 합금의 컴포넌트들의 조성; 컴포넌트들의 원자 반경(바람직하게는 높은 패킹 밀도 및 낮은 자유 부피를 실현하기 위해 12%가 넘는 상당한 차이를 가짐); 및 컴포넌트들의 결합을 혼합하고, 결정핵생성을 금지하고, 용해된 금속이 과냉각 상태에 머무는 시간을 연장하는 네거티브 열(negative heat). 그러나, 비결정질 합금의 형성은 많은 상이한 변수에 기초하기 때문에, 합금 조성이 비결정질 합금을 형성할 것인지에 대한 사전 결정을 행하는 것이 어려울 수 있다.
예를 들어, 붕소, 규소, 인, 및 자기 금속들(철, 코발트, 니켈)을 갖는 다른 유리 형성자들의 비결정질 합금들은 낮은 보자력(coercivity) 및 높은 전기 저항을 갖는 자성체일 수 있다. 높은 저항은 예를 들어, 변환기 자기 코어들(transformer magnetic cores)로서 유용한 특성인, 교류 자기장을 받을 때 와전류에 의한 낮은 손실로 이어진다.
비결정질 합금들은 다양한 잠재적으로 유용한 특성을 가질 수 있다. 특히, 그것들은 유사한 화학 조성의 결정질 합금들보다 더 강한 경향이 있고, 그것들은 결정질 합금들보다 더 큰 가역("탄성") 변형을 지속할 수 있다. 비결정질 금속들은 결정질 합금들의 강도를 제한하는 결함들(이를테면, 전위들)을 아무것도 갖지 않을 수 있는, 비-결정질 구조로부터 바로 그것들의 강도를 도출한다. 예를 들어, Vitreloy™으로 알려진 하나의 현대 비결정질 금속은 고급 티타늄의 거의 2배인 인장 강도를 갖는다. 일부 실시예에서, 실온에서 금속 유리들은 연성이 아니고, 인장시 로드될 때 갑자기 고장이 나는 경향이 있고, 이것은 임박한 고장이 분명하지 않을 때, 신뢰성이 중요한 애플리케이션들에서 재료 적용성을 제한한다. 따라서, 이러한 과제를 극복하기 위하여, 연성 결정질 금속의 수지상(dendritic) 입자들 또는 섬유들을 함유하는 금속 유리 매트릭스를 갖는 금속 매트릭스 합성물이 이용될 수 있다. 대안적으로, 심각화를 야기하는 경향이 있는 원소(들)(예를 들어, Ni)의 낮은 BMG가 이용될 수 있다. 예를 들어, Ni 프리 BMG를 이용하여 BMG의 연성을 향상시킬 수 있다.
벌크 비결정질 합금들의 다른 유용한 특성은 그것들이 트루 유리들(true glasses)일 수 있다는 것이고, 다시 말해, 그것들은 가열시 부드러워지고 흐를 수 있다. 이것은, 폴리머들과 대체로 똑같이, 예를 들어, 사출 성형에 의해, 용이한 프로세싱을 허용할 수 있다. 결과로서, 비결정질 합금들은 스포츠 용품, 의료 장치, 전자 컴포넌트들 및 설비, 및 박막을 형성하는 데 이용될 수 있다. 비결정질 금속들의 박막들은 고속 산소 연료 기술을 통해 보호 코팅으로서 퇴적될 수 있다.
금속은 비결정질 위상, 결정질 위상, 또는 둘 다를 가질 수 있다. 비결정질 및 결정질 위상들은 동일한 화학 조성을 가질 수 있고 미세구조에서만 상이할 수 있다 - 즉, 하나의 비결정질 및 다른 결정질. 일 실시예에서 미세구조는 25X 배율 이상에서 현미경으로 보이는 바와 같은 재료의 구조를 가리킨다. 대안적으로, 2개의 위상은 상이한 화학 조성 및 미세구조들을 가질 수 있다. 예를 들어, 조성은 부분적으로 비결정질, 실질적으로 비결정질, 또는 완전히 비결정질일 수 있다.
전술한 바와 같이, 비결정화도(및 반대로 결정화도)는 합금에 존재하는 결정들의 분율에 의해 측정될 수 있다. 그 정도는 합금에 존재하는 결정질 위상의 부피 분율 또는 중량 분율을 가리킬 수 있다. 부분적으로 비결정질 조성은 비결정질 위상으로 된 부분이 적어도 약 5 vol%의 조성, 이를테면, 적어도 약 10 vol%, 적어도 약 20 vol%, 적어도 약 40 vol%, 적어도 약 60 vol%, 적어도 약 80 vol%, 적어도 약 90 vol%의 조성을 가리킬 수 있다. 용어 "실질적으로" 및 "약"은 본 출원의 다른 곳에서 정의되었다. 따라서, 적어도 실질적으로 비결정질인 조성은 적어도 약 90 vol%, 이를테면, 적어도 약 95 vol%, 적어도 약 98 vol%, 적어도 약 99 vol%, 적어도 약 99.5 vol%, 적어도 약 99.8 vol%, 적어도 약 99.9 vol%가 비결정질인 것 중 하나를 가리킬 수 있다. 일 실시예에서, 실질적으로 비결정질 조성은 그 안에 존재하는 일부 부수적인 사소한 양의 결정질 위상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 비결정질 합금 조성은 비결정질 위상에 대하여 동질적일 수 있다. 조성이 균일한 물질이 동질적이다. 이것은 이질적인 물질과 대조적이다. 용어 "조성"은 물질 내의 화학 조성 및/또는 미세구조를 가리킨다. 물질의 부피가 반으로 분할되고 두 절반이 실질적으로 동일한 조성을 가질 때 물질이 동질적이다. 예를 들어, 미립자 서스펜션(particulate suspension)의 부피가 반으로 분할되고 두 절반이 실질적으로 동일한 부피의 입자들을 가질 때 미립자 서스펜션이 동질적이다. 그러나, 현미경에서 개별 입자들을 보는 것이 가능할 수 있다. 동질적 물질의 다른 예는, 공기 내의 입자들, 기체들 및 액체들이 공기와 분리되거나 개별적으로 분석될 수 있지만, 그 안의 상이한 성분들이 동등하게 떠 있는 공기이다.
비결정질 합금에 대하여 동질적인 조성은 그의 미세구조에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 분포된 비결정질 위상을 갖는 것을 가리킬 수 있다. 다시 말해, 조성은 거시적으로 조성에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 분포된 비결정질 합금을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 조성은 그 안에 비-비결정질 위상(non-amorphous phase)을 갖는 비결정질 위상을 갖는, 합성물로 될 수 있다. 비-비결정질 위상은 결정 또는 복수의 결정들일 수 있다. 결정들은 구형, 타원형, 철망형, 막대형, 시트형, 플레이크형, 또는 불규칙한 모양과 같은 임의의 모양의 미립자 형태로 될 수 있다. 일 실시예에서, 그것은 수지상 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 적어도 부분적으로 비결정질 합성물 조성은 비결정질 위상 매트릭스에 분산된 수상 돌기(dendrites) 모양의 결정질 위상을 가질 수 있고; 분산은 균일하거나 불균일할 수 있고, 비결정질 위상 및 결정질 위상은 동일하거나 상이한 화학 조성을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 그것들은 실질적으로 동일한 화학 조성을 갖는다. 다른 실시예에서, 결정질 위상은 BMG 위상보다 더욱 연성일 수 있다.
본원에 설명된 방법들은 임의의 타입의 비결정질 합금에 적용가능할 수 있다. 유사하게, 조성 또는 물품의 구성성분으로서 본원에 설명된 비결정질 합금은 임의의 타입으로 될 수 있다. 비결정질 합금은 원소 Zr, Hf, Ti, Cu, Ni, Pt, Pd, Fe, Mg, Au, La, Ag, Al, Mo, Nb, Be, 또는 그의 결합들을 포함할 수 있다. 즉, 합금은 그의 화학식 또는 화학 조성에서 이들 원소들의 임의의 결합을 포함할 수 있다. 원소들은 상이한 중량 또는 부피 퍼센트에서 존재할 수 있다. 예를 들어, 철 "기반" 합금은 그 안에 존재하는 철의 비-사소한 중량 퍼센트를 갖는 합금을 가리킬 수 있고, 예를 들어, 중량 퍼센트는 적어도 약 20 wt%, 예를 들어, 적어도 약 40 wt%, 적어도 약 50 wt%, 적어도 약 60 wt%, 적어도 약 80 wt%일 수 있다. 대안적으로, 일 실시예에서, 전술한 퍼센트들은 중량 퍼센트 대신에, 부피 퍼센트일 수 있다. 따라서, 비결정질 합금은 지르코늄 기반, 티타늄 기반, 백금 기반, 팔라듐 기반, 금 기반, 은 기반, 구리 기반, 철 기반, 니켈 기반, 알루미늄 기반, 몰리브덴 기반 등일 수 있다. 합금은 또한 특정 목적에 맞도록 전술한 원소들 중 임의의 것이 없을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 합금, 또는 합금을 포함하는 조성은 니켈, 알루미늄, 티타늄, 베릴륨, 또는 그의 결합들이 실질적으로 없을 수 있다. 일 실시예에서, 합금 또는 합성물은 니켈, 알루미늄, 티타늄, 베릴륨, 또는 그의 결합들이 완전히 없을 수 있다.
