KR20160025632A - 비정질 합금 밀봉부 및 결합 - Google Patents

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쿠옥 트란 팜
테오도르 앤디 와니욱
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크루서블 인텔렉츄얼 프라퍼티 엘엘씨.
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Abstract

일 실시양태에서는, 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 가지는 적어도 부분적으로 비정질인 조성물을 제공하고, 조성물을 Tx 미만의 제1 온도로 가열하고, 가열된 조성물을 배치하여 계면층 또는 밀봉부를 성형하고, 계면층 또는 밀봉부를 Tg 미만의 제2 온도로 냉각하는 것을 포함하는 계면층 또는 밀봉부 성형 방법이 제공된다. 일 실시양태에서는, 제1 표면을 갖는 제1 부품 및 제1 표면의 일부 위에 배치된 허메틱 밀봉부를 포함하고, 허메틱 밀봉부가 적어도 부분적으로 비정질인 조성물을 포함하는 물품이 제공된다.

Description

비정질 합금 밀봉부 및 결합{AMORPHOUS ALLOY SEAL AND BONDING}
본 출원은 2010년 1월 4일에 출원된 미국 가출원 제61/335,294호의 우선권을 주장하고, 이 가출원은 그의 전문이 본원에 참고로 포함된다. 본 출원은 대리인 사건 번호: 069648-0391590(발명의 명칭: "AMORPHOUS ALLOY SEAL") 및 대리인 사건 번호: 069648-0391591(발명의 명칭: "AMORPHOUS ALLOY BONDING")에 관한 것이고, 두 사건은 모두 동시에 출원되고 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
벌크 응고형 비정질 합금(bulk-solidifying amorphous alloy)은 다양한 금속계에서 제조되었다. 그것은 일반적으로 용융 온도 초과로부터 주변 온도로 급랭시킴으로써 제조된다. 일반적으로, 비정질 구조를 달성하기 위해서는 높은 냉각 속도, 예컨대 105 ℃/초 정도의 냉각 속도가 필요하다. 결정화를 피함으로써 냉각 동안 비정질 구조를 달성하여 유지하도록 벌크 응고형 합금을 냉각할 수 있는 가장 낮은 속도를 합금의 "임계 냉각 속도"라고 부른다. 임계 냉각 속도보다 더 높은 냉각 속도를 달성하기 위해서는 샘플로부터 열을 추출해야 한다. 따라서, 비정질 합금으로부터 제조된 물품의 두께는 종종 한계 치수가 되고, 이것은 일반적으로 "임계(캐스팅) 두께"라고 부른다. 임계 캐스팅 두께는 임계 냉각 속도를 고려해서 열 유량(heat-flow) 계산에 의해 얻을 수 있다.
90년대 초까지, 비정질 합금의 가공성은 꽤 제한되었고, 비정질 합금은 오로지 분말 형태로 또는 100 ㎛ 미만의 임계 캐스팅 두께를 갖는 매우 얇은 호일 또는 스트립으로만 쉽게 입수가능하였다. 주로 Zr 및 Ti 합금계를 기반으로 하는 새로운 부류의 비정질 합금이 90년대에 개발되었고, 그 이후로 상이한 원소를 기반으로 하는 더 많은 비정질 합금계가 개발되었다. 이러한 부류의 합금은 103 ℃/초 미만의 훨씬 더 낮은 임계 냉각 속도를 가지고, 따라서 이들 물품은 그의 이전의 대응물보다 훨씬 더 큰 임계 캐스팅 두께를 가진다. 그러나, 이러한 합금계를 이용하고/이용하거나 이러한 합금계를 구조적 구성요소, 예컨대 소비재 전자 기기의 구조적 구성요소로 정형화하는 방법에 관해서는 거의 밝혀져 있지 않다. 따라서, 비정질 합금을 이용하고 그것을 구조적 구성요소로 정형화하는 방법을 개발할 필요가 있다.
본원에는 비정질 합금의 과냉 액체 영역 내에서 또는 비정질 합금의 유리 전이 온도 주변에서 비정질 합금 또는 복합체를 가지는 계면층 또는 밀봉부를 성형하는 방법이 제공된다. 또한, 본원에는 적어도 두 부품을 결합하는 결합 요소로 이용되는, 비정질 합금 또는 복합체로 제조되거나 비정질 합금 또는 복합체를 갖는 계면층을 포함하는 물품이 제공된다. 또 다른 실시양태는 비정질 합금 또는 복합체로 제조되거나 비정질 합금 또는 복합체를 갖는 밀봉부를 제공하고, 밀봉부는 부품 위에 효과적인 기밀 및/또는 방수 밀봉부를 생성하는 데 이용된다. 밀봉부는 특히, 표면이 함몰 표면, 예컨대 캐비티(cavity) 또는 언더컷(undercut)을 가질 때, 외부 표면 및/또는 내부 표면 상에서 부품의 표면 위에 있을 수 있다.
일 실시양태에서는 계면층을 성형하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 제1 표면을 포함하는 제1 부품 및 제2 표면을 포함하는 제2 부품을 제공하는 단계와; 적어도 부분적으로 비정질이고 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 갖는 조성물을 제공하는 단계와; 조성물을 Tx 미만의 제1 온도로 가열하는 단계와; 가열된 조성물을 제1 표면의 일부 및 제2 표면의 일부 상에 배치하여 그 사이에 계면층을 성형하는 단계와; 계면층을 Tg 미만의 제2 온도로 냉각하는 단계를 포함하고, 계면층은 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 친밀 접촉을 형성한다.
또 다른 실시양태에서는 두 표면을 접합하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 사이에 계면층을 성형하기 위해 제1 부품의 제1 표면의 일부 및 제2 부품의 제2 표면의 일부 상에 가열된 조성물을 배치하는 단계로서, 조성물은 적어도 부분적으로 비정질이고 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 갖고, 가열된 조성물은 Tx 미만의 제1 온도로 있는, 가열된 조성물을 배치하는 단계와; 계면층을 Tg 미만의 제2 온도로 냉각하는 단계로서, 계면층은 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 친밀 접촉을 형성하는, 계면층을 냉각하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시양태에서는 두 표면 사이에 계면층을 성형하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 합금 공급원료를 제공하는 단계와; 공급원료를 공급원료의 용융 온도 Tm 초과의 제1 온도로 가열하는 단계와; 가열된 공급원료를 공급원료의 유리 전이 온도 Tg 미만의 제2 온도로 급랭하여 적어도 부분적으로 비정질인 합금의 조성물을 형성하는 단계와; 조성물을 조성물의 결정화 온도 Tx 미만의 제3 온도로 가열하는 단계와; 가열된 조성물을 제1 부품의 제1 표면의 일부 및 제2 부품의 제2 표면의 일부 상에 배치하여 그 사이에 계면층을 성형하는 단계와; 계면층을 Tg 미만의 제4 온도로 냉각하는 단계를 포함하고, 계면층은 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 친밀 접촉을 형성한다.
일 실시양태에서는 밀봉부를 성형하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 적어도 부분적으로 비정질이고 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 갖는 조성물을 제공하는 단계와; 제1 함몰 표면을 포함하는 제1 부품을 제공하는 단계와; 조성물을 Tx 미만의 제1 온도로 가열하는 단계와; 가열된 조성물을 제1 함몰 표면의 일부 상에 배치하여 그 위에 밀봉부를 성형하는 단계와; 밀봉부를 Tg 미만의 제2 온도로 냉각하는 단계를 포함한다.
다른 실시양태에서는 밀봉부를 성형하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 제1 표면을 갖는 제1 부품 및 제2 표면을 갖는 제2 부품을 제공하는 단계로서, 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나가 함몰 표면을 포함하는, 제1 부품 및 제2 부품을 제공하는 단계와; 적어도 부분적으로 비정질이고 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 갖는 조성물을 제공하는 단계와; 조성물을 Tx 미만의 제1 온도로 가열하는 단계와; 가열된 조성물을 제1 표면의 일부 및 제2 표면의 일부 상에 배치하여 제1 표면 및 제2 표면과 접촉하는 밀봉부를 성형하는 단계와; 밀봉부를 Tg 미만의 제2 온도로 냉각하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시양태에서는 두 부품 사이에 밀봉부를 성형하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 제1 표면을 갖는, 제1 부품의 캐비티에 가열된 조성물을 배치하여 제1 표면의 일부 및 캐비티의 공간에 위치하는 제2 부품의 제2 표면의 일부와 접촉하는 밀봉부를 성형하는 단계로서, 상기 조성물이 적어도 부분적으로 비정질이고 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 가지고, (i) 조성물, (ii) 제1 부품, 및 (iii) 제2 부품 중 적어도 하나가 Tx 미만의 제1 온도로 가열되는, 단계와; 밀봉부를 Tg 미만의 제2 온도로 냉각하는 단계를 포함한다.
본원의 일 실시양태에서는 제1 표면을 갖는 제1 부품 및 제1 표면의 일부 위에 배치되는 허메틱 밀봉부(hermetic seal)를 포함하고, 허메틱 밀봉부는 적어도 부분적으로 비정질인 조성물을 포함하는, 물품이 제공된다.
본원의 다른 실시양태에서는 제1 표면을 갖는 캐비티를 가지는 것을 포함하는 제1 부품, 캐비티의 공간에 적어도 부분적으로 위치하며 외부에 제2 표면을 가지는 제2 부품, 및 제1 표면의 일부 및 제2 표면의 일부와 접촉하는 허메틱 밀봉부를 포함하는 물품이 제공된다.
본원의 또 다른 실시양태에서는 제1 함몰 표면을 가지는 제1 부품 및 제1 표면 위에 배치된 허메틱 밀봉부를 포함하는 물품이 제공되는데, 허메틱 밀봉부는 적어도 부분적으로 비정질이고 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 가지는 조성물을 제공하는 단계와, 적어도 제1 함몰 표면을 포함하는 제1 부품을 제공하는 단계와, 조성물을 Tx 미만의 제1 온도로 가열하는 단계와, 가열된 조성물을 제1 함몰 표면의 일부 상에 배치하여 밀봉층을 성형하는 단계와, 밀봉층을 Tg 미만의 제2 온도로 냉각하여 제1 부품 위에 허메틱 밀봉부를 성형하는 단계를 포함하는 방법에 의해 성형된다.
도 1은 일 실시양태에서 계면층/밀봉부를 성형하는 방법을 나타낸 예시적인 흐름도를 제공한다.
도 2(a) - 2(d)는 일 실시양태에서 두 부품 사이에 계면층/밀봉부를 성형하는 방법을 나타낸 개략도를 제공한다. 이 방법은 제1 부품 상에 조성물을 배치하여(도 2(a) -2(b)) 계면층을 성형하고, 계면층을 추가 가공해서 그의 과잉분을 제거하여(도 2(c)) 최종 구성에 이르는(도 2(d)) 것을 포함한다.
도 3(a) - 3(b)는 일 실시양태에서 기술된 계면층에 의해 두 부품이 함께 접합됨을 나타낸 두 개략도를 제공한다.
도 4(a) - 4(b)는 한 부품의 함몰 표면 상에 밀봉부가 성형될 수 있음을 나타낸 두 개략도를 제공한다.