예를 들어, 비결정질 합금은 화학식 (Zr, Ti)a(Ni, Cu, Fe)b(Be, Al, Si, B)c을 가질 수 있고, 여기서, a, b, 및 c는 각각 중량 또는 원자 퍼센트를 나타낸다. 일 실시예에서, 원자 퍼센트에 있어서, a는 30 내지 75의 범위에 있고, b는 5 내지 60의 범위에 있고, c는 0 내지 50의 범위에 있다. 대안적으로, 비결정질 합금은 화학식 (Zr, Ti)a(Ni, Cu)b(Be)c을 가질 수 있고, 여기서, a, b, 및 c는 각각 중량 또는 원자 퍼센트를 나타낸다. 일 실시예에서, 원자 퍼센트에 있어서, a는 40 내지 75의 범위에 있고, b는 5 내지 50의 범위에 있고, c는 5 내지 50의 범위에 있다. 합금은 또한 화학식 (Zr, Ti)a(Ni, Cu)b(Be)c을 가질 수 있고, 여기서, a, b, 및 c는 각각 중량 또는 원자 퍼센트를 나타낸다. 일 실시예에서, 원자 퍼센트에 있어서, a는 45 내지 65의 범위에 있고, b는 7.5 내지 35의 범위에 있고, c는 10 내지 37.5의 범위에 있다. 대안적으로, 합금은 화학식 (Zr)a(Nb, Ti)b(Ni, Cu)c(Al)d을 가질 수 있고, 여기서, a, b, c 및 d는 각각 중량 또는 원자 퍼센트를 나타낸다. 일 실시예에서, 원자 퍼센트에 있어서, a는 45 내지 65의 범위에 있고, b는 0 내지 10의 범위에 있고, c는 20 내지 40의 범위에 있고, d는 7.5 내지 15의 범위에 있다. 전술한 합금 시스템의 하나의 예시적인 실시예는, 미국 캘리포니아주의 Liquidmetal Technologies에 의해 제조되는 바와 같은, Vitreloy-1 및 Vitreloy-101과 같은, 상표명 Vitreloy™의 Zr-Ti-Ni-Cu-Be 기반 비결정질 합금이다. 상이한 시스템들의 비결정질 합금들의 일부 예들이 표 1 및 표 2에 제공된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
다른 예시적인 철 금속 기반 합금들은 미국 특허 공개 출원 번호 2007/0079907 및 2008/0305387에 개시된 것들과 같은 조성들을 포함한다. 이 조성들은 Fe(Mn, Co, Ni, Cu) (C, Si, B, P, Al) 시스템을 포함하고, 예시적인 조성 Fe48Cr15Mo14Y2C15B6뿐만 아니라, Fe 함량은 60 내지 75 원자 퍼센트이고, 전체 (Mn, Co, Ni, Cu)는 5 내지 25 원자 퍼센트의 범위에 있고, 전체 (C, Si, B, P, Al)는 8 내지 20 원자 퍼센트의 범위에 있다. 그것들은 또한 Fe-Cr-Mo-(Y,Ln)-C-B, Co-Cr-Mo-Ln-C-B, Fe-Mn-Cr-Mo-(Y,Ln)-C-B, (Fe, Cr, Co)-(Mo,Mn)-(C,B)-Y, Fe-(Co,Ni)-(Zr,Nb,Ta)-(Mo,W)-B, Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge), Fe-(Co, Cr,Mo,Ga,Sb)-P-B-C, (Fe, Co)-B-Si-Nb 합금들, 및 Fe-(Cr-Mo)-(C,B)-Tm에 의해 설명된 합금 시스템들을 포함하고, Ln은 란탄 계열 원소를 나타내고, Tm은 전이 금속 원소를 나타낸다. 또한, 비결정질 합금은 또한 미국 특허 공개 출원 번호 2010/0300148에 설명된, 예시적인 조성들 Fe80P12.5C5B2.5, Fe80P11C5B2.5Si1.5, Fe74.5Mo5.5P12.5C5B2.5, Fe74.5Mo5.5P11C5B2.5Si1.5, Fe70Mo5Ni5P12.5C5B2.5, Fe70Mo5Ni5P11C5B2.5Si1.5, Fe68Mo5Ni5Cr2P12.5C5B2.5, 및 Fe68Mo5Ni5Cr2P11C5B2.5Si1.5 중 하나일 수 있다.
비결정질 합금들은 또한 (Fe, Ni, Co) 기반 합금들과 같은 철 합금들일 수 있다. 그러한 조성들의 예들은 미국 특허 번호 6,325,868; 5,288,344; 5,368,659; 5,618,359; 및 5,735,975, Inoue et al., Appl. Phys. Lett., Volume 71, p 464 (1997), Shen et al., Mater. Trans., JIM, Volume 42, p 2136 (2001)와, 일본 특허 출원 번호 200126277 (Pub. No. 2001303218 A)에 개시된다. 하나의 예시적인 조성은 Fe72Al5Ga2PllC6B4이다. 다른 예는 Fe72Al7Zrl 0Mo5W2B15이다. 본원에서 코팅에 이용될 수 있는 다른 철 기반 합금 시스템이 미국 특허 공개 출원 번호 2010/0084052에 개시되고, 여기서 비결정질 금속은 예를 들어, 괄호에 주어진 조성의 범위에서 망간(1 내지 3 원자%), 이트륨(0.1 내지 10 원자%), 및 규소(0.3 내지 3.1 원자%)를 포함하고; 괄호에 주어진 조성의 특정 범위에서 다음의 원소들을 포함한다: 크롬(15 내지 20 원자%), 몰리브덴(2 내지 15 원자%), 텅스텐(1 내지 3 원자%), 붕소(5 내지 16 원자%), 탄소(3 내지 16 원자%), 및 밸런스 철(balance iron).
비결정질 합금은 또한 미국 특허 공개 출원 번호 2008/0135136, 2009/0162629, 및 2010/0230012에 의해 설명된 Pt- 또는 Pd-기반 합금들 중 하나일 수 있다. 예시적인 조성들은 Pd44.48Cu32.35Co4.05P19.11, Pd77.5Ag6Si9P7.5, 및 Pt74.7Cu1.5Ag0.3P18B4Si1.5를 포함한다.
전술한 비결정질 합금 시스템들은 Nb, Cr, V, 및 Co를 포함한, 부가적인 전이 금속 원소들과 같은, 부가적인 원소들을 더 포함할 수 있다. 부가적인 원소들은 약 30 wt% 이하, 예를 들어, 약 20 wt% 이하, 약 10 wt% 이하, 약 5 wt% 이하로 존재할 수 있다. 일 실시예에서, 탄화물을 형성하고 마모 및 부식 저항성을 향상시키기 위한 부가적인, 옵션의 원소는 코발트, 망간, 지르코늄, 탄탈, 니오븀, 텅스텐, 이트륨, 티타늄, 바나듐 및 하프늄 중 적어도 하나이다. 추가의 옵션 원소들은 용해점을 줄이기 위하여, 총계 약 2%까지, 및 바람직하게는 1% 미만으로, 인, 게르마늄 및 비소를 포함할 수 있다. 달리 부수적인 불순물들은 약 2% 및 바람직하게는 0.5% 미만이어야 한다.
일부 실시예들에서, 비결정질 합금을 갖는 조성은 소량의 불순물을 포함할 수 있다. 불순물 원소들은 기계적 특성(예를 들어, 경도, 강도, 파괴 기구 등)의 향상 및/또는 내부식성의 향상과 같은, 조성의 특성을 수정하기 위해 의도적으로 부가될 수 있다. 대안적으로, 불순물들은 처리 및 제조의 부산물로서 얻어진 것들과 같은, 불가피한 부수적인 불순물들로서 존재할 수 있다. 불순물들은 약 10 wt%, 예를 들어, 약 5 wt%, 약 2 wt%, 약 1 wt%, 약 0.5 wt%, 약 0.1 wt% 이하일 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 퍼센트들은 중량 퍼센트 대신에 부피 퍼센트일 수 있다. 일 실시예에서, 합금 샘플/조성은 본질적으로 (소량의 부수적인 불순물들만을 갖는) 비결정질 합금으로 이루어진다. 다른 실시예에서, 조성은 (관찰할 수 있는 흔적의 불순물들이 없는) 비결정질 합금을 포함한다.
일 실시예에서, 최종 부품들은 벌크 응고 비결정질 합금들의 임계 주조 두께(critical casting thickness)를 초과하였다.
본원의 실시예들에서, 벌크 응고 비결정질 합금이 고점도 액체로서 존재할 수 있는 과냉각 액체 영역의 존재는 초소성 형성을 허용한다. 큰 소성 변형이 얻어질 수 있다. 과냉각 액체 영역에서 큰 소성 변형을 거치는 능력은 형성 및/또는 절단 프로세스를 위해 이용된다. 고체와 달리, 액체 벌크 응고 합금은 국부적으로 변형시키고, 이것은 절단 및 형성을 위해 요구된 에너지를 대폭적으로 낮춘다. 절단 및 형성의 용이성은 합금, 주형, 및 절단 툴의 온도에 의존한다. 온도가 높을수록, 점도가 낮아지고, 따라서 절단 및 형성이 쉬워진다.
본원의 실시예들은 예를 들어, Tg와 Tx 사이에 실행된 비결정질 합금들을 이용한 열가소성-형성 프로세스(thermoplastic-forming process)를 활용할 수 있다. 여기서, Tx 및 Tg는 결정화 온도의 개시 및 유리 전이 온도의 개시로서 통상적인 가열 속도(예를 들어, 20 ℃/min)에서의 표준 DSC 측정들로부터 결정된다.
비결정질 합금 컴포넌트들은 임계 주조 두께를 가질 수 있고, 최종적인 부품은 임계 주조 두께보다 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 또한, 가열 및 성형 동작의 시간 및 온도는, 비결정질 합금의 탄성 변형 한계가 실질적으로 1.0% 미만이 아니도록, 및 바람직하게는 1.5% 미만이 아니도록 보존될 수 있도록 선택된다. 본원의 실시예들의 문맥에서, 유리 전이 부근의 온도들은 형성 온도들이 유리 전이 아래, 유리 전이에 또는 그 근처에, 및 유리 전이 온도 위에, 그러나 바람직하게는 결정화 온도 Tx 아래의 온도에 있을 수 있다. 냉각 단계는 가열 단계에서의 가열 속도와 유사한 속도로 실행되고, 바람직하게는 가열 단계에서의 가열 속도보다 더 큰 속도로 실행된다. 냉각 단계는 또한 형성 및 성형 부하들이 여전히 유지되면서 바람직하게 실현된다.
전자 장치들
본원의 실시예들은 BMG를 이용하는 전자 장치들의 제조에서 가치가 있을 수 있다. 전자 장치는 본원에서 이 기술분야에 알려진 임의의 전자 장치를 가리킬 수 있다. 예를 들어, 그것은 휴대 전화, 및 일반 전화와 같은 전화기, 또는 예를 들어, iPhone™을 포함한 스마트폰, 및 전자 이메일 송신/수신 장치와 같은 임의의 통신 장치일 수 있다. 그것은 디지털 디스플레이, TV 모니터, 전자 책 판독기, 휴대용 웹 브라우저(예를 들어, iPad™), 및 컴퓨터 모니터와 같은 디스플레이의 일부일 수 있다. 그것은 또한 휴대용 DVD 플레이어, DVD 플레이어, 블루레이 디스크 플레이어, 비디오 게임 콘솔, 휴대용 음악 플레이어(예를 들어, iPod™)와 같은 음악 플레이어 등을 포함한 엔터테인먼트 장치일 수 있다. 그것은 또한 이미지들, 비디오들, 사운드들(예를 들어, Apple TV™)의 스트리밍을 제어하는 것과 같은, 제어를 제공하는 장치의 일부일 수 있거나, 또는 그것은 전자 장치를 위한 원격 제어기일 수 있다. 그것은 하드 드라이버 타워 하우징 또는 케이스, 랩톱 하우징, 랩톱 키보드, 랩톱 트랙 패드, 데스크톱 키보드, 마우스, 및 스피커와 같은 컴퓨터 또는 그의 부속품들의 일부일 수 있다. 물품은 또한 시계 또는 벽 시계와 같은 장치에도 적용될 수 있다.
용기 내에 재료들(예를 들어, 금속들 또는 금속 합금들)을 용해하기 위한 본원의 실시예들에 따른 제안된 해결책은 용해 존 내에 용해물 또는 용해된 재료를 격납하는 것이다.
실시예들은 인라인 용해 장치에서 용해된 공급 원료의 위치 및 모양을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 주요 나선형 용해 코일(helical melt coil)보다 낮은 주파수에서 동작하고, 용해 코일의 끝 근처에 배치된 코일을 이용하여 후자 내에 포함된 용해된 합금에 힘을 가한다. "격납(containment)" 코일에 의해 발생된 라플라스 힘(Laplace force)이 합금의 유도 가열을 실질적으로 줄이지 않고 (합금을 밀어내는 경향이 있는) 용해 코일에 의해 발생된 것에 대해 작용한다. 이것은 합금이 용해되어서 후속 형성을 위한 저온실 다이 캐스터(cold chamber die caster)와 같은 다른 시스템 내로 제어가능하게 도입될 수 있게 한다. 장치 및 방법의 이점들은 합금이 합금을 포함하기 위해 물리적 차단물을 이용하지 않고 전자기적으로 포함될 수 있게 하는 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 장치의 다양한 실시예를 도시한다. 장치는 거기에 용해하기 위한 도 2a 내지 도 2d에 도시된 잉곳과 같은 재료를 수취하도록 구성된 용기를 포함할 수 있다. 그 안에 재료를 용해하도록 구성된 제1 유도 코일; 및 제1 유도 코일과 인라인으로 배치된 제2 유도 코일이 실시예들에 도시되고, 여기서 제2 유도 코일 또는 제1 유도 코일과 제2 유도 코일의 결합은 용기 내의 수평 방향으로 용해된 재료의 이동을 포함하기 위한 게이트 또는 밸브로서 기능하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제1 유도 코일은 부하 또는 가열 코일이고, 제2 유도 코일은 격납 코일(containing coil)이다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 제1 유도 코일은 격납 코일이고, 제2 유도 코일은 가열 코일이다. 가열 유도 코일은 용해 가능한 재료(예를 들어, 잉곳의 형태)에 대한 열 에너지 발생을 최대화하기 위해 주파수를 조정하는 데 이용될 수 있다. 격납 유도 코일은 용해물에 인가되는 힘을 최대화하기 위해 주파수를 조정하는 데 이용될 수 있다.
오직 설명의 목적을 위해, 도 2a 내지 도 2d는 수평 방향으로, 용기의 밖으로, 좌에서 우로, 주형 내로 용해된 재료의 주입을 참조한다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 이들 예시적인 실시예에서, 제1 유도 코일은 가열 코일이고, 제2 유도 코일은 격납 코일이다. 그러나, 이동 방향 및 가열/격납 코일 할당들은 제한을 의미하지 않는다.
이들 실시예들 중 임의의 것에서, 용해를 위한 재료는 BMG 공급 원료를 포함할 수 있고, 장치는 BMG 부품 내로 재료를 몰딩하도록 구성된다.
2개의 예시적인 실시예에서, 제1 유도 코일 및 제2 유도 코일은 단일 유도 코일의 부분(도 2b에 도시됨)이거나 2개의 별개의 유도 코일들(도 2a에 도시됨)이다. 코일들은 RF 전력을 통해 용해물을 제어하는 데 이용된다. 예를 들어, 제2 코일(예를 들어, 격납 코일)은 좌측에 제공될 수 있고, 제1 코일(예를 들어, 가열 코일)은 우측에 제공될 수 있다. 그것들은 접속되어서 동일한 주파수로 동작하도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 2b는 가열 및 격납 기능들을 둘 다 수행하는 코일 구성을 도시한다. 동작시, 용해 온도 및 교반(stirring)은 제1 및 제2 코일들 사이의 영역에서 비교적 균일하게 유지한다.
제1 및 제2 유도 코일들의 주파수들은 상이할 수 있다. 두 기능, 즉, 가열 및 격납을 수행하기 위해 단일 코일을 이용하는 경우, 오직 하나의 주파수가 동작할 수 있다. 이것은 재료를 가열하기 위한 주파수와 용해물에 인가된 힘을 최적화하기 위한 주파수 사이의 절충인 선택된 주파수를 야기한다. 실시예에 따르면, 제1 유도 코일 및 제2 유도 코일은 제1 유도 코일 및 제2 유도 코일을 독립적으로 제어하도록 구성된 전기 탭(도 2c에 도시됨)을 그 안에 갖는 단일 유도 코일의 부분이다. 전기 탭은 어느 하나 또는 둘 다의 코일들의 독립적인 제어를 허용함으로써, 자기장이 빠르게 변화할 수 있다. 제1 및 제2 유도 코일이 단일 코일의 부분인 실시예에서, 전기 탭은 단일 코일의 적어도 한 부분 또는 한 측의 제어를 허용할 수 있다.
옵션으로, 제1 유도 코일 및 제2 유도 코일 중 하나 또는 둘 다는 도 2a 내지 도 2d의 테이퍼 모양 또는 원통 모양을 포함할 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이 또는 그와 반대로 제2 유도 코일은 제1 유도 코일을 감쌀 수 있다. 도 2d는 제1(예를 들어, 가열) 및 제2(예를 들어, 격납) 유도 코일들을 분리하는, 실시예에 따른, 일 예를 도시하고, 제2 코일은 전술한 유사한 원리들을 이용한다. 제1 및 제2 유도 코일들은 상이한 주파수들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 유도 코일은 일반적으로 제1 유도 코일보다 낮은 RF 주파수를 가질 수 있다.