도 5(a) - 5(d)는 일 실시양태의 두 계면층/밀봉부 성형 방법을 나타낸 개략도를 제공한다. 도 5(a) - 5(b)는 도 2(a) - 2(b)에 나타낸 방법과 유사하다. 도 5(c) - 5(d)는 제2 계면층의 성형 및 두 실시양태에서 그와 두 부품 및 제1 계면층의 관계를 나타낸다.
도 6은 정형화될 비정질 합금 조성물의 제조 단계를 포함하는, 일 실시양태의 계면층/밀봉부 성형 방법을 나타내는 예시적인 흐름도를 제공한다.
도 7은 중공 실린더 내의 돌출 와이어 사이의 밀봉부 형태의 계면층의 실시양태를 나타낸 개략도를 제공한다.
본원의 우선권인 가출원 제61/335,294호에서 청구항으로서 제시된 여러 실시양태는 다음과 같고, 이 가출원은 그의 전문이 본원에 참고로 포함된다:
성형 방법이 유리 전이 온도 주변 온도에서 또는 과냉 액체 영역 내에서 일어나는, 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 이용한 허메틱 밀봉부 성형 방법.
비정질 원료 물질이 층, 쇼트(shot), 시트, 또는 어떠한 다른 모양의 형태일 수 있는 상기 실시양태의 방법. 다수의 층, 쇼트(들), 시트(들), 부품(들)이 동시에 이용될 수 있다.
비정질 합금이 다음 분자식 (Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,Al,Si,B)c (여기서, 원자 백분율로 "a"는 30 내지 75의 범위이고, "b"는 5 내지 60의 범위이고, "c"는 0 내지 50의 범위임)으로 기술되는 상기 실시양태의 방법.
비정질 합금이 다음 분자식 (Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c (여기서, 원자 백분율로 "a"는 40 내지 75의 범위이고, "b"는 5 내지 50의 범위이고, "c"는 5 내지 50의 범위임)으로 기술되는 상기 실시양태의 방법.
비정질 합금이 백금 기반인 상기 실시양태의 방법.
비정질 합금이 팔라듐 기반인 상기 실시양태의 방법.
비정질 합금이 금 기반인 상기 실시양태의 방법.
비정질 합금이 은 기반인 상기 실시양태의 방법.
비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 어떠한 영구 변형 또는 파단도 없이 최대 1.5 % 이상의 변형률을 지속할 수 있는 상기 실시양태의 방법.
실질적으로 비정질인 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체의 공급원료를 제공하는 단계,
공급원료, 주형 및/또는 부품, 및 성형 공구를 유리 전이 온도 주변으로 또는 과냉 액체 영역 내에서 가열하는 단계,
가열된 공급원료를 주형 및/또는 또 다른 부품(들)으로 정형화하여 요망되는 모양, 결합 및 밀봉을 형성하는 단계,
성형된 부품을 유리 전이 온도보다 훨씬 낮은 온도로 냉각하는 단계
를 포함하고, 정형화 또는 성형이 합치, 전단, 압출 및 오버몰딩을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 이용한 허메틱 밀봉부 성형 방법.
비정질 합금 또는 비정질 합금(완전히 비정질일 필요는 없음) 함유 복합체의 균질한 합금 공급원료를 제공하는 단계,
공급원료를 용융 온도보다 높은 캐스팅 온도로 가열하는 단계,
용융된 합금을 임계 캐스팅 두께를 갖거나 또는 더 얇은 제1 주형에 도입하고, 용융된 합금을 유리 전이 미만의 온도로 급랭하는 단계,
공급원료, 제2 주형, 및 성형 공구를 유리 전이 온도 주변으로 또는 과냉 액체 영역 내에서 가열하는 단계,
가열된 공급원료를 제2 주형 및/또는 또 다른 부품으로 정형화하여 요망되는 모양, 결합 및 밀봉을 형성하는 단계,
임계 캐스팅 두께보다 더 두꺼운 두께를 가질 수 있는 성형된 부품을 유리 전이 온도보다 훨씬 낮은 온도로 냉각하는 단계
를 포함하고, 정형화 또는 성형이 합치, 전단, 압출 및 오버몰딩을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 벌크 응고형 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 성형하고 분리하는 방법.
최종 부품의 치수가 벌크 응고형 비정질 합금의 임계 캐스팅 두께를 초과하는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
성형 및 분리가 어떠한 순서로든 또는 배타적으로 수행될 수 있는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
벌크 응고형 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체, 주형 및/또는 또 다른 부품, 및 성형 공구가 유리 전이 온도 주변 또는 과냉 액체 영역 내의 온도로 있는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
벌크 응고형 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체, 주형 및/또는 또 다른 부품(들), 및 절단 공구가 유리 전이 온도 주변 또는 과냉 영역 내의 온도로 있는 허메틱 밀봉부 성형 방법. 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 표면들 중 적어도 하나에 연결된다.
비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 성형 또는 트림 절단이 수행된 곳에서 국지적으로 유리 전이 온도 주변 또는 과냉 액체 영역 내의 온도로 가열되고, 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 어떠한 온도도 될 수 있는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 성형 또는 트림 절단이 수행된 곳에서 국지적으로 유리 전이 온도 주변 또는 과냉 액체 영역 내의 절단 온도로 가열되고, 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 어떠한 온도도 될 수 있는 허메틱 밀봉부 성형 방법. 절단 온도로 있는 가열된 판이 절단 공구로 이용된다.
과냉 액체 영역 내의 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 과냉 액체 영역 내로 가열된 주형 캐비티에 또는 부품(들) 및/또는 주형 사이에 밀어넣는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
과냉 액체 영역 내의 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 과냉 액체 영역 내로 가열된 주형, 부품(들) 내로 또는 통해서 및/또는 그 사이로 압출하는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
과냉 액체 영역 내의 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 과냉 액체 영역 내로 가열된 주형 캐비티 또는 또 다른 부품 내로 밀어넣는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
과냉 액체 영역 내의 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 과냉 액체 영역 내로 가열된 주형 캐비티 또는 또 다른 부품 내로 오버몰딩하는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
과냉 액체 영역 내의 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 과냉 액체 영역 미만으로 가열된 주형 캐비티 내에 또는 부품(들) 및/또는 주형 사이에 밀어넣는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
과냉 액체 영역 내의 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 과냉 액체 영역 미만으로 가열된 주형, 부품(들) 내로 또는 통해서 및/또는 그 사이로 압출하는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
과냉 액체 영역 내의 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 과냉 액체 영역 미만으로 가열된 주형 캐비티 내에 또는 부품(들) 및/또는 주형 또는 또 다른 부품 사이에 밀어넣는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
과냉 액체 영역 내의 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체를 과냉 액체 영역 미만으로 가열된 주형 캐비티 내에 또는 부품(들) 및/또는 주형 또는 또 다른 부품 사이에서 오버몰딩하는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
벌크 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 레이저, 저항로 또는 유사물, 전기 아크 또는 유사물, 또는 유도에 의해 가열되는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 Zr/Ti 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 Zr 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 Ni가 없고 Zr/Ti 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 Al이 없고 Zr/Ti 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 Be가 없고 Zr/Ti 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 백금 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 팔라듐 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 금 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 은 기반인 허메틱 밀봉부 성형 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 Cu 기반인 성형 및 분리 방법.
제공된 벌크 응고형 비정질 합금 조성물이 Fe 기반인 성형 및 분리 방법.
벌크 응고형 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 진공 하에서 성형된 허메틱 밀봉부 성형 방법.
벌크 응고형 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 불활성 분위기 하에서 성형된 허메틱 밀봉부 성형 방법.
벌크 응고형 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 부분 진공 하에서 성형된 허메틱 밀봉부 성형 방법.
벌크 응고형 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 1 회 이상 성형될 수 있는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
최종 부품이 합금의 임계 캐스팅 두께보다 더 두꺼울 수 있는 두께를 갖는 성형 및 분리 방법.
벌크 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체가 가압 하에서 유리 전이 온도 미만의 온도로 냉각된 허메틱 밀봉부 성형 방법.
밀봉부가 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체로 제조된 허메틱 밀봉부 성형 방법.
밀봉부가 전도체로 이용될 수 있는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
주형, 분리 공구, 부품(들)도 비정질 합금 또는 비정질 합금 함유 복합체로 제조될 수 있는 허메틱 밀봉부 성형 방법.
본원에서 관사("a" 및 "an")는 관사의 문법적 대상이 하나 또는 하나 초과(즉, 적어도 하나)임을 의미하는 데 사용된다. 예로서, "중합체 수지"는 하나의 중합체 수지 또는 하나 초과의 중합체 수지를 의미한다. "실질적으로"라는 용어는 또 다른 용어와 함께 본원에 게재된 실시양태의 특정 특성을 기술하는 데 사용된다. 여기에 인용된 어떠한 범위도 포괄적이다. "약"이라는 용어가 포함하는 범위를 결정할 때는, 그것이 응용에서 이용되는 용어의 전후관계를 고려해야 한다. 예를 들어, 그 용어는 ±10% 이하, 예컨대 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대 ±1% 이하, 예컨대 ±0.5% 이하, 예컨대 ±0.2% 이하, 예컨대 ±0.1% 이하, 예컨대 ±0.05% 이하를 의미할 수 있다.
비정질 합금
비정질 또는 비결정질 고체는 결정의 특성인 격자 주기성이 결여된 고체이다. 본원에서 사용되는 "비정질 고체"는 저온으로부터 액체 상태로 가열하는 동안 유리 전이를 나타내는 비정질 고체인 "유리"를 포함한다. 비정질 고체의 다른 유형은 겔, 얇은 필름 및 나노구조 물질을 포함한다. 일반적으로, 비정질 물질은 그것이 화학 결합의 성질 때문에 원자 길이 규모에서 약간의 단범위 규칙을 가지긴 하지만, 결정의 장범위 규칙 특성이 결여된다. 구조 특성화 기술, 예컨대 x-선 회절 및 투과 전자 현미경에 의해 결정할 수 있는 격자 주기성을 기반으로 하여 비정질 고체와 결정질 고체를 구별할 수 있다.
규칙 및 불규칙이라는 용어는 다입자계에서 어떤 대칭성 또는 상관관계의 존재 또는 부재를 나타낸다. "장범위 규칙(long-range order)" 및 "단범위 규칙(short-range order)"이라는 용어는 물질에서의 규칙을 길이 규모에 기초하여 구별한다.
고체에서 가장 엄격한 형태의 규칙은 격자 주기성이고; 어떤 패턴(단위 셀에서 원자의 배열)이 되풀이해서 반복되어 공간의 병진 불변 타일링(tiling)을 형성한다. 이것은 결정을 정의하는 성질이다. 가능한 대칭성을 14 개의 브라베이 격자 및 230 개의 공간군으로 분류하였다.
격자 주기성은 장범위 규칙을 의미한다. 오직 하나의 단위 셀이 알려지면,병진 대칭성에 의해서, 임의 거리의 모든 원자 위치를 정확하게 예측하는 것이 가능하다. 그 역도 예를 들어 완벽하게 결정적인 타일링을 가지지만 격자 주기성을 가지지 않는 준결정에서를 제외하고는 일반적으로 참이다.