또한, 용해 가능한 재료의 용해 중에, 시스템의 플런저(예를 들어, 시스템(300)의 플런저 로드(330))가 용기 내에 용해 가능한 재료를 격납하는 데에 도움을 주도록 구성될 수 있는 것도 생각된다. 예를 들어, 플런저가 주형 내로 재료를 주입하기 위해 우측에서 좌측으로 수평 방향으로 이동하도록 구성되는 실시예(이에 따라 용기로부터 용해된 재료를 배출함)에서, 플런저는 용해된 재료를 잘못된 측으로부터 배출되는 것을 막기 위하여 (제1 유도 코일에 인접한) 우측으로부터 용해물을 격납하도록 배치될 수 있다. 코일 구성은 주형으로 이어지는 반대측(좌측)에 용해물을 격납하도록 설계될 수 있다. 실시예에서, 플런저는 도 2A, 2B, 2C, 또는 2D에 도시된 코일 구성들 중 임의의 것으로 및/또는 그 이외의 것으로 이용될 수 있다.
실시예에서, 용해 가능한 재료는 실질적으로 U자형 채널을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있는, 수냉각 보트(water-cooled boat), 용기, 또는 컨테이너에 의해 그것의 바닥에 격납된다.
용기(도 2a 내지 2d에 도시되지 않지만, 그 대신 용기 내의 잉곳이 도시됨)는, 용기 내의 재료의 이동이 용기의 배출 경로를 따라 수평 방향으로 되도록, 제1 유도 코일 또는 제2 유도 코일의 수평축을 따라 배치될 수 있다. 제2 유도 코일은 예를 들어, 도 2b에 도시된 용기의 배출단 근처에 배치될 수 있다.
장치는 용기의 배출단 또는 요기의 배출단의 반대측에 배치된 부가적인 유도 코일을 더 포함할 수 있다. 부가적인 유도 코일이 도 2a 내지 2d에 도시되지 않는다. 용기는 재료의 용해 중에 용기의 온도를 조절하기 위해 그 안에 유체를 흐르도록 구성된 하나 이상의 온도 조절 채널들(도 2a 내지 2d에 도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 장치는 용기로부터 용해물을 수취하여 용해물을 BMG 부품 내로 몰딩하도록 구성된 주형(도 2a 내지 2d에 도시되지 않음)을 더 포함한다. 도 2a 내지 2d에서, 제2 유도 코일 또는 제1 유도 코일과 제2 유도 코일의 결합은 용기로부터 주입 경로를 통해 주형으로 용해물의 이동을 제어하기 위한 밸브로서 기능하도록 구성된다(도 2a 내지 2d에 도시되지 않음).
다양한 실시예에 따르면, 장치가 제공되어 있다. 장치는 그 안에 용해를 위한 재료를 수취하도록 구성된 용기; 그 안에 재료를 용해하기 위해 용기에 인접하게 배치된 부하 유도 코일; 및 부하 유도 코일과 인라인으로 배치된 격납 유도 코일을 포함할 수 있다. 격납 유도 코일은 부하 유도 코일 내에 용해물을 격납하도록 구성된다.
다양한 실시예에 따르면, 장치를 이용한 용해 방법이 제공되어 있다. 장치는 그 안에 용해를 위한 재료를 수취하도록 구성된 용기; 그 안에 재료를 용해하기 위해 용기에 인접하게 배치된 부하 유도 코일; 및 부하 유도 코일과 인라인으로 배치된 격납 유도 코일을 포함할 수 있다. 용기 내의 재료는 용해된 재료를 형성하기 위해 제1 RF 주파수에서 부하 유도 코일을 동작시킴으로서 가열될 수 있다. 용해물이 원하는 온도에서 가열 및/또는 유지되는 동안, 격납 유도 코일은 부하 유도 코일 내에 용해된 재료를 격납하기 위해 제2 RF 주파수에서 동작할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 장치를 이용한 용해 방법이 제공되어 있다. 장치는 그 안에 용해를 위한 재료를 수취하도록 구성된 용기; 그 안에 재료를 용해하기 위해 용기에 인접하게 배치된 부하 유도 코일; 및 부하 유도 코일과 인라인으로 배치된 격납 유도 코일을 포함할 수 있다. 용기 내의 재료는 용해된 재료를 형성하기 위해 제1 RF 주파수에서 부하 유도 코일을 동작시킴으로써 가열될 수 있다. 가열 중에, 격납 유도 코일은 부하 유도 코일 내에 용해된 재료를 격납하기 위해 제2 RF 주파수에서 동작할 수 있다. 일단 용해된 재료를 위한 원하는 온도가 실현되어 유지되면, 격납 유도 코일의 동작은 중단될 수 있고, 용해된 재료는 용기로부터 배출 경로를 통해 주형 내로 배출될 수 있다.
본원에 예시된 방법들, 기술들, 및 장치들은 예시된 실시예들로 한정되도록 의도되지 않는다. 본원에 개시된 바와 같이, 장치 또는 시스템(또는 디바이스 또는 머신)은 (비결정질 합금들과 같은) 재료(들)의 용해 및 사출 성형을 수행하도록 구성된다. 장치는 몰딩을 위한 주형 내로 용해된 재료를 주입하기 전에 더 높은 용해 온도에서 용해함으로써 그러한 재료들 또는 합금들을 처리하도록 구성된다. 아래 더 설명되는 바와 같이, 장치의 부품들은 서로 인라인으로 배치된다. 일부 실시예들에 따르면, 장치의 부품들(또는 그에 대한 액세스)은 수평축에 정렬된다. 다음의 실시예들은 오직 예시의 목적을 위한 것이고, 제한하는 것을 의미하지 않는다.
도 3은 그러한 예시적인 장치의 개략도를 도시한다. 더욱 구체적으로, 도 3은 사출 성형 장치(300)를 도시한다. 실시예에 따르면, 사출 성형 장치(300)는 그 안에 수취한 용해 가능한 재료(305)를 용해하도록 구성된 용해 존(310), 및 용해 존(310)으로부터 주형(340) 내로 용해된 재료(305)를 배출하도록 구성된 적어도 하나의 플런저 로드(330)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 적어도 플런저 로드(330) 및 용해 존(310)은 인라인으로 수평축(예를 들어, X 축) 상에 제공되어서, 플런저 로드(330)가 용해된 재료(305)를 주형(340) 내로 이동하도록 용해 존(310)을 통해 실질적으로 수평 방향으로(예를 들어, X 축을 따라) 이동한다. 주형은 용해 존에 인접하게 배치될 수 있다.
용해 가능한 재료는 임의의 개수의 형태로 용해 존에 수취할 수 있다. 예를 들어, 용해 가능한 재료는 잉곳(고체 상태), 반-고체 상태, 예열된 슬러리, 파우더, 펠릿(pellet) 등의 형태로 용해 존(310) 내로 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 로딩 포트(loading port)(이를테면, 잉곳 로딩 포트(318)의 도시된 예)가 사출 성형 장치(300)의 부분으로서 제공될 수 있다. 로딩 포트(318)는 임의의 개수의 자리에 기계 내에 제공되는 별개의 개구 또는 영역일 수 있다. 실시예에서, 로딩 포트(318)는 기계의 하나 이상의 부품들을 통하는 경로일 수 있다. 예를 들어, 재료(예를 들어, 잉곳)는 플런저(330)에 의해 용기(312) 내로 수평 방향으로 삽입될 수 있거나, 또는 사출 성형 장치(300)의 주형측으로부터 수평 방향으로(예를 들어, 용기(312) 내로 주형(340)을 통해 및/또는 트랜스퍼 슬리브(transfer sleeve)(350)를 통해) 삽입될 수 있다. 다른 실시예들에서, 용해 가능한 재료는 다른 방식으로 및/또는 다른 장치를 이용하여(예를 들어, 사출 성형 장치의 반대측을 통해서) 용해 존(310) 내로 제공될 수 있다.
용해 존(310)은 용해 가능한 재료를 수취하여 그것이 용해된 상태로 가열될 때 재료를 유지하도록 구성된 용해 메커니즘을 포함한다. 용해 메커니즘은 용해 가능한 재료를 수취하여 그 안에서 재료 용해하도록 구성된 본체를 갖는, 예를 들어, 용기(312)의 형태로 될 수 있다. 본 개시에 걸쳐서 이용되는 바와 같은 용기는 고온으로 물질들을 가열하기 위해 이용된 재료로 만들어진 컨테이너이다. 예를 들어, 실시예에서, 용기는 보트 스타일 도가니(boat style crucible), 또는 스컬 도가니(skull crucible)와 같은 도가니일 수 있다. 실시예에서, 용기(312)는 (예를 들어, 진공 포트(332)에서 진공 장치 또는 펌프에 의해 인가된) 진공 상태에 있는 동안 용해 가능한 재료(들)를 위해 활용되도록 구성되는 냉각 난로 용해 장치(cold hearth melting device)이다. 아래 더 설명되는 일 실시예에서, 용기는 온도 조절 용기이다.