장범위 규칙은 동일 샘플의 원격 부분들이 상관 거동을 나타내는 물리계의 특징이다.
이것은 상관 함수, 즉, 스핀-스핀 상관 함수로 나타낼 수 있다: G(x,x') = 〈s(x),s(x')〉.
상기 함수에서, s는 스핀 양자수이고, x는 특정 계 내에서의 거리 함수이다.
이 함수는 x =x'일 때는 1이고, 거리 │x -x'│가 증가함에 따라 감소한다. 대표적으로, 이 함수는 큰 거리에서는 지수적으로 0으로 감소하고, 그 계는 불규칙하다고 간주한다. 그러나, 상관 함수가 큰 │x -x'│에서 상수값으로 감소하면, 그 계는 장범위 규칙을 가진다고 말한다. 그것이 거리의 거듭제곱으로서 0으로 감소하면, 그것은 준장범위 규칙(quasi-long-range order)이라고 불린다. │x -x'│의 큰 값을 구성하는 것이 상대적이라는 점을 주목한다.
어떤 계의 거동을 정의하는 일부 매개변수가 시간에 따라 점진적으로 변화하지 않는 무작위 변수일 때, 즉, 그것이 급랭되거나 또는 냉동될 때, 예를 들어 스핀 유리일 때, 계가 급랭된 불규칙을 제시한다고 말한다. 그것은 무작위 변수가 그 자신을 점진적으로 변화시키는 것이 허용되는 어닐링된 불규칙과 반대된다. 본원의 실시양태는 급랭된 불규칙을 포함하는 계를 포함한다.
비정질 금속은 불규칙 원자 규모 구조를 갖는 비정질 금속성 물질이다. 결정성이어서 고도로 규칙적인 원자 배열을 가지는 대부분의 금속과 대조적으로, 비정질 합금은 비결정질이다. 냉각 동안 액체 상태로부터 직접적으로 이러한 불규칙 구조를 생성하는 물질을 "유리"라고 부르고, 따라서, 비정질 금속은 흔히 "금속성 유리" 또는 "유리질 금속"이라고 부른다. 그러나, 극도로 급속한 냉각 외에, 물리적 증착, 고체 상태 반응, 이온 조사 및 기계적 합금화를 포함하는 비정질 금속을 제조할 수 있는 몇 가지 방법이 있다. 비정질 합금은 그것을 제조하는 방법과 상관없이 한 부류의 물질이다.
비정질 금속은 다양한 신속 냉각 방법을 통해 제조할 수 있다. 예를 들어, 비정질 금속은 회전하는 금속 원반 상에 용융 금속을 분사하거나 또는 주입함으로써 제조할 수 있다. 초당 수백만 도 정도의 급속 냉각은 너무 빨라서 결정이 형성될 수 없고 물질을 유리질 상태로 "고정시킨다". 또한, 비정질 금속은 두꺼운 층(1 ㎜ 초과)으로 비정질 구조를 형성하는 것을 허용할 정도로 충분히 낮은 임계 냉각 속도로 제조될 수 있고; 이것은 벌크 금속성 유리(BMG)라고 알려져 있다.
비정질 금속은 순수 금속이라기보다는 오히려 합금일 수 있다. 합금은 상당히 상이한 크기의 원자를 함유할 수 있고, 결국은 용융 상태에서 낮은 자유 부피(및 따라서, 다른 금속 및 합금보다 최대 10의 제곱수 더 높은 점도)를 가지게 된다. 점도는 원자가 규칙적 격자를 형성할 정도로 충분히 움직이지 못하게 한다. 이러한 물질 구조 때문에 냉각 동안에 낮은 수축 및 소성 변형 저항성이 발생할 수 있다. 결정성 물질의 약한 곳인 결정립 경계의 부재는 더 좋은 내마모성 및 내부식성을 가져올 수 있다. 또한, 비정질 금속은 기술적으로는 유리이지만, 산화물 유리 및 세라믹보다 훨씬 더 강인하고 덜 부서질 수 있다.
비정질 물질의 열전도도는 결정보다 더 낮을 수 있다. 심지어는 더 느린 냉각 동안에도 비정질 구조의 형성을 달성하기 위해, 합금은 3 개 이상의 성분으로 제조될 수 있고, 더 높은 위치 에너지 및 더 낮은 형성 확률을 갖는 복잡한 결정 단위를 초래한다. 비정질 합금의 형성은 몇 가지 인자에 의존한다: 합금의 성분의 조성; 높은 충전밀도 및 낮은 자유부피를 달성하기 위해서는 성분들의 원자 반경이 상당히 상이해야 하고(12% 초과); 성분들의 조합이 음의 혼합열을 가져야 하고 결정 핵생성을 억제하고 용융 금속이 과냉 상태에 머무르는 시간을 연장해야 한다. 그러나, 비정질 합금의 형성은 많은 상이한 변수에 기초하기 때문에, 합금 조성물이 비정질 합금을 형성할지를 사전에 결정하는 것은 거의 불가능하다.
비정질 합금, 예를 들어 붕소, 규소, 인 및 다른 유리 형성제와 자성 금속(철, 코발트, 니켈)의 비정질 합금은 자성일 수 있고, 낮은 보자력 및 높은 전기저항을 가진다. 높은 저항은 교번 자기장에 있을 때 예를 들어 변환기 자성 코어로서 유용한 성질인 와전류의 낮은 손실을 초래한다.
비정질 합금은 다양한 잠재적으로 유용한 성질을 가질 수 있다. 특히, 그것은 유사한 화학 조성의 결정질 합금보다 더 강한 경향이 있고, 그것은 결정질 합금보다 더 큰 가역적("탄성") 변형을 지속시킬 수 있다. 비정질 금속은 그의 비결정질 구조로부터 직접적으로 강도를 얻을 수 있고, 이것은 결정질 합금의 강도를 제한하는 어떠한 결함[예를 들어, 전위(dislocation)]도 가지지 않는다. 비트레로이(Vitreloy)라고 알려진 현존하는 비정질 금속은 높은 등급 티타늄의 인장강도의 거의 2 배인 인장강도를 가진다. 그러나, 실온에서 금속성 유리는 장력 하중을 받을 때 열악한 연성을 가지거나 또는 연성을 가지지 않는다. 따라서, 연성을 개선하기 위해 연성 결정질 금속의 수지상 입자 또는 섬유를 함유하는 금속성 유리 매트릭스로 이루어진 금속 매트릭스 복합 물질 제조에 상당한 관심이 있다.
벌크 비정질 합금의 또 다른 유용한 성질은 그것이 진정한 유리라는 것이고, 이것은 가열시 연화되고 유동한다는 것을 의미한다. 이것은 예를 들어 중합체에 이용된 기술과 유사한 기술을 이용하여 예를 들어 사출 몰딩에 의한 용이한 가공을 허용한다. 따라서, 비정질 합금은 스포츠 장비, 의료 기기, 전자 부품 및 장비 및 얇은 필름의 제조에 이용될 수 있다. 비정질 금속의 얇은 필름은 고속 산소 연료 기술에 의해 보호 코팅으로서 적층될 수 있다.
비정질 상의 또는 비정질 상을 갖는 물질 또는 조성물을 기술할 때처럼 "비정질"이라는 용어는 또한 "상"이라는 용어와 함께 이용될 수 있고, "상"이라는 용어는 열역학적 상태도에서 발견할 수 있는 것을 의미할 수 있다. 상은 어떤 물질의 모든 물리적 성질이 본질적으로 균일한 공간(열역학계)의 한 영역이다. 물리적 성질의 예는 밀도, 굴절률, 화학 조성 및 격자 주기성을 포함한다. 간단한 설명은 상은 화학적으로 균일하고 물리적으로 구별되고, (종종) 기계적으로 분리가능한 물질의 한 영역이다. 유리병 안에 얼음 및 물로 이루어진 계에서, 얼음 큐브가 하나의 상이고, 물이 제2 상이고, 물 위의 습한 공기가 제3 상이다. 병의 유리는 또 다른 개별적인 상이다.
비정질 금속 또는 비정질 합금은 단범위 규칙만을 나타내는 금속 원소 함유 물질을 의미할 수 있고 - 본 출원 전체에 걸쳐서 "원소"라는 용어는 주기율표에서 발견되는 원소를 의미한다. 단범위 규칙 때문에, 비정질 물질은 때로는 "유리질"이라고 기술할 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 비정질 금속 또는 합금은 때로는 "금속성 유리" 또는 "벌크 금속성 유리" (BMG)라고 부를 수 있다.
한 물질은 비정질 상, 결정질 상 또는 양자 모두를 가질 수 있다. 비정질 상 및 결정질 상은 동일한 화학 조성물을 가지고 마이크로구조만 상이할 수 있고- 즉, 하나는 비정질이고 다른 하나는 결정질이다. 마이크로구조는 25x 배율의 현미경으로 밝혀진 물질의 구조로 정의된다. 별법으로, 2 개의 상은 상이한 화학 조성 및 마이크로구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 한 조성물은 부분적으로 비정질일 수 있거나, 실질적으로 비정질일 수 있거나, 또는 완전히 비정질일 수 있다. 부분적으로 비정질인 조성물은 적어도 약 5 부피%, 예컨대 적어도 약 10 중량%, 예컨대 적어도 20 부피%, 예컨대 적어도 약 40 부피%, 예컨대 적어도 약 60 부피%, 예컨대 적어도 약 80 부피%, 예컨대 적어도 약 90 부피%가 비정질 상인 조성물을 의미할 수 있다. "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 본 출원의 다른 곳에서 정의하였다. 따라서, 적어도 실질적으로 비정질인 조성물은 적어도 약 90 부피%, 예컨대 적어도 약 95 부피%, 예컨대 적어도 약 98 부피%, 예컨대 적어도 약 99 부피%, 예컨대 적어도 약 99.5 부피%, 예컨대 적어도 약 99.8 부피%, 예컨대 적어도 약 99.9 부피%가 비정질인 조성물을 의미할 수 있다. 일 실시양태에서, 실질적으로 비정질인 조성물은 그 안에 존재하는 약간의 부수적인 사소한 양의 결정질 상을 가질 수 있다.
배치 및 정형화
"배치"라는 용어는 어떤 것을 제자리에 놓는 것, 예컨대 어떤 것을 사용을 위해 또는 특별한 목적으로 배열하거나 또는 위치시키는 것을 의미한다. "정형화(shaping)"라는 용어는 특별한 형태를 주거나 또는 특별한 형태 또는 패턴과 합치하는 것을 의미한다.
일 실시양태에서, 비정질 합금 조성물은 비정질 상에 대해서 균질할 수 있다. 조성이 균일한 물질은 균질하다. 이것은 불균질한 물질과 대조가 된다. 조성이라는 용어는 물질의 화학 조성 및/또는 마이크로구조를 의미한다. 물질은 그 물질의 부피를 절반으로 나누어서 두 절반이 실질적으로 동일한 조성을 가질 때 균질하다. 예를 들어, 미립자 현탁액은 그 미립자 현탁액의 부피를 절반으로 나누어서 두 절반이 실질적으로 동일한 부피의 입자를 가질 때 균질하다. 그러나, 개개의 입자를 현미경으로 관찰하는 것이 가능할 것이다. 또 다른 균질한 물질은 공기이고, 그 안의 상이한 성분들이 똑같이 현탁되지만, 공기 중의 입자, 기체 및 액체는 개별적으로 분석될 수 있거나 또는 공기로부터 분리될 수 있다.
비정질 합금과 관련해서 균질한 조성물은 그의 마이크로구조 전체에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 분포된 비정질 상을 가지는 것을 의미할 수 있다. 다시 말해서, 조성물은 거시적으로 조성물 전체에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 분포된 비정질 합금을 포함한다. 다른 실시양태에서, 조성물은 복합체일 수 있고, 이것은 비정질이 아닌 상을 안에 가지는 비정질 상을 갖는다. 비정질이 아닌 상은 결정 또는 복수의 결정일 수 있다. 결정은 어떠한 모양의 미립자 형태도 될 수 있고, 예컨대 구형, 타원형, 와이어형, 막대형, 시트형, 플레이크(flake)형 또는 불규칙 모양 형태일 수 있다. 일 실시양태에서, 그것은 수지상 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 적어도 부분적으로 비정질인 복합체 조성물은 비정질 상 매트릭스에 분산된 수지상 모양의 결정질 상을 가질 수 있고; 분산물은 균일하거나 또는 불균일하고, 비정질 상 및 결정질 상은 동일 또는 상이한 화학 조성을 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 그들은 실질적으로 동일한 화학 조성을 가진다.
본원에 기술된 방법은 어떠한 유형의 비정질 합금에도 적용할 수 있다. 마찬가지로, 본원에서 조성물 또는 물품의 구성성분으로서 기술된 비정질 합금은 어떠한 유형도 될 수 있다. 비정질 합금은 원소 Zr, Hf, Ti, Cu, Ni, Pt, Pd, Fe, Mg, Au, La, Ag, Al, Mo, Nb 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 즉, 합금은 그의 화학식 또는 화학 조성에 이들 원소의 어떠한 조합도 포함할 수 있다. 이들 원소는 상이한 중량% 또는 부피%로 존재할 수 있다. 예를 들어, 철 "기반" 합금은 그 중에 존재하는 유의미하지 않은 중량 백분율의 철을 갖는 합금을 의미할 수 있고, 중량%는 예를 들어 적어도 약 10 중량%, 예컨대 적어도 약 20 중량%, 예컨대 적어도 약 40 중량%, 예컨대 적어도 약 50 중량%, 예컨대 적어도 약 60 중량%일 수 있다. 별법으로, 일 실시양태에서, 상기 백분율은 중량 백분율 대신 부피 백분율일 수 있다. 따라서, 비정질 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. 일부 실시양태에서, 합금 또는 합금을 포함하는 조성물에는 니켈, 알루미늄 또는 베릴륨, 또는 그의 조합이 실질적으로 없을 수 있다. 일 실시양태에서, 합금 또는 복합체에는 니켈, 알루미늄 또는 베릴륨, 또는 그의 조합이 완전히 없다.
예를 들어, 비정질 합금은 화학식 (Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,Al,Si,B)c(여기서, a, b 및 c는 각각 중량 또는 원자 백분율을 나타냄)을 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 원자 백분율로 a는 30 내지 75의 범위이고, b는 5 내지 60의 범위이고, c는 0 내지 50의 범위이다. 별법으로, 비정질 합금은 화학식 (Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c(여기서, a, b 및 c는 각각 중량 또는 원자 백분율을 나타냄)를 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 원자 백분율로 a는 40 내지 75의 범위이고, b는 5 내지 50의 범위이고, c는 5 내지 50의 범위이다. 또한, 합금은 화학식 (Zr,Ti)a(Ni,Cu)b(Be)c(여기서, a, b 및 c는 각각 중량 또는 원자 백분율을 나타냄)를 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 원자 백분율로 a는 45 내지 65의 범위이고, b는 7.5 내지 35의 범위이고, c는 10 내지 37.5의 범위이다. 별법으로, 합금은 화학식 (Zr)a(Nb,Ti)b(Ni,Cu)c(Al)d(여기서, a, b, c 및 d는 각각 중량 또는 원자 백분율을 나타냄)를 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 원자 백분율로 a는 45 내지 65의 범위이고, b는 0 내지 10의 범위이고, c는 20 내지 40의 범위이고, d는 7.5 내지 15의 범위이다. 상기 합금계의 한 예시적인 실시양태는 리퀴드메탈 테크놀로지즈(Liquidmetal Technologies; 미국 캘리포니아주)에서 제조한 상표명 비트레로이, 예컨대 비트레로이-1 및 비트레로이-101의 Zr-Ti-Ni-Cu-Be 기반 비정질 합금이다. 상이한 계의 비정질 합금의 일부 예가 표 1에 제공된다.
또한, 비정질 합금은 제1철 합금(ferrous alloy), 예컨대 (Fe,Ni,Co) 기반 합금일 수 있다. 이러한 조성물의 예는 미국 특허 제6,325,868호; 제5,288,344호; 제5,368,659호; 제5,618,359호; 및 제5,735,975호, 문헌[Inoue et al., Appl. Phys. Lett., Volume 71, p 464(1997)], 문헌[Shen et al., Mater. Trans., JIM, Volume 42, p2136(2001)], 및 일본 특허 출원 200126277(공개 제2001303218 A호)에 게재되어 있다. 한 예시적인 조성물은 Fe72Al5Ga2P11C6B4이다. 또 다른 예는 Fe72Al7Zr10Mo5W2B15이다.
Figure pat00001
상기 비정질 합금계는 추가의 원소, 예컨대 Nb, Cr, V, Co를 포함하는 추가의 전이금속 원소를 더 포함할 수 있다. 추가의 원소는 약 30 중량% 이하, 예컨대 약 20 중량% 이하, 예컨대 약 10 중량% 이하, 예컨대 약 5 중량% 이하로 존재할 수 있다.
일부 실시양태에서, 비정질 합금을 갖는 조성물은 소량의 불순물을 포함할 수 있다. 불순물 원소는 조성물의 성질을 개질하기 위해, 예컨대 기계적 성질(예를 들어, 경도, 강도, 파괴 메카니즘 등)을 개선하고/하거나 내부식성을 개선하기 위해, 의도적으로 첨가할 수 있다. 별법으로, 불순물은 불가피한 부수적인 불순물, 예컨대 가공 및 제조의 부산물로서 얻어지는 것들로서 존재할 수 있다. 불순물은 약 10 중량% 이하, 예컨대 약 5 중량%, 예컨대 약 2 중량%, 예컨대 약 1 중량%, 예컨대 약 0.5 중량%, 예컨대 약 0.1 중량%일 수 있다. 일부 실시양태에서, 이들 백분율은 중량 백분율 대신 부피 백분율일 수 있다. 일 실시양태에서, 조성물은 비정질 합금으로 본질적으로 이루어진다(극히 적은 부수적인 양의 불순물이 있음). 또 다른 실시양태에서, 조성물은 비정질 합금으로 이루어진다(관찰가능한 미량의 불순물이 없음).
비정질 합금계는 여러 바람직한 성질을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 그것은 높은 경도 및/또는 경도를 가질 수 있고; 제1철 기반 비정질 합금은 특히 높은 항복강도 및 경도를 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 비정질 합금은 약 200 ksi 이상, 예컨대 250 ksi 이상, 예컨대 400 ksi 이상, 예컨대 500 ksi 이상, 예컨대 600 ksi 이상의 항복강도를 가질 수 있다. 경도에 관해서, 일 실시양태에서, 비정질 합금은 약 400 비커스-100 ㎎ 초과, 예컨대 약 450 비커스-100 ㎎ 초과, 예컨대 약 600 비커스-100 ㎎ 초과, 예컨대 약 800 비커스-100 ㎎ 초과, 예컨대 약 1000 비커스-100 ㎎ 초과, 예컨대 약 1100 비커스-100 ㎎ 초과, 예컨대 약 1200 비커스-100 ㎎이 경도값을 가질 수 있다. 또한, 비정질 합금은 매우 높은 탄성 변형률 한계, 예컨대 약 1.2% 이상, 예컨대 약 1.5% 이상, 예컨대 약 1.6% 이상, 예컨대 약 1.8% 이상, 예컨대 약 2.0% 이상을 가질 수 있다. 또한, 비정질 합금은 특히 예를 들어 Ti 기반 합금 및 Fe 기반 합금의 경우에 높은 강도 대 중량 비를 나타낼 수 있다. 또한, 비정질 합금은 특히, 예를 들어, Zr 기반 합금 및 Ti 기반 합금의 경우, 높은 내부식성 및 높은 환경 내구성을 가질 수 있다.
특성 온도
비정질 합금은 유리 전이 온도 Tg, 결정화 온도 Tx, 및 용융 온도 Tm을 포함하는 몇 가지 특성 온도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, Tg, Tx 및 Tm은 각각 하나의 개별 값 대신 온도 범위를 의미할 수 있고, 따라서, 일부 실시양태에서, 유리 전이 온도, 결정화 온도 및 용융 온도라는 용어는 각각 유리 전이 온도 범위, 결정화 온도 범위 및 용융 온도 범위와 호환해서 이용된다. 이들 온도는 흔히 알려져 있고, 상이한 기술로 측정할 수 있고, 그 중 하나는 시차 주사 열량법(DSC)이고, 이것은 예를 들어 약 20 ℃/분의 가열 속도로 수행될 수 있다.
일 실시양태에서는, 온도가 증가함에 따라, 비정질 합금의 유리 전이 온도 Tg는 비정질 합금이 연화되기 시작하여 원자가 이동성이 되는 온도, 또는 일부 실시양태에서는, 온도 범위를 의미할 수 있다. 비정질 합금은 유리 전이 온도 초과에서의 열용량이 유리 전이 온도 미만에서의 열용량보다 더 높을 수 있고, 따라서, 이 전이는 Tg의 확인을 가능하게 할 수 있다. 온도가 증가함에 따라, 비정질 합금은 결정이 형성되기 시작하는 결정화 온도 Tx에 이를 수 있다. 일부 실시양태에서 결정화는 일반적으로 발열반응이기 때문에, 결정화는 DSC 곡선에서 급강하 부분으로 관찰할 수 있고, Tx는 급강하 부분의 최소 온도로 결정할 수 있다. 비트레로이의 경우 예시적인 Tx는 예를 들어 약 500 ℃일 수 있고, 백금 기반 비정질 합금의 경우, 예를 들어 약 300 ℃일 수 있다. 다른 합금계의 경우, Tx는 더 높거나 또는 더 낮을 수 있다. Tx가 일반적으로 Tm보다 낮기 때문에, Tx에서 비정질 합금은 일반적으로 용융되고 있지 않거나 또는 용융되지 않는다는 점을 주목한다.