용기(312)는 또한 그의 본체의 수취 또는 용해 부분(314) 내로 재료(예를 들어, 공급 원료)를 넣기 위한 입구를 가질 수 있다. 도면들에 도시된 실시예들에서, 용기(312)의 본체는 실질적으로 U자형 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 예시된 모양은 제한을 의미하지 않는다. 용기(312)는 임의의 개수의 모양 또는 구성을 포함할 수 있다. 용기의 본체는 길이를 갖고, 용해된 재료가 플런저(330)를 이용하여 거기로부터 수평으로 제거되도록, 세로 및 수평 방향으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 본체는 거기로부터 수직으로 연장하는 측벽들을 갖는 베이스를 포함할 수 있다. 가열 또는 용해를 위한 재료는 용기의 용해 부분(314)에 수취할 수 있다. 용해 부분(314)은 그 안에 용해될 용해 가능한 재료를 수취하도록 구성된다. 예를 들어, 용해 부분(314)은 재료를 수취하기 위한 표면을 갖는다. 용기(312)는 전달을 위한 주입 장치의 하나 이상의 장치(예를 들어, 로딩 포트 및 플런저)를 이용하여 그의 용해 부분(314)에 (예를 들어, 잉곳의 형태로) 재료를 수취할 수 있다.
실시예에서, 본체 및/또는 그의 용해 부분(314)은 실질적으로 둥근 및/또는 평활한 표면들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용해 부분(314)의 표면은 호 모양으로 형성될 수 있다. 그러나, 본체의 모양 및/또는 표면들은 제한을 의미하지 않는다. 본체는 통합 구조일 수 있거나, 함께 결합되거나 가공된 별개의 부분들로부터 형성될 수 있다. 용기(312)의 본체는 하나 이상의 코팅을 포함한 임의의 개수의 재료들(예를 들어, 구리, 은), 및/또는 구성들 또는 설계들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 표면은 그 안에 리세스들 또는 그루브들을 가질 수 있다.
용기(312)의 본체는 용해된 재료를 이동하기 위해 수평 방향으로 그것을 통해서 플런저 로드를 수취하도록 구성될 수 있다. 즉, 실시예에서, 용해 메커니즘은 플런저 로드와 동일한 축 상에 있고, 본체는 플런저 로드의 적어도 부분을 수취하도록 구성 및/또는 크기 조정될 수 있다. 따라서, 플런저 로드(330)는 실질적으로 용기(312)를 통해서 주형(340) 내로 이동함으로써 용기로부터 (가열/용해 후의) 용해된 재료를 이동하도록 구성될 수 있다. 도 3의 장치(300)의 예시된 실시예를 참조하면, 예를 들어, 플런저 로드(330)는 수평 방향으로 우측에서 좌측으로, 용기(312)를 통해 이동함으로써, 용해된 재료를 주형(340)을 향해 그 안으로 이동시켜서 밀어넣을 수 있다.
용해 존(310)을 가열하고 용기(312)에 수취한 용해 가능한 재료를 용해하기 위하여, 사출 성형 장치(300)는 또한 용해 가능한 재료를 가열하고 용해하는 데 이용되는 열원을 포함한다.
용기의 적어도 용해 부분(314)은, 실질적으로 전체 본체 자체가 아닌 경우, 그 안에 수취한 재료가 용해되도록 가열되도록 구성된다. 가열은 예를 들어, 용해 가능한 재료를 용해하도록 구성되는 용해 존(310) 내에 배치된 유도 소스(320L)를 이용하여 실현된다. 실시예에서, 유도 소스(320L)는 용기(312)에 인접하게 배치된다. 예를 들어, 유도 소스(320L)는 용기 본체의 길이 둘레에 실질적으로 나선형 패턴으로 배치된 코일의 형태로 될 수 있다. 따라서, 용기(312)는 전력 공급기 또는 소스(325)를 이용하여, 유도 소스/코일(320L)에 전력을 공급함으로써 용해 부분(314) 내에 용해 가능한 재료(예를 들어, 삽입된 잉곳)를 유도성 용해하도록 구성될 수 있다. 따라서, 용해 존(310)은 유도 존을 포함할 수 있다. 유도 코일(320L)은 용해 및 습윤(wetting) 용기(312) 없이 용기(312)에 의해 격납되는 임의의 재료를 가열해서 용해하도록 구성된다. 유도 코일(320L)은 용기(312)를 통해 무선 주파수(RF) 전파를 방출한다. 도시된 바와 같이, 용기(312)를 둘러싸는 본체 및 코일(320L)은 수평 축(예를 들어, X 축)을 따라 수평 방향으로 배치되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 용기(312)는 온도 조절 용기이다. 그러한 용기는 (예를 들어, 용기를 강제 냉각(force cool)하기 위해) 용기에 수취한 재료의 용해 중에 용기(312)의 본체의 온도를 조절하기 위한 기체 또는 액체(예를 들어, 물, 오일, 또는 다른 유체)를 그 안에 흐르게 하도록 구성된 하나 이상의 온도 조절 채널들을 포함할 수 있다. 그러한 강제 냉각 도가니는 또한 플런저 로드와 동일한 축 상에 제공될 수 있다. 냉각 채널(들)은 용기(312) 자체의 본체의 초과 가열 및 용해를 방지하는 데에 도움이 될 수 있다. 냉각 채널(들)은 용기 내의 기체 또는 액체의 흐름을 유도하도록 구성된 냉각 시스템에 접속될 수 있다. 냉각 채널(들)은 거기를 통해서 유체가 흐르게 하는 하나 이상의 입구 및 출구를 포함할 수 있다. 냉각 채널들의 입구 및 출구는 임의의 수의 방식으로 구성될 수 있고 제한하는 것을 의미하지 않는다. 예를 들어, 냉각 채널(들)은 그 위의 재료가 용해되고 용기 온도가 조절되도록(즉, 열이 흡수되고, 용기가 냉각되도록) 용해 부분(314)에 대하여 배치될 수 있다. 냉각 채널(들)의 개수, 위치 및/또는 방향은 제한되어서는 안 된다. 냉각 액체 또는 유체는 유도 소스(320L)에 전력이 공급될 때, 용해 가능한 재료의 용해 중에 냉각 채널(들)을 통해 흐르도록 구성될 수 있다.
재료가 용기(312)에서 용해된 후에, 플런저(330)는 용해된 재료를 용기(312)로부터 객체, 부품 또는 조각으로 몰딩하기 위한 주형(340) 내로 강제하는 데 이용될 수 있다. 용해 가능한 재료가 비결정질 합금과 같은 합금인 경우들에서, 주형(340)은 몰딩된 벌크 비결정질 합금 객체, 부품 또는 조각을 형성하도록 구성된다. 주형(340)은 거기를 통해서 용해된 재료를 수취하기 위한 입구를 갖는다. 용기(312)의 출력 및 주형(340)의 입구는 인라인으로 수평 축 상에 제공될 수 있어서, 플런저 로드(330)가 용해된 재료를 그의 입구를 통해 주형(340) 내로 배출하기 위해 용기의 본체(22)를 통해 수평 방향으로 이동된다.
전술한 바와 같이, 금속들 또는 합금들과 같은 재료들을 몰딩하는 데 이용되는 사출 성형 시스템(300)과 같은 시스템은 주형 또는 다이 캐비티 내로 용해된 재료를 강제할 때 진공을 구현할 수 있다. 사출 성형 시스템(300)은 진공 포트들(312)에서 적어도 용해 존(310) 및 주형(340)에 진공 압력을 인가하도록 구성되는 적어도 하나의 진공 소스 또는 펌프를 더 포함할 수 있다. 진공 압력은 그 안에 재료를 용해, 이동 또는 전달, 및 몰딩하는 데 이용된 사출 성형 시스템(300)의 적어도 부분들에 인가될 수 있다. 예를 들어, 용기(312), 트랜스퍼 슬리브(350), 및 플런저 로드(330)는 모두 진공 압력 하에 있을 수 있고 및/또는 진공 챔버에 밀폐(enclose)될 수 있다.
실시예에서, 주형(340)은 재료들을 몰딩할 때 그 안에 진공 압력을 조절하도록 구성된 밀폐 구조인 진공 주형이다. 예를 들어, 실시예에서, 진공 주형(340)은 서로에 대하여 인접하게 (각각) 배치되는 제1 플레이트("A" 주형 또는 "A" 플레이트라고도 함), 제2 플레이트("B" 주형 또는 "B" 플레이트라고도 함)를 포함한다. 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 일반적으로 각각 그 사이에 용해된 재료를 몰딩하기 위한 그와 연관된 몰드 캐비티(mold cavity)를 갖는다. 캐비티들은 주입 슬리브 또는 트랜스퍼 슬리브(350)를 통해 그 사이에 수신된 용해된 재료를 몰딩하도록 구성된다. 몰드 캐비티들은 그 안에 일부를 형성하여 몰딩하기 위한 부분 캐비티(a part cavity)를 포함할 수 있다.