마지막으로, 온도가 계속 증가함에 따라, 용융 온도 Tm에서 결정의 용융이 시작될 수 있다. 용융은 흡열반응이고, 여기서는 열을 이용해서 결정이 액체상으로 용융될 때까지 최소의 온도 변화와 함께 결정을 용융한다. 따라서, 용융 전이는 DSC 곡선의 피크와 유사하고, Tm은 피크의 최대점에서의 온도로서 관찰될 수 있다. 비정질 합금의 경우, Tx와 Tg 사이의 온도차 △T를 이용해서 초임계 영역(즉, "초임계 액체 영역" 또는 "초임계 영역")을 나타낼 수 있고, 여기서는 결정질 합금과는 대조적으로, 비정질 합금의 적어도 일부가 비정질 합금의 특성을 보유하고 나타낸다. 그 부분은 적어도 40 중량%, 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 99 중량%를 포함해서 다양할 수 있거나; 또는 이들 백분율은 중량 백분율 대신 부피 백분율일 수 있다.
밀봉부 / 계면층 성형
비정질 합금은 그의 바람직한 성질 때문에 기판 상에 기판과 친밀 접촉하는 계면층 성형 또는 하나 초과의 부품을 함께 결합시키는 결합 요소를 포함해서 다양한 응용에 이용될 수 있다. "성형(forming)"이라는 용어는 조성물을 요망되는 또는 미리 정해진 구성으로 정형화하는 것을 의미할 수 있다. 아래에서 더 논의하는 바와 같이, 성형은 열가소성 성형, 열가소성 압출, 열가소성 전단, 납땜, 오버몰딩 및 오버캐스팅을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 성형 공정은 예를 들어, 주형의 한 부분일 수 있는 기판의 표면 같은 요망되는 위치에 조성물을 배치하는 동안에 일어날 수 있다.
계면층은 기판 상에서 밀봉부로서 효과적으로 쓰일 수 있다. 계면층의 두께는 일반적으로 그 층이 결합된 또는 배치된 부품의 치수보다 훨씬 작기 때문에, 일부 실시양태에서는 그 층을 계면층으로 여길 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서는, 여기서 "계면층"이라는 용어가 "계면층" 또는 "계면층"과 상호교환해서 이용되지만, 계면층은 어느 일정 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 계면층의 두께는 약 10 ㎝ 미만, 예컨대 약 5 ㎝ 미만, 예컨대 약 1 ㎝ 미만, 예컨대 약 5 ㎜ 미만, 예컨대 약 2 ㎜ 미만, 예컨대 약 1 ㎜ 미만, 예컨대 약 500 ㎛ 미만, 예컨대 약 200 ㎛ 미만, 예컨대 약 100 ㎛ 미만, 예컨대 약 50 ㎛ 미만, 예컨대 약 20 ㎛ 미만, 예컨대 약 10 ㎛ 미만, 예컨대 약 1 ㎛ 미만일 수 있다.
별법으로, 합금은 복수의 부품들 사이에서 계면층을 성형하여 두 부품 사이에 친밀 밀봉부를 생성할 수 있다. 일 실시양태에서, 밀봉부는 부품들 사이에서 결합 요소로 쓰일 수 있다. 2 개 초과의 부품, 예컨대 3 개의 부품, 4 개의 부품, 5 개의 부품, 또는 그 초과가 이용될 수 있다. 도 1은 일 실시양태의 예시적인 성형 방법의 흐름도를 제공한다. 구체적으로, 그 방법은 적어도 부분적으로 비정질인 조성물을 조성물의 Tx 미만의 제1 온도로 가열하고; 가열된 조성물을 적어도 하나의 부품의 표면 상에 배치하고, 가열된 조성물을 냉각하여 계면층 또는 밀봉부를 성형하는 것을 포함할 수 있다. 조성물은 윤곽이 흐릿할 수 있거나(blob), 밀봉부를 만들기 전에 미리 정해진 모양을 가질 수 있거나 또는 등등일 수 있다. 예를 들어, 조성물을 제1 부품 상에 밀봉 물질로서 배치할 수 있고, 이어서, 제2 부품을 밀봉 물질에 제공할 수 있다. 별법으로, 밀봉 물질은 두 이질적인 부품 사이에 형성된 캐비티 또는 공극 안에 밀어 넣을 수 있다. 그렇지만, 다른 실시양태에서는, 두 부품을 밀봉 물질에 제공할 수 있다. 두 부품은 밀봉부를 만들기 전에 동일한 또는 상이한 온도에서 미리 가열될 수 있다.
부품(들)은 기판으로 쓰일 수 있고, 계면층은 물질 표면과 친밀 접촉을 할 수 있다. 친밀 접촉은 적어도 실질적으로 완전한 접촉, 예컨대 완전한 접촉을 의미할 수 있다. 일반적으로, 이러한 접촉은 계면층과 부품/기판의 표면 사이에 갭이 없음을 의미한다. 완전 접촉의 수준 또는 정도를 기술하는 데는 다양한 측량법을 이용할 수 있다. 이들 중 하나는 유체의 불투과성이다.
한 부품 또는 여러 부품의 표면 상에 성형된 계면층 또는 계면층들은 부품의 표면과 계면층 그 자체 사이에 효과적인 밀봉부를 생성할 수 있다. 일 실시양태에서, 계면층은 물(즉, "방수") 또는 공기(즉, "기밀")를 포함해서 유체에 대해 적어도 부분적으로 불투과성이고, 예컨대 적어도 실질적으로 불투과성이고, 예컨대 완전히 불투과성이다. 또한, 유체는 체액, 예컨대 혈액, 침, 소변 또는 부식성 유체, 예컨대 산성 또는 염기성 유체, 예컨대 클로라이드 이온을 함유하는 유체를 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 계면층은 1000 ppm 미만, 예컨대 약 500 ppm 미만, 예컨대 약 200 ppm 미만, 예컨대 약 100 ppm 미만, 예컨대 약 50 ppm 미만, 예컨대 약 10 ppm 미만이 밀봉부의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 밀봉부를 통과하거나 또는 침투하는 것을 가능하게 하는 밀봉부를 생성한다. 통과는 밀봉부 자체 및 밀봉부와 한 부품(또는 부품들)의 표면 사이에 존재하는 어떠한 갭이든 그를 통한 통과를 고려한다.
비정질 합금을 갖는 계면층이 한 부품 상에서 성형되는 일 실시양태에서는, 계면층과 그 부품 사이의 친밀 접촉 때문에, 계면층이 그 부품 상에 밀봉부를 효과적으로 성형한다. 계면층이 두 부품 사이에서 성형되는 다른 실시양태에서는, 계면층이 두 구성요소 사이에 밀봉부를 성형할 수 있다. 그 밀봉부는 동시에 두 부품을 함께 결합하는 결합 요소로서 기능을 할 수 있다. 일 실시양태에서, 밀봉부는 허메틱 밀봉부일 수 있다. 허메틱 밀봉부(hermetic seal)는 유체 또는 미생물에 대해서도 불투과성인 기밀 밀봉부를 의미할 수 있다. 밀봉부는 밀봉부 내부의 보호된 내용물의 적절한 기능을 보호 및 유지하는 데 이용될 수 있다.
부품
응용에 의존해서, 비정질 합금 조성물이 배치되어 계면층 또는 밀봉부를 성형하는 부품 또는 기판은 어떠한 물질로도 제조될 수 있다. 예를 들어, 그 물질은 금속, 금속 합금, 세라믹, 서멧(cermet), 중합체, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 부품 또는 기판은 어떠한 크기 또는 기하학적 구조도 가질 수 있다. 예를 들어, 그것은 쇼트, 시트, 플레이트, 실린더, 큐브, 직사각형 상자, 구, 타원체, 다각형 또는 불규칙 모양, 또는 그 사이의 어느 것도 될 수 있다. 따라서, 계면층이 성형되는 부품의 표면은 정사각형, 직사각형, 원, 타원, 다면체, 또는 불규칙 모양을 포함해서 어떠한 기하학적 구조도 가질 수 있다.
부품은 함몰 표면을 가질 수 있다. 함몰 표면은 언더컷 또는 캐비티를 포함할 수 있다. 함몰 표면은 미리 정해진 기하학적 구조를 가질 수 있다. 부품은 중실이거나 중공일 수 있다. 부품이 중공인 실시양태, 예컨대 중공 실린더에서, 함몰 표면은 그 부품의 내부 표면 또는 외부 표면에 있을 수 있다. 다시 말해서, 계면층이 그 부품의 내부 표면 또는 외부 표면 상에 성형될 수 있다. 일부 실시양태에서, 그 부품 표면은 계면층 성형을 촉진하기 위해 어떠한 바람직한 크기의 거칠기도 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 부품은 손목시계의 베젤(bezel) 또는 언더컷을 갖는 전자 기기 하우징일 수 있다. 별법으로, 그것은 랜덤 크기 또는 기하학적 구조를 갖는 적어도 하나의 캐비티 또는 언더컷을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 부품은 조성물을 위한 주형 또는 다이(예를 들어, 압출용)일 수 있고, 따라서 캐비티는 주형 또는 다이의 캐비티 공간을 의미한다. 또 다른 실시양태에서, 제1 부품은 중공 실린더 모양을 갖는 전기 커넥터의 바깥 쉘일 수 있다.
다수의 부품이 이용될 수 있다. 일 실시양태에서, 비정질 합금을 갖는 계면층은 계면층과 제1 부품의 표면 사이에 및 동시에, 계면층과 제2 부품의 표면 사이에 친밀 밀봉부를 생성할 수 있다. 계면층은 두 부품 사이의 결합 요소로서 효과적으로 쓰일 수 있다. 각 부품 또는 일부 부품의 표면은 거칠기 또는 함몰 표면(예를 들어, 언더컷 또는 캐비티)을 가질 수 있다.
두 부품은 수직으로 정렬될 수 있거나, 수평으로 정렬될 수 있거나, 또는 정렬되지 않을 수 있다. 두 부품은 서로 수직으로 또는 서로 평행하게 접합될 수 있다. 또한, 한 부품이 다른 한 부품의 내부에 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 부품은 중공 모양(예를 들어, 실린더 또는 직사각형 상자)일 수 있고, 제2 부품은 제1 부품의 중공 공간 내부의 와이어일 수 있고, 그 둘 사이에 계면층이 성형되어 와이어를 효과적으로 둘러싸고 제1 부품의 중공 공간의 적어도 일부를 채운다. 이 실시양태에서, 계면층은 와이어와 실린더 부품 사이에 밀봉부가 된다. 별법으로, 계면층은 동일한 크기 및/또는 기하학적 구조 또는 상이한 크기 및/또는 기하학적 구조의 두 부품을 접합하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시양태에서, 계면층은 전자 기기의 하우징의 2개 편을 접합하기 위해 이용될 수 있고, 계면층은 동시에 두 부품 사이에서 유체 불투과성 밀봉부로 쓰인다.
도 3(a) - 3(b)에 나타낸 바와 같이, 두 부품은 결합되는 면이 동일한 크기 및 모양이 되도록 정렬될 수 있다(도 3(a)). 별법으로, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 한 부품이 다른 한 부품의 캐비티 안에 끼워 맞춰져서 예를 들어 맞물림(interlocking) 메카니즘을 제공할 수 있다. 2 개 초과의 부품이 이용될 수 있다. 예를 들어, 계면층은 제1 부품 또는 제2 부품을 제3 부품, 제4 부품 등에 결합하는 데 이용될 수 있다. 또한, 1 개 초과의 계면층이 생성되고 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 5(d) 및 5(e)에 나타낸 바와 같이, 제2 계면층이 결합을 제공하는 데 이용될 수 있다. 일 실시양태에서, 밀봉부 또는 비정질 합금의 제3 계면층, 제4 계면층, 제5 계면층 등이 이용될 수 있다. 이들 추가의 계면층(들)은 서로에 대해 어떠한 배열로도 위치할 수 있다. 예를 들어, 그들은 한쪽에 있거나, 양쪽에 있거나, 상부에 있거나, 하부에 있거나, 하나 이상의 층을 개재하거나, 또는 둘 이상의 층 사이에 개재될 수 있다.
응용에 의존해서, 부품(들)은 어떠한 적당한 물질로도 제조될 수 있다. 예를 들어, 각 부품 또는 부품들 중 적어도 하나는 결정질이거나, 부분적으로 비정질이거나, 실질적으로 비정질이거나 또는 완전히 비정질인 물질을 포함할 수 있다. 부품(들)은 그 위에 배치되어 계면층을 성형하는 조성물과 동일한 또는 상이한 마이크로구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 그들은 비정질이거나, 실질적으로 비정질이거나, 부분적으로 비정질이거나, 또는 결정질일 수 있거나, 또는 그들은 상이할 수 있다. 상기한 바와 같이, 부품들의 비정질 조성물은 균질한 비정질 합금이거나 또는 비정질 합금을 갖는 복합체일 수 있다. 일 실시양태에서, 복합체는 결정질 상, 예컨대 복수의 결정을 둘러싸는 비정질 매트릭스 상을 포함할 수 있다. 결정은 수지상 모양을 갖는 것을 포함해서 어떠한 모양도 될 수 있다.
부품은 무기 물질, 유기 물질, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 부품은 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 부품은 다양한 물질이 함께 조합된 복합체일 수 있거나, 또는 본질적으로 하나의 물질로 될 수 있다. 응용에 의존해서, 일부 실시양태에서, 부품(들)은 그 위에 배치되어 계면층을 성형하는 조성물의 Tg보다 높은 연화 온도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 부품(들)과 관련해서 연화 온도는 그의 Tg(비정질 물질의 경우) 또는 용융 온도 Tm(결정질 물질의 경우)를 의미할 수 있다. 비정질 물질 및 결정질 물질의 혼합물의 경우, 연화 온도는 물질의 원자가 이동성이 되기 시작하는 온도, 예컨대 Tg 또는 Tg와 Tm 사이의 온도를 의미할 수 있다. 일 실시양태에서, 부품(들)은 계면층의 비정질 합금의 결정화 온도, 또는 일부 실시양태에서는, 용융 온도보다 높은 연화 온도를 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 부품은 약 300 ℃ 초과, 바람직하게는 약 200 ℃ 초과, 더 바람직하게는 약 100 ℃ 초과인 연화 온도를 가지는 물질을 포함할 수 있고; 예를 들어, 부품은 백금 기반 합금과 함께 이용될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 부품은 약 500 ℃ 초과의 연화 온도를 가지는 물질을 포함할 수 있고; 예를 들어, 부품은 지르코늄 기반 합금과 함께 이용될 수 있다. 부품은 다이아몬드, 탄화물(예를 들어, 탄화규소) 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
응용에 의존해서, 부품(들)은 전자 기기의 한 부품일 수 있거나, 또는 상기한 계면층/밀봉부를 갖는 이점을 이용할 수 있는 어떠한 유형의 부품도 될 수 있다. 본원의 전자 기기는 휴대폰, 랩톱 컴퓨터, 디스플레이, 데스크톱 컴퓨터, 또는 그의 조합을 의미할 수 있다. 응용은 아래에서 더 상세히 기술한다.
계면층 또는 밀봉부의 조성물
계면층 또는 밀봉부는 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 갖는 적어도 부분적으로 비정질인 조성물을 제공함으로써 성형될 수 있다. 계면층 또는 밀봉부는 예를 들어 부품의 표면 상의 함몰 표면의 일부 상에서 성형될 수 있다. 별법으로, 계면층 또는 밀봉부가 복수의 부품들의 표면 상에 배치되어 부품들이 계면층과 함께 접합되거나 또는 결합될 수 있다. 조성물은 생성물로서 계면층 또는 밀봉부에서 정형화될 수 있다. 다른 실시양태에서, 밀봉부 또는 계면층 제작 방법은 실질적으로 비정질이 아닌 공급원료로부터 적어도 부분적으로 비정질인 조성물을 제조하는 단계(들)를 더 포함하고, 이렇게 함으로써, 조성물이 적어도 하나의 부품의 표면 상에서 정형화되고/되거나 배치되어 계면층/밀봉부를 성형할 수 있다.
몰딩될 조성물은 적어도 부분적으로 비정질일 수 있고, 예컨대 적어도 실질적으로 비정질일 수 있고, 예컨대 완전히 비정질일 수 있다. "적어도 부분적으로 비정질" 및 "적어도 실질적으로 비정질"에 관한 언급은 위에서 기술한 바와 같다. 조성물은 상기한 비정질 합금계 중 어느 것도 포함할 수 있다. 예를 들어, 조성물은 적어도 실질적으로 비정질인 합금, 적어도 실질적으로 비정질인 합금을 가지는 복합체, 또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시양태에서는, 조성물이 약간의 부수적인 불순물과 함께 비정질 합금으로 본질적으로 이루어질 수 있거나, 또는 조성물이 비정질 합금으로 이루어질 수 있다는 점에서 조성물이 비정질 합금에 관해서 균질할 수 있다. 별법으로, 조성물은 비정질 합금 또는 적어도 실질적으로 비정질인 합금을 포함하는 복합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복합체는 결정질 상이 분산된 비정질 상 매트릭스를 가질 수 있다. 복합체에서 비정질 상 및 결정질 상의 화학 조성은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 결정질 상은 수지상 구조를 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 복합체는 비정질 합금 매트릭스에 분산된 결정질 수지상 결정을 가진다.
가열 전의 조성물을 어떠한 크기 또는 모양으로도 있을 수 있다. 예를 들어, 그것은 쇼트, 시트, 플레이트, 실린더, 큐브, 직사각형 상자, 구, 타원체, 다면체, 또는 불규칙 모양, 또는 그 사이의 어떠한 것도 될 수 있다. 일 실시양태에서, 조성물은 구형, 와이어형, 플레이크형, 시트형, 막대형 또는 그 사이의 어떠한 것도 될 수 있는 복수의 입자 형태일 수 있다. 조성물은 가열 단계 개시 전에 이미 기판의 표면의 일부 상에 또는 표면으로부터 이격되어서 이미 배치될 수 있다.
조성물 중의 비정질 상(즉, 비정질 합금)은 어떠한 적당한 기존 방법으로도 제조될 수 있다. 일 실시양태에서, 원료 물질인 조성물을 제조하는 방법은 먼저 합금 공급원료를 가열하여 공급원료를 용융하고, 이어서, 합금이 적어도 부분적으로 비정질이 되도록 가열된 공급원료를 합금의 과냉 영역으로 급속 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 공급원료 중의 합금은 어떠한 유형도 될 수 있고, 그것은 비정질 또는 결정질, 또는 양자 모두일 수 있다. 일 실시양태에서, 공급원료는 적어도 부분적으로 비정질이고, 예컨대 적어도 실질적으로 비정질이고, 예컨대 완전히 비정질이다. 또 다른 실시양태에서, 공급원료는 실질적으로 비정질이 아니고, 예컨대 그것은 적어도 부분적으로 결정질이고, 예컨대 적어도 실질적으로 결정질이고, 예컨대 그것은 완전히 결정질이다. 또한, 공급원료는 어떠한 크기 및 모양도 될 수 있다. 일 실시양태에서는, 공급원료를 공급원료 중의 합금의 용융 온도 Tm 초과의 제 1 온도로 가열하고, 이렇게 함으로써, 합금 중의 어떠한 결정도 용융될 수 있다. 그 다음, 가열된 및 용융된 공급원료를 합금의 Tg 미만의 제2 온도로 급속 냉각(또는 "급랭")하여 상기 조성물을 형성할 수 있고, 그 다음, 그것을 가열하여 배치하고/하거나 정형화할 수 있다. 급랭 속도 및 가열 온도는 통상적인 방법에 의해, 예컨대 시간-온도-결정 변형(TTT) 도표를 이용해서 결정할 수 있다.
열이력 -가열
이어서, 조성물을 조성물의 결정화 온도 Tx 미만의 온도로 가열할 수 있다. 이 가열 단계는 결정화(또는 용융) 개시에 이르지 않고서 비정질 합금을 연화하도록 기능을 할 수 있다. 제1 온도는 조성물의 Tg보다 약간 낮거나, 또는 Tg일 수 있거나, 또는 Tg보다 높을 수 있다. 다시 말해서, 조성물은 (1) 과냉 영역 미만으로 가열될 수 있거나 또는 (2) 과냉 영역 내로 가열될 수 있다. 일부 실시양태에서, 조성물은 또한 과냉 영역 초과이도록 가열될 수 있다.
가열 단계 이전의 조성물은 이미 그 부품의 표면 상에 있을 수 있거나, 또는 그 부품으로부터 이격될 수 있다. 다시 말해서, 조성물은 부품과 접촉하고 있는 거나 또는 접촉하고 있지 않는 동안에 가열될 수 있다. 조성물은 그의 Tg 이상으로 되고, 이렇게 함으로써, 조성물이 연화될 수 있다. 조성물에 의존해서, 제1 온도는 달라질 수 있지만, 대부품의 실시양태에서, 그것은 조성물의 Tx 미만이다. 또한, 조성물은 예비가열될 수 있고, 따라서 가열 단계를 생략할 수 있다. 예를 들어, 상기한 바와 같이, 제1 온도는 또한 부품(들)의 연화 온도 미만이다. 일 실시양태에서, 제1 온도는 약 500 ℃ 이하, 예컨대 약 400 ℃ 이하, 예컨대 약 300 ℃ 이하이다.
가열 및/또는 배치 단계 전에, 조성물 및/또는 부품은 주변 온도일 수 있거나 또는 예비가열될 수 있다. 예를 들어, 일 실시양태에서는, 몰딩 단계 개시 전에 (i) 조성물 및 (ii) 주형 중 적어도 하나를 상승 온도로 가열할 수 있다. 상승 온도는 상기 제1 온도, 제2 온도, 또는 그 사이의 어떠한 온도도 될 수 있다. 일 실시양태에서는, 조성물 이외에 추가로, 가공 동안에 이용되는 주형 및/또는 공구의 모든 부품들의 표면을 어떤 온도로, 예컨대 제1 온도로 예비가열할 수 있다. 공구는 예를 들어, 플런저, 또는 정형화, 배치, 절단 및/또는 폴리싱에 이용되는 도구, 예컨대 블레이드, 나이프, 스크래핑(scrapping) 도구 등을 포함할 수 있다.