일반적으로, 제1 플레이트는 트랜스퍼 슬리브(350)에 접속될 수 있다. 실시예에 따르면, 플런저 로드(330)는 용기(312)로부터, 트랜스퍼 슬리브(350)를 통해서, 주형(340) 내로 용해된 재료를 이동하도록 구성된다. 트랜스퍼 슬리브(350)(이 기술분야에서 그리고 본원에서 때때로 샷 슬리브(shot sleeve), 콜드 슬리브(cold sleeve) 또는 주입 슬리브라고 함)는 용해 존(310)과 주형(340) 사이에 제공될 수 있다. 트랜스퍼 슬리브(350)는 용해된 재료를 수취하여 (플런저(330)를 이용하여) 거기를 통해서 주형(340) 내로 용해된 재료의 이동을 허용하도록 구성되는 개구를 갖는다. 그의 개구는 수평축(예를 들어, X축)을 따라서 수평 방향으로 제공될 수 있다. 트랜스퍼 슬리브는 저온실(cold chamber)일 필요가 없다. 실시예에서, 적어도 플런저 로드(330), 용기(312)(예를 들어, 그의 수신 또는 용해 부분), 및 트랜스퍼 슬리브(350)의 개구는 인라인으로 수평축 상에 제공되므로, 플런저 로드(330)는 트랜스퍼 슬리브(350)의 개구 내로(및 후속하여 그것을 통해서) 용해된 재료를 이동하기 위하여 용기(312)를 통해 수평 방향으로 이동될 수 있다.
용해된 재료는 트랜스퍼 슬리브(350)를 통해 수평 방향으로 입구를 통해 몰드 캐비티(들) 내로(예를 들어, 제1 플레이트에서) 제1 및 제2 플레이트들 사이에 밀어 넣어진다. 재료의 몰딩 중에, 적어도 제1 및 제2 플레이트들은 예를 들어, 산소 및 질소에 대해 그 사이의 재료(예를 들어, 비결정질 합금)의 노출을 실질적으로 없애도록 구성된다. 구체적으로, 대기가 플레이트들 및 그것들의 캐비티들 내에서부터 실질적으로 제거되도록 진공이 인가된다. 진공 압력은 진공 라인들(332)을 통해 접속되는 적어도 하나의 진공 소스를 이용하여 진공 주형(340)의 내부에 인가된다. 예를 들어, 시스템에서의 진공 압력 또는 레벨은 용해 및 후속 몰딩 사이클 동안 1x10-1 내지 1x10-4 Torr로 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 진공 레벨은 용해 및 몰딩 프로세스 동안 1x10-2 내지 약 1x10-4 Torr로 유지될 수 있다. 물론, 1x10-9 Torr 내지 약 1x10-3 Torr, 및/또는 1x10-3 Torr 내지 약 0.1 Torr과 같은, 다른 진공 레벨들 또는 범위들이 이용될 수 있다. 배출기 메커니즘(도시되지 않음)은 주형(340)의 제1 및 제2 플레이트들 사이에 몰드 캐비티로부터 몰딩된 (비결정질 합금) 재료(또는 몰딩된 부분)를 배출하도록 구성된다. 배출 메커니즘은 (예를 들어, 제1 및 제2 부분들이 수평으로 서로 비교적 멀리 이동된 후에, 적어도 플레이트들 사이의 진공 압력이 해제된 후에) 몰딩된 재료 또는 부분을 배출하기 위하여 작동되도록 구성되는 작동 메커니즘(도시되지 않음)과 연관되거나 그에 접속된다.
임의의 개수 또는 타입의 주형들이 장치(300)에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 임의의 개수의 플레이트들이 주형을 형성하기 위해 제1 및 제2 플레이트들 사이 및/또는 그에 인접하게 제공될 수 있다. 예를 들어, "A" 시리즈, "B" 시리즈, 및/또는 "X" 시리즈 주형들로서 이 기술분야에 알려진 주형들이 사출 성형 시스템/장치(300)에 구현될 수 있다.
그러한 사출 성형 장치(300)에서 용해될 재료의 균일한 가열 및 용해된 재료의 온도의 유지는 균일한 몰딩된 부분을 형성하는 데에 도움이 된다. 오직 예시의 목적을 위해, 본 개시 전체에 걸쳐서, 용해될 재료는 고체 상태 공급원료의 형태로 된 잉곳(305)의 형태로 된 것으로서 설명 및 예시되지만; 용해된 재료는 사출 성형 시스템 또는 장치(300)에서 고체 상태, 반-고체 상태, 예열된 슬러리, 파우더, 펠릿 등으로 수신될 수 있고, 재료의 형태는 제한적이지 않다는 것에 주목해야 한다. 또한, 용기(312)의 예시된 도면은 오직 예시의 목적을 위해 U자형 보트/용기의 X축을 따라서 취해진 단면도이다.
용해를 위한 재료 내로 대부분의 전력 입력을 얻기 위하여 인라인으로 수평 방향으로 배치되는 사출 성형 장치에서, 유도 코일에 인접하게, 용해 존 내에 재료를 격납하는 것은 예를 들어, 용기의 배출 경로를 향해 및/또는 그의 밖으로 용해된 재료의 흐름을 갖는 것보다는, 일관된 용해 사이클을 위해 효과적이다.
도 4는 하나의 유도 코일(420)을 갖도록 구성된 현재의 사출 성형 시스템을 도시한다. 코일(420)은 용기(410) 내부에 배치된, 용해를 위한 재료(405), 예를 들어, 금속들/금속 합금들에 힘을 가할 수 있고, 궁극적으로, 재료(405)가 용해될 때, 유도 코일(420)은 코일(420) 내부의 용해된 재료(405)에 힘을 가한다. 이 힘들은 도시된 바와 같이, 용기의 중심에 용해된 재료를 안쪽으로 스퀴즈(squeeze)하는 작용을 할 수 있다. 한편, 이 힘들은 유도 코일에 의해 가열 중에 용해된 재료가 부드러워지는 동안, 유도 코일(420)의 밖으로, 예를 들어, 유도 코일(420)이 단부들에서, 용해된 재료(405)를 밀 수 있다.
본원에 개시된 바와 같이, 도 3의 예시적인 사출 성형 장치/시스템(300)은 예를 들어, 부하 유도 코일(320L) 및 격납 유도 코일(302C)과 같은 복수의 별개의 유도 코일을 포함한다.
실시예들에서, 유도 코일들(320L 및 302C)은 용기(312)를 향해 무선 주파수(RF) 전파를 방출할 수 있다. 코일들(320L 및 302C)은 테이퍼링될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 코일들(320L 및 302C)은 예를 들어, 구형 코일을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 코일들은 발생된 RF 필드들이 예를 들어, 원하는 바에 따라 더욱 지향적으로 조정될 수 있도록 동일한 또는 상이한 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 격납 유도 코일(320C)은 마주보는, 부하 유도 코일(320L)로부터 넓은 영역 간격을 갖는, 테이퍼 모양 또는 원뿔 모양 코일일 수 있다. 조정된 RF 필드들을 이용함으로써, 더 강한 힘이 격납 유도 코일(320C)에 의해 발생되어 부하 유도 코일(320L)을 향해 용해물에 대하여 가해질 수 있다. 용해물/용해된 재료는 그 다음에 부하 유도 코일(320L) 내에 격납될 수 있다.
격납 유도 코일(302C)은 부하 유도 코일(320L)과 이격될 수 있지만 인라인으로 구성될 수 있다. 격납 유도 코일(302C)은 용해 존(310)의 배출단 근처에 구성될 수 있다. 부하 유도 코일(320L)은 용기(310)의 용해 부분(314)에 배치된 용해를 위한 재료(305)를 가열/용해하기 위해 구성될 수 있다. 격납 유도 코일(320C)은 가열/용해 프로세스 중에 부하 유도 코일(320L)은 내에 용해물 또는 용해된 재료를 배치 및/또는 격납하기 위해 구성될 수 있다. 격납 유도 코일(302C)은 용해물 또는 용해된 재료가 부하 유도 코일(320L)의 밖으로 흐르는 것을 방지할 수 있고, 용기(312) 내의 재료(305)는 가열 및 용해된 채로 유지할 수 있다. 마찬가지로, 용해물/용해된 재료는 부드러워지는 동안 장치/시스템(300)의 용해 존(310) 내에 격납될 수 있고 열 손실을 최소화할 수 있다.
실시예들에서, 격납 유도 코일(302C) 및 부하 유도 코일(320L)은 예를 들어, 용해 온도들에서 용해물을 배치/격납하기 위하여 상이한 주파수에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 용해 가능한 재료들을 가열/용해하기 위한 부하 유도 코일(320L)은 한 주파수 f melting에서 동작할 수 있고, 용해물/용해된 재료를 격납하기 위한 격납 유도 코일(302C)은 상이한 주파수 f containment에서 동작할 수 있다. 실시예들에서, f melting은 f containment보다 클 수 있다. 더 낮은 주파수에서 동작하는 격납 유도 코일(302C)은 용해물/용해된 재료에 대한 더 강한 순수(net) 힘을 발생할 수 있다. 격납 유도 코일(302C)은 부하 유도 코일(용해물을 밀어내는 경향이 있음)에 의해 발생된 힘에 대해 작용하여 용해물이 부하 유도 코일(320L) 내에 격납되도록 미는 그러한 힘, 예를 들어, 라플라스 힘을 가할 수 있다.
격납 유도 코일(320C) 및 부하 유도 코일(320L)은 주파수들에 있어서 이격되어 동기를 벗어나 동작한다. 코일들(320C 및 320L)에 의해 발생된 자기장들은 반드시 서로 상쇄할 필요는 없다(그것들이 달리 상호작용할 수 있더라도). 일반적으로, 2개의 코일이 역 또는 반대 방향으로, 코일 권선(coil turns), 예를 들어, 나선형 권선을 가질 때, 발생된 자기장들은 서로 반대이고 상쇄할 수 있다. 반대 권선이 시행되는 그러한 영역에서, 용해될 재료들은 가열될 수 없고 자기장의 상쇄로 인해 용기에 동결되는 경향이 있을 수 있다.
본원에 개시된 바와 같이, 부하 유도 코일(320C) 및 격납 유도 코일(320) 중 하나 또는 둘 다의 주파수들, 전력들, 자기장들 간의 상호 작용 등을 제어함으로써, 용기(312) 내의 재료들(305)은 가열/용해되어 부하 유도 코일(320C) 내에 더 격납될 수 있다.
실시예들에서, 용기(312)로부터 주형(340)으로의 용해물의 배출 경로에서 게이트 또는 밸브로서 기능하기 위해 및/또는 주형(340)으로의 배출 경로에서 용해물의 이동을 제어하기 위해 필요에 따라 격납 유도 코일(320c)에 에너지가 공급 또는 공급해제될 수 있다. 예를 들어, 재료(305)가 부하 유도 코일(320L)을 동작함으로써 가열/용해될 때, 격납 유도 코일(320C)을 턴 온 함으로써, 가열된 재료/용해물은 부하 유도 코일(320L) 내에 격납될 수 있고; 격납 유도 코일(320C)을 턴 오프 함으로써, 용해물은 부하 유도 코일(320L)로부터 배출되거나 그 밖으로 밀어낼 수 있고; 및/또는 격납 유도 코일(320C)을 다시 턴 온 함으로써, 예를 들어, 용해물의 일부가 "게이트 영역" 또는 용기(312)의 배출단을 지날 때, 용해물의 이 부분은 주형(340)의 트랜스퍼 슬리브(예를 들어, 냉각 슬리브 또는 샷 슬리브)를 통한 이동을 유지하면서, 부하 유도 코일(320L) 내의 용해물 부분이 격납될 수 있다.
이러한 식으로, 용기(312)는 용해된 재료/용해물의 이동이 (예를 들어, 플런저(330)를 이용하여) 배출 경로를 통해 향할 때 수평 방향으로 될 수 있도록 수평축(X축)을 따라 배치된다. 용기(312)의 적어도 부분을 둘러싸는 것은 부하 유도 코일(320L)이고, 용기(312)의 배출단 근처에 용기(312)의 적어도 부분을 둘러싸는 것은 격납 유도 코일(320C)이므로, 재료들은 부하 유도 코일(320L)에 의해 가열/용해되어 부하 유도 코일(320L) 내에 격납된다.
실시예들에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 격납 유도 코일(320C2)이 격납 유도 코일(320C1)의 반대단에서, 즉, 주입 경로의 반대측에서 부하 유도 코일(320L)과 인라인으로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 격납 유도 코일(320C1-C2)은 동일하거나 상이할 수 있고, 동일하거나 상이한 기능들을 갖도록 제어될 수 있다. 이러한 식으로, 용기(312) 내의 용해물(305)은 그의 양단으로부터 부하 유도 코일(320L) 내에 격납될 수 있다.
실시예들에서, 사출 성형 장치(300/500)에서 재료로서 BMG를 이용할 때, 높은 탄성 한계, 부식 저항, 및 낮은 밀도를 갖는 물품들/부품들이 형성될 수 있다.
도 6은 도 3 및 5에 도시된 바와 같은 장치(300 및/또는 500)를 이용하여 본 개시의 실시예에 따라 재료를 용해 및/또는 부품을 몰딩하기 위한 방법(600)을 도시하며, 본원에 개시된 장치 및 방법은 임의의 방식으로 서로 제한적이지 않다.
도 6의 블록(610)에서, 장치는 예를 들어, 그 안에 용해를 위한 재료(305)를 수취하도록 구성된 용기(312); 그 안에 재료(305)를 용해하기 위해 용기에 인접하게 배치된 부하 유도 코일(320L); 및 부하 유도 코일과 인라인으로 배치된 격납 유도 코일(320C)을 포함하도록 설계된다. 일반적으로, 사출 성형 장치(300/500)는 다음의 방식으로 동작할 수 있다: 용해를 위한 재료들(305)(예를 들어, 단일 잉곳 형태의 비결정질 합금 또는 BMG)이 공급 메커니즘(예를 들어, 로딩 포트(318))으로 로드되고 삽입되어 (부하 유도 코일(320L)에 의해 둘러싸인) 용기(312)의 용해 존(310) 내로 수신된다. 사출 성형기 "노즐" 스트로크 또는 플런저(330)는 용기(312)의 용해 부분(314) 내로 필요에 따라 재료를 이동하는 데 이용될 수 있다.
블록(620)에서, 용해를 위한 재료(305)는 예를 들어, 전원(325L)을 통해 부하 유도 코일(320L)로 전력을 공급함으로써, 유도 프로세스를 통해 가열될 수 있다. 가열/용해 중에, 냉각 시스템은 용기(312)의 임의의 냉각 채널(들)(316)에서 (냉각) 유체를 흐르도록 작동할 수 있다. 사출 성형기는 특정 온도에서 (예를 들어, 온도 센서 및 컨트롤러를 이용하여) 재료(305)를 안정화시킬, 폐루프 또는 개루프 시스템을 통해 온도를 제어한다.
블록(630)에서, 격납 유도 코일(320C)은 인라인 용해 장치에서 용해된 재료 또는 용해된 공급 원료의 위치 및 모양을 제어하기 위해 부하 유도 코일(320L)보다 낮은 RF 주파수에서 동작할 수 있다. 격납 유도 코일(320C)은 용해된 재료(305)의 유도 가열을 실질적으로 줄이지 않고 (용해된 재료를 밀어내는 경향이 있는) 부하 유도 코일에 의해 발생된 힘에 대해 작용하는, 힘, 예를 들어, 라플라스 힘을 용해된 재료에 가할 수 있다.
블록(640)에서, 일단 용기(312) 내의 용해물에 대해 원하는 온도가 실현되어 유지되면, 용기(312)의 배출 경로는, 예를 들어, 도 6의 블록(650)에서 볼 수 있는 바와 같이, 용해물/용해된 재료가 용기(312)로부터 배출 경로, 예를 들어, 트랜스퍼 슬리브(350)를 통해 주형(340) 내로 실질적으로 배출될 수 있도록 격납 유도 코일(320C)을 턴 오프함으로써 "개방"될 수 있다. 주형(340)은 저온실 다이와 같은 캐스터 내의 임의의 주형일 수 있다. 배출은 수평축(X축)을 따라 수평 방향으로(예를 들어, 도 3 및 5에 도시된 바와 같이 우측에서 좌측으로) 수행될 수 있다. 이것은 예를 들어, 서보 구동 드라이브(servo-driven drive) 또는 유압 드라이브를 이용하여 작동될 수 있는, 플런저(330)를 이용하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 주형(340)은 입구를 통해 용해된 재료를 수취하여 진공에서 용해된 재료를 몰딩하도록 구성된다. 즉, 용해된 재료는 주형(340)에서 부품을 몰딩하기 위해 적어도 제1 및 제2 플레이트들 사이의 진공 캐비티 내로 주입된다. 앞서 언급한 바와 같이, 일부 실시예에서, 재료는 벌크 비결정질 합금 부품을 몰딩하는 데 이용되는 비결정질 합금 재료일 수 있다. 일단 몰드 캐비티가 채워지기 시작했다면, 몰드 캐비티 내의 나머지 보이드 영역들 내로 용해된 재료를 "팩킹"하고 재료를 몰딩하기 위해 (플런저를 통한) 압력이 주어진 레벨로 유지될 수 있다. 몰딩 프로세스(예를 들어, 대략 10 내지 15초) 후에, 적어도 주형(340)(전체 장치(300/500)가 아닌 경우)에 인가된 진공이 해제될 수 있다. 주형(340)은 그 다음에 개방되고 응고된 부품은 대기에 노출된다. 실시예들에서, 배출기 메커니즘은 작동 장치(도시되지 않음)를 통해 주형(340)의 적어도 제1 및 제2 플레이트들 사이로부터 응고된 몰딩된 객체를 배출하도록 작동된다. 그 후에, 프로세스는 다시 시작할 수 있다. 주형(340)은 그 다음에 제1 및 제2 플레이트들이 서로 인접하도록 서로에 대하여 서로를 향하여 적어도 제1 및 제2 플레이트들을 이동함으로써 폐쇄될 수 있다. 용해 존(310) 및 주형(340)은 더 많은 재료를 삽입하고 용해하여 다른 부품을 몰딩하기 위하여, 플런저(330)가 로드 위치로 이동하였다면 진공 소스를 통해 진공된다.