조성물은 그의 Tg로, 그의 Tg보다 높게, 또는 그의 Tg보다 낮게 될 수 있고, 이렇게 함으로써 조성물이 연화될 수 있다. 조성물에 의존해서, 제1 온도는 달라질 수 있지만, 대부분의 실시양태에서, 그것은 조성물의 Tx 미만이다. 상기한 바와 같이, 조성물은 또한 예비가열될 수 있고, 따라서 가열 단계를 생략할 수 있다. 예를 들어, 제1 유체의 제1 온도는 어떠한 값(들)도 가질 수 있지만, 상기한 바와 같이 주형의 연화 온도 미만일 수 있다. 일 실시양태에서, 제1 온도는 약 500 ℃ 이하, 예컨대 약 400 ℃ 이하, 예컨대 약 300 ℃ 이하이다.
가열은 국지적 가열일 수 있고, 따라서 부품(들)과 계면층 사이의 계면 영역만 가열된다. 예를 들어, 부품(들) 또는 공구(예를 들어, 정형화 공구)의 표면 영역만 제1 온도로 가열된다. 그 영역은 상부 50 ㎛ 이상, 예컨대 100 ㎛ 이상, 예컨대 200 ㎛ 이상, 예컨대 400 ㎛ 이상, 예컨대 800 ㎛ 이상, 예컨대 1 ㎜ 이상, 예컨대 1.5 ㎜ 이상, 예컨대 2 ㎜ 이상, 예컨대 5 ㎜ 이상, 예컨대 1 ㎝ 이상, 예컨대 5 ㎝ 이상, 예컨대 10 ㎝ 이상을 의미할 수 있다. 별법으로, 계면층 및 관련된 전체 부품 및 정형화 공구의 적어도 실질적으로 전부가 제1 온도로 가열될 수 있다. 가열 단계는 어떠한 적당한 기술에 의해서도 수행될 수 있고, 예컨대 레이저, 유도 가열, 전도 가열, 플래쉬 램프, 전자 방전, 또는 그의 조합에 의해 수행될 수 있다. 가열 시간은 합금의 화학 조성에 의존할 수 있다. 예를 들어, 가열 시간은 250 초 이하, 예컨대 200 초 이하, 예컨대 150 초 이하, 예컨대 100 초 이하, 예컨대 50 초 이하일 수 있다.
열이력 - 배치/냉각
가열되어 연화된 조성물은 점성이 될 수 있고, 따라서 한 부품(또는 다수의 부품들)의 표면 상에 배치될 수 있다. 조성물은 그 표면의 일부 상에 배치될 수 있다. 표면이 함몰 부분을 가지는 일 실시양태에서, 조성물은 함몰 표면 부분 상에 배치될 수 있다. 가열 및/또는 배치 단계는 조성물이 공기와 반응하는 것을 방지하기 위해 적어도 부분 진공, 예컨대 실질적 진공, 예컨대 진공에서 수행될 수 있다. 일 실시양태에서, 진공 환경은 약 10-2 torr 이하, 예컨대 약 10-3 torr 이하, 예컨대 약 10-4 torr 이하일 수 있다. 별법으로, 가열 및/또는 배치 단계는 불활성 분위기, 예컨대 아르곤 또는 질소에서 수행될 수 있다.
상기한 바와 같이, 가열 전의 조성물은 그 부품의 표면과 접촉할 수 있거나 또는 접촉하지 않을 수 있다. 따라서, 다수의 부품이 포함된 일 실시양태에서, 배치 단계는 가열된 조성물을 제1 부품의 표면 상에 배치하고, 이어서 제2 부품을 그 조성물과 접촉시킴으로써 두 부품을 접합하는 것을 포함할 수 있다. 별법으로, 가열된 조성물을 제1 부품 및 제2 부품 양자 모두에 배치할 수 있고, 이어서, 두 부품을 가열된 조성물이 배치된 표면이 서로 향하게 하여 함께 합쳐서 함께 접합시킬 수 있다. 오직 하나의 부품만 포함된 다른 실시양태에서, 배치 단계는 부품의 표면 상에 이미 존재하는 조성물의 적어도 일부를 지정 영역(예를 들어, 함몰 표면)으로 이동시켜 거기에서 계면층/밀봉부를 성형하는 것을 의미할 수 있다.
배치 단계는 조성물을 표면 상에 요망되는 모양으로 정형화하는 것 및/또는 다른 추가의 가공 단계를 더 포함할 수 있다. 배치 시간은 합금의 화학 조성 및/또는 이용된 배치 기술에 의존할 수 있다. 예를 들어, 배치 시간은 250 초 이하, 예컨대 200 초 이하, 예컨대 150 초 이하, 예컨대 100 초 이하, 예컨대 50 초 이하일 수 있다. 일 실시양태에서, 배치 및 추가의 가공(예를 들어, 정형화) 단계는 동시에 일어날 수 있다. 별법으로, 그들은 순차적으로 일어날 수 있고, 추가의 가공은 예를 들어, 조성물을 표면 상에 배치한 후에 뒤따른다.
일 실시양태에서, 정형화 및/또는 성형을 포함하는 배치는 (기계적) 정형화 압력을 이용해서 수행될 수 있다. 이하에 기재된 바와 같이, 조성물을 가공하고 배치하는 데 이용되는 상이한 기술의 결과로 압력이 생성될 수 있다. 응용에 의존해서, 압력은 다양한 방법으로, 예컨대 전단 압력, 인장 압력, 압축 압력으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 압력은 연화된 합금 조성물을 부품의 함몰 표면 또는 캐비티 안에 밀어넣는 것을 도울 수 있고, 이렇게 해서 조성물은 그것이 경화(응고)될 때 주형의 모양으로 성형될 수 있다. 일 실시양태에서, 과냉 액체 영역에서 비정질 합금의 점도는 Tg에서의 1012 Pa·s에서부터 과냉 영역의 고온 한계라고 일반적으로 여기는 Tx에서의 105 Pa·s까지 다양할 수 있다. 과냉 영역에서 비정질 합금은 결정화에 대해 높은 안정성을 가지고, 고도의 점성 액체로 존재할 수 있다. 이러한 점도를 가지는 액체는 적용된 압력 하에서 실질적 소성 변형률을 겪을 수 있다. 고체와 대조적으로, 액체 비정질 합금은 국지적으로 변형할 수 있고, 이것은 절단 및 성형을 위해 요구되는 에너지를 대폭적으로 낮출 수 있다. 따라서, 일 실시양태에서, 배치 단계는 열가소성 성형을 포함할 수 있다. 열가소성 성형은 배치된 계면층에 큰 변형을 적용하여 정형화를 촉진하는 것을 허용할 수 있다. 절단 및 성형의 용이성은 합금, 주형 및 절단 공구의 온도에 의존할 수 있다. 온도가 증가함에 따라, 점도가 감소해서 더 용이한 성형을 허용한다.
배치 단계 동안 또는 배치 단계 후에 여러 기술을 이용해서 추가의 가공을 제공할 수 있다. 예를 들어, 배치 단계는 비정질 합금을 요망되는 구성으로 정형화 또는 성형하는 것을 포함한다. 정형화 또는 성형은 액체/연화된 조성물을 그것이 응고하기 전에 또는 응고할 때 요망되는 모양으로 되게 하는 것을 의미할 수 있다. 일 실시양태에서, 몰딩 단계는 합치, 전단, 압출, 오버몰딩, 오버캐스팅 또는 그의 조합을 적어도 하나의 작업에 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 추가의 가공 단계는 주형으로부터 몰딩된 물품을 분리하고/하거나 몰딩된 물품의 표면을 폴리싱하는 것을 포함할 수 있다. 추가의 가공 동안에 이들 기술의 어떠한 조합도 동시에 한 단계로 또는 다수의 순차적 단계로 수행될 수 있다.
예를 들어, 합치는 응고/경화 후 비정질 합금 조성물의 모양이 요망되는 모양, 예컨대 부품(들)의 일부의 모양으로 성형될 수 있도록 압력을 적용함으로써 수행될 수 있다. 다시 말해서, 비정질 합금 조성물이 제1 모양을 가지고 주형 합금 조성물이 제2 모양을 가지면(제2 모양은 제1 모양과 상이할 수 있음), 합치는 미리 정형화된 합금 조성물의 제1 모양이 변경되어 제2 모양(주형의 모양)으로 변하는 것을 허용할 수 있다. 부품이 주형인 경우, 합치는 액체/연화된 조성물을 주형의 캐비티 공간(또는 부품의 캐비티) 안으로 밀어넣는 것을 포함할 수 있고, 이렇게 함으로써, 냉각 후 얻는 몰딩된 물품이 주형의 캐비티의 모양을 취할 수 있다.
전단은 계면층 사이에 전단력을 적용함으로써 적용될 수 있다. 전단은 계면층의 이동 및 정형화를 촉진하고/하거나 계면층(응고 후)을 주형으로부터 분리하는 것을 촉진하기 위해 적용될 수 있다. 압출은 예를 들어 응고된/냉각된 밀봉부/계면층을 미리결정된 모양 또는 크기로 추가로 정형화하기 위해 적용될 수 있다. 별법으로, 압출은 배치 단계 동안에 적용될 수 있고, 따라서 조성물은 그것이 다이에 배치될 때 압출 다이(또는 주형)의 모양을 취할 수 있고, 이어서 응고할 수 있다. 오버몰딩 또는 오버캐스팅은 예를 들어 부품의 표면으로부터 과잉분의 계면층을 제거하거나 또는 부품의 함몰 표면(예를 들어, 캐비티, 언더컷 등)에 연화 조성물의 전달을 촉진하기 위해 적용될 수 있다.
이어서, 부품(들) 상에 배치된 연화된 조성물은 냉각되어 경화 또는 응고할 수 있다. 냉각 시간은 합금의 화학 조성에 의존할 수 있다. 냉각 단계 동안에는, 배치 단계 동안 적용된 압력이 유지될 수 있다. 압력은 배치 단계에서 이용된 압력과 비교해서 감소할 수 있거나, 동일할 수 있거나, 또는 증가할 수 있다. 따라서, 일 실시양태에서는, 적용된 압력을 이용해서, 냉각 단계 동안 계면층이 계속해서 정형화될 수 있다. 예를 들어, 냉각 시간은 250 초 이하, 예컨대 200 초 이하, 예컨대 150 초 이하, 예컨대 100 초 이하, 예컨대 50 초 이하일 수 있다. 냉각 단계는 가열 단계의 가열 속도와 상이하거나 또는 유사한 속도로 수행될 수 있다. 냉각 속도는 가열 단계의 가열 속도보다 높거나, 그보다 낮거나 또는 그와 동일한 속도로 수행할 수 있다.