더욱 상세히 설명되지 않지만, 개시된 주입 시스템은, 이것들로 제한되지 않지만 하나 이상의 센서, 유량계(flow meters), 등(예를 들어, 온도, 냉각수 흐름 등을 모니터링하기 위함), 및/또는 하나 이상의 컨트롤러를 포함한, 부가적인 부분들을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 바와 같은 주입 시스템의 실시예들 중 임의의 것을 이용하여 몰딩될(및/또는 용해될) 재료는 임의의 수의 재료들을 포함할 수 있고, 한정되어서는 안 된다. 일 실시예에서, 몰딩될 재료는 전술한 바와 같이 비결정질 합금이다.
실시예들의 응용들
현재 설명된 장치 및 방법은 예를 들어, 양키 드라이어 롤들(Yankee dryer rolls); 자동차 디젤 엔진 피스톤 링들(automotive and diesel engine piston rings); 샤프트들, 슬리브들, 실들(seals), 임펠러들, 케이스 영역들, 플런저들과 같은 펌프 컴포넌트들; 하우징, 엔드 플레이트와 같은 방켈 엔진 컴포넌트들; 및 실린더 라이너들, 피스톤들, 밸브 스템들(valve stems) 및 수압 펌프들과 같은 기계 요소들을 위해 이용될 수 있는 다양한 부품들 또는 물품들을 형성하는 데 이용될 수 있다. 실시예들에서, 장치 및 방법은 예를 들어, 장치의 하우징 또는 케이스 또는 그의 전기 인터커넥터의 일부와 같은 전자 장치의 하우징 또는 다른 부분들을 형성하는 데 이용될 수 있다. 장치 및 방법은 또한 휴대 전화, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 및/또는 휴대용 음악 플레이어와 같은 임의의 소비자 전자 장치의 부분들을 제조하는 데 이용될 수 있다. 본원에 이용되는 바와 같이, "전자 장치"는 소비자 전자 장치와 같은 임의의 전자 장치를 가리킬 수 있다. 예를 들어, 그것은 휴대 전화 및/또는 일반 전화와 같은 전화기, 또는 예를 들어, iPhone™을 포함한 스마트폰, 및 전자 이메일 송신/수신 장치와 같은 임의의 통신 장치일 수 있다. 그것은 디지털 디스플레이, TV 모니터, 전자 책 판독기, 휴대용 웹 브라우저(예를 들어, iPad™), 및 컴퓨터 모니터와 같은 디스플레이의 일부일 수 있다. 그것은 또한 휴대용 DVD 플레이어, DVD 플레이어, 블루레이 디스크 플레이어, 비디오 게임 콘솔, 휴대용 음악 플레이어(예를 들어, iPod™)와 같은 음악 플레이어 등을 포함한 엔터테인먼트 장치일 수 있다. 그것은 또한 이미지들, 비디오들, 사운드들(예를 들어, Apple TV™)의 스트리밍을 제어하는 것과 같은, 제어를 제공하는 장치의 일부일 수 있거나, 또는 그것은 전자 장치를 위한 원격 제어기일 수 있다. 그것은 하드 드라이버 타워 하우징 또는 케이스, 랩톱 하우징, 랩톱 키보드, 랩톱 트랙 패드, 데스크톱 키보드, 마우스, 및 스피커와 같은 컴퓨터 또는 그의 부속품들의 일부일 수 있다. 코팅은 시계 또는 벽 시계와 같은 장치에도 적용될 수 있다.
본 발명은 여기서 제한된 수의 실시예들의 문맥에서 설명되고 예시되지만, 본 발명은 본 발명의 본질적인 특성의 취지에서 벗어나지 않고 많은 형태로 구체화될 수 있다. 본 개시의 요약서에 설명된 것을 포함한, 예시되고 설명된 실시예들은 따라서 모든 면에서 제한이 아닌 예시로서 고려된다. 본 발명의 범위는 전술한 설명보다는 첨부된 청구항들에 의해서 나타내어지고, 청구항들의 등가 범위 및 의미 내에 있는 모든 변경은 그 안에 포함되는 것으로 의도된다.
300: 사출 성형 장치/시스템
305: 용해 가능한 재료
310: 용해 존
330: 플런저 로드
340: 주형

Claims (20)

  1. 그 안에 용해를 위한 재료를 수취하도록 구성된 용기;
    그 안에 상기 재료를 용해하도록 구성된 제1 유도 코일; 및
    상기 제1 유도 코일과 인라인으로 배치된(positioned in line with) 제2 유도 코일
    을 포함하고,
    상기 제2 유도 코일 또는 상기 제1 유도 코일과 상기 제2 유도 코일의 결합은 상기 용기 내에서 용해된 재료의 이동을 수평 방향으로 격납(containing)하기 위한 게이트 또는 밸브로서 기능하도록 구성되고,
    상기 장치는 상기 재료를 BMG 부품(part)으로 형성하도록 구성되는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 용해를 위한 상기 재료는 BMG 공급 원료를 포함하고, 상기 제1 유도 코일 및 상기 제2 유도 코일은 단일 유도 코일의 부분 또는 2개의 개별 유도 코일들인 장치.
  3. 제1항에 있어서, 용해를 위한 상기 재료는 BMG 공급 원료를 포함하고, 상기 제1 유도 코일 및 상기 제2 유도 코일은 상기 제1 유도 코일 및 상기 제2 유도 코일을 독립적으로 제어하도록 구성된 전기 탭을 그 안에 갖는 단일 유도 코일의 부분인 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 유도 코일 및 상기 제2 유도 코일 중 하나 또는 둘 다는 테이퍼(taper) 모양 또는 원통 모양을 포함하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 유도 코일은 상기 제1 유도 코일 둘레를 감싸거나 또는 그 반대인 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 유도 코일은 상기 제1 유도 코일보다 낮은 RF 주파수를 갖는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 용기는 상기 용기 내의 상기 재료의 이동이 상기 용기의 배출 경로를 따라 수평 방향이도록 상기 제1 유도 코일 또는 상기 제2 유도 코일의 수평 축을 따라 배치되는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 유도 코일은 상기 용기의 배출단 근처에 배치되는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 용기의 배출단 또는 상기 용기의 상기 배출단의 반대측에 배치된 부가적인 유도 코일을 더 포함하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 용기는 상기 재료의 용해 중에 상기 용기의 온도를 조절하기 위해 그 안에 유체를 흐르게 하도록 구성된 하나 이상의 온도 조절 채널들을 더 포함하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 용기로부터 상기 용해물을 수취하고 상기 용해물을 상기 BMG 부품으로 형성하도록 구성된 주형(mold)을 더 포함하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 유도 코일 또는 상기 제1 유도 코일과 상기 제2 유도 코일의 결합은 주입 경로를 통해 상기 용기로부터 상기 용해물의 이동을 제어하는 밸브로서 기능하도록 구성되는 장치.
  13. 제1항의 장치를 동작시키는 방법으로서,
    용해된 재료를 형성하기 위해 제1 유도 코일을 제1 RF 주파수로 동작시킴으로써 용기 내의 재료를 가열하는 단계;
    상기 제1 유도 코일 내에 상기 용해된 재료를 격납하기 위해 제2 유도 코일을 제2 RF 주파수로 동작시키는 단계; 및
    상기 용해된 재료를 BMG 부품으로 몰딩(molding)하는 단계
    를 포함하는 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 용해된 재료를 격납하기 위한 상기 제2 RF 주파수는 가열하기 위한 상기 제1 RF 주파수보다 낮은 동작 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 용해된 재료가 배출 경로의 반대측에서 상기 제1 유도 코일의 밖으로 흐르는 것을 방지하도록 동작하는 상기 제1 유도 코일과 인라인으로 부가적인 유도 코일이 구성되고, 옵션으로 상기 부가적인 유도 코일은 상기 제1 유도 코일보다 낮은 주파수에서 동작하는 동작 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 용기 내에 구성된 하나 이상의 온도 조절 채널들에서 유체를 흐르게 함으로써 상기 가열 중에 상기 용기의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제2 유도 코일의 동작을 중단시키는 단계; 및 상기 BMG 부품을 형성하기 위해 상기 용해된 재료를 상기 용기로부터 주형 내로 배출하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 장치는 용기 내에 용해된 재료를 형성하기 위해 상기 제1 유도 코일을 제1 RF 주파수에서 동작시키고, 상기 용기 내에 상기 용해된 재료를 격납하기 위한 임의의 물리적 객체 없이 상기 용해된 재료를 격납하기 위해 상기 제2 유도 코일을 제2 RF 주파수에서 동작시킴으로써 상기 용기 내의 BMG 공급 원료를 가열하도록 구성되는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 물리적 객체는 상기 용기 내에 상기 용해된 재료를 격납할 수 있는 상기 용기의 측벽 또는 임의의 다른 수직 벽을 포함하는 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 장치는 또한 상기 BMG 부품을 형성하기 위해 상기 용해된 재료를 주형 내로 배출하도록 구성되는 장치.
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