일 실시양태에서는, 냉각 단계가 완료된 후에 또는 냉각 동안에 추가의 가공 단계가 계면층에 적용될 수 있다. 예를 들어, 생성된 계면층의 과잉분 물질을 스크래핑(scrap off)하거나 트리밍(trim)하기 위해 오버몰딩이 적용될 수 있고; 예를 들어, 과잉분은 부품(들)의 캐비티 또는 언더컷 밖으로 돌출한 부분일 수 있다. 추가의 단계, 예컨대 밀봉부 및/또는 부품을 기계적 힘, 예컨대 전단력에 의해 분리하는 것을 적용해서 주형 또는 일부 부품으로부터 계면층/밀봉부를 포함해서 생성물을 분리할 수 있다. 일 실시양태에서는, 계면층 및/또는 그것이 접촉하고 있는 부품(들)을 요망되는 크기 및 기하로 절단하는 추가의 단계를 적용할 수 있다. 절단 단계는 예를 들어 가열된 블레이드로 수행할 수 있다. 일 실시양태에서는, 절단하는 동안, 상기 방법 중 어느 것에 의해서든, 블레이드만 가열되거나, 블레이드 및 절단될 계면층 양자 모두가 가열된다.
도 2는 두 부품 사이에 밀봉부/계면층을 제조하는 방법의 한 예시적인 실시양태의 개략도를 제공한다. 도 2(a)는 제1 부품(1)을 나타낸다. 도 2(b)는 제1 부품(1)의 표면의 일부 상에 배치된 적어도 부분적으로 비정질인 합금을 포함하는 계면층(2)을 나타낸다. 또한, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이 제2 부품(3)의 표면 상에 계면층(2)이 배치될 수 있다. 제2 부품(3) 상에 배치하는 것은 조성물을 제2 부품(3) 상에 직접 배치함으로써 달성될 수 있거나, 또는 제2 부품(3)을 제1 부품(1) 상에 이미 배치된 조성물과 접촉시킬 수 있다. 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 계면층/밀봉부는 과잉 부분(21)을 가지고, 이것은 추가의 가공 단계, 예컨대 계면층(2)의 과잉분(21)을 기계적으로 스크래핑하여서 계면층(2)을 두 부품(1 및 3)과 같은 높이가 되게 하는 오버몰딩에 의해 제거할 수 있다. 최종 생성물은 도 2(d)에 도시된다. 본 출원에 제공된 도면은 예시적인 것이고, 그들 중 어느 것도 90°회전할 수 있음을 주목한다. 구체적으로, 부품 및 계면층은 수평 구성으로 배열되지만, 그들은 제1 부품(1) 위에 계면층(2)이 있고 그 위에 제2 부품(3)이 있거나, 또는 그 반대 순서로 수직 구성으로 배열될 수 있다.
대부분의 실시양태에서 비정질 조성물은 어떠한 결정질 상도 획득하지 않아야 하기 때문에, 냉각이 비정질 합금 제조에 필요한 것만큼 빠를 필요는 없다는 점을 주목한다. 조성물은 조성물의 Tg 미만으로, 예컨대 최종적으로는 주변 온도로 냉각될 수 있다. 얻은 냉각된 조성물은 적어도 부분적으로 비정질이고, 예컨대 적어도 실질적으로 비정질이고, 예컨대 완전히 비정질이다. 2 개의 금속 부품이 있는 일 실시양태에서, 비정질 합금 계면층은 두 금속 부품 사이에 기계적 맞물림을 생성할 수 있고, 부품으로부터 계면층으로 금속종의 상호확산이 거의 일어나지 않는다.
일부 실시양태에서, 비정질 합금의 가열 이력은 누적적일 수 있다. 따라서, 가열 이력에서 총 가열 시간이 결정 형성을 촉발하는 시간보다 적기만 한다면, 가열, 배치 및 냉각 단계는 여러 번 반복될 수 있다. 이것은 계면층 및 부품의 재정형화, 재몰딩 및/또는 재결합 능력을 가진다는 예상 밖의 이점을 제공할 수 있다.
계면층 또는 밀봉부 성형
상기 방법의 결과로 비정질 합금을 포함하는 계면층 또는 밀봉부는 몇 가지 바람직한 성질을 가질 수 있다. 서두에서, 상기한 바와 같이, 냉각된 계면층/밀봉부는 가열 단계 전에 합금 조성물의 적어도 부분적으로 비정질 상을 보유한다. 일 실시양태에서, 밀봉부/계면층은 적어도 실질적으로 비정질이고, 예컨대 완전히 비정질이다.
일 실시양태에서, 계면층 또는 밀봉부는 두(또는 그 초과) 부품 사이에 결합부(bond)로서 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 그것은 비정질 합금에 관해서 상기한 성질(예를 들어, 기계적, 화학적 성질 등) 중 어느 것도 나타낼 수 있다. 일 실시양태에서, 계면층/밀봉부는 계면층/밀봉부 성형에 이용된 부품(들) 또는 공구와 실질적으로 동일한 마이크로구조를 가진다. 예를 들어, 주형, 또는 그 방법 동안에 이용되는 공구 중 어느 것도 계면층/밀봉부와 동일한 마이크로구조를 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 계면층/밀봉부 및 공구 및 부품은 실질적으로 비정질이고, 예컨대 완전히 비정질이다. 따라서, 일 실시양태에서, 냉각된 계면층/밀봉부의 적어도 하나의 치수는 합금 조성물의 임계(캐스팅) 두께보다 더 크다. 계면층/밀봉부의 두께는 상기한 값 중 어느 것도 될 수 있다. 하나 초과의 계면층이 성형되며 두께가 증가할 수 있다. 예를 들어, 밀봉부/계면층 위 또는 아래에 제2 또는 제3 층이 형성될 수 있거나, 또는 도 5(d) - 5(e)에 나타낸 바와 같이, 그 옆면에 이들 추가의 층이 형성될 수 있다.
계면층은 또한 준정형을 가질 수 있다. 본원에서 "준정형(near net shape)"은 최종 생성물의 최종 기하와 실질적으로 유사한 기하를 의미한다. 일 실시양태에서, 성질 중 이 준정형 성질은 최소한의 후가공을 필요로 한다는 예상 밖의 이점을 제공할 수 있다.
본원에 기술된 방법은 비정질 적용 조성물로 제조된 결합부가 납땜 또는 브레이징(braising) 같은 통상의 방법보다 더 낮은 온도에서 형성되는 것을 허용한다. 또한, 본원에 기술된 방법은 놀랍게도 냉각 단계 동안 매우 작은 부피 수축으로 계면층 또는 밀봉부의 제작을 허용할 수 있고; 이것은 브레이징 같은 통상의 결합 방법과는 엄연히 대조되는 것이다. 일 실시양태에서, (부품의 표면 상에 배치된 복합체와 비교해서 성형된 계면층/밀봉부의) 부피 수축률은 약 1% 미만, 예컨대 약 0.8% 미만, 에컨대 약 0.6% 미만, 예컨대 약 0.5% 미만, 예컨대 약 0.3% 미만, 예컨대 약 0.2% 미만, 예컨대 약 0.1% 미만, 예컨대 약 0.09% 미만일 수 있다. 이러한 작은 부피 수축률은 계면층 또는 밀봉부와 부품(들) 사이의 친밀 접촉을 허용할 수 있고; 그 결과로, 상기한 바와 같이, 밀봉부가 유체 불투과성일 수 있다.
또한, 본원에 기술된 계면층/밀봉부는 밀봉부를 통해서 또는 밀봉부와 그것이 결합된 구조적 구성요소 성분 사이의 계면층에서 종종 어느 정도 양의 누출을 나타내는 통상의 밀봉부와 비교해서 계면층-부품 어셈블리의 밀봉, 결합 및 체결의 질을 개선할 수 있다. 예를 들어, 계면층은 그것이 접촉하는 각 부품의 표면(및 그들 표면 각각)과 친밀 접촉할 수 있다. 상기한 바와 같이, 본원에 기술된 계면층/밀봉부의 접촉은 실질적 또는 완전한 접촉일 수 있다. 두 부품이 있는 일 실시양태에서, 계면층은 두 부품 사이에 효과적인 밀봉부를 성형한다. 통상의 브레이징 또는 납땜 공정과 대조적으로, 밀봉부로서 비정질 합금을 사용하는 것의 추가의 한 이점은 정형화동안 비정질 합금이 부품의 표면을 화학적으로 공격하거나 또는 부식시키지 않는다는 점이다. 다시 말해서, 부품과 계면층 사이에 화학종 또는 원소의 최소의 상호확산이 있다. 일 실시양태에서, 본원에 기술된 방법 및 성형된 계면층/밀봉부는 부품(들)의 원소들이 성형된 계면층/밀봉부에 용해 및/또는 확산하는 것을 허용하지 않는다. 따라서, 그 원소가 배치 단계 전에 계면층의 합금 조성물에 이미 존재하는 공통 원소가 아니면, 결과적으로 얻는 계면층/밀봉부에는 그것이 접촉하는 부품으로부터의 원소가 실질적으로 없다.
밀봉부-부품 어셈블리는 많은 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 일 실시양태는 제1 표면을 갖는 제1 부품 및 제1 표면의 일부 위에 배치된 밀봉부, 예컨대 허메틱 밀봉부를 포함하는 물품을 제공하고, 여기서, 밀봉부는 적어도 부분적으로 비정질인 조성물을 포함한다. 상기한 바와 같이, 부품은 중실이거나 중공일 수 있고, 따라서, 제1 표면은 제1 부품의 내부에 있을 수 있거나, 또는 제1 부품의 외부에 있을 수 있다. 조성물은 그의 바람직한 성질을 갖는 상기 조성물 중 어느 것도 될 수 있다. 일 실시양태에서, 밀봉부는 비정질 합금 조성물의 임계 캐스팅 두께보다 큰 적어도 하나의 치수를 가질 수 있다.
어셈블리는 예를 들어 도 3(a)-3(b)에 도시된 형태를 취할 수 있다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 계면층(2)이 성형되어 부품들(1 및 3) 사이의 결합 요소로서 쓰인다. 부품은 예를 들어 전자 기기의 하우징의 2개 편일 수 있다. 두 부품은 정렬될 필요는 없다. 예를 들어, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 제1 부품은 함몰 표면(즉, 캐비티)(11)을 가질 수 있고, 계면층(2)이 캐비티(11) 안에 도입되어 제1 부품의 캐비티에 끼워 맞춰진 제2 부품(3)에 결합한다. 계면층(2)은 캐비티의 하부의 표면(12) 상에 적층될 수 있거나 또는 캐비티의 옆면의 표면(12 또는 14) 상에 있을 수 있다. 따라서, 제2 부품(3)은 제1 부품(1)에 표면들(12, 13 및 14) 중 어느 것에서든, 또는 그의 조합에서든 계면층(2)에 의해 결합될 수 있다. 캐비티가 원형 모양(즉, 복수의 별개의 옆면이 없음)인 경우에, 계면층은 부품(1)의 캐비티(11)의 하부에서, 또는 부품(1)의 캐비티(11) 안에 부품(3)이 삽입될 때는 하부를 포함해서 부품(3) 둘레에서 표면 위에 배치될 수 있고, 캐비티(11) 내의 부품(3)의 일부 둘레에 주변 밀봉을 제공한다.
별법으로, 계면층은 두 부품을 결합하는 데 이용되는 대신, 오직 한 부품 위에서 밀봉부 또는 계면층을 성형하는 데 이용된다. 도 4(a) - 4(b)에 나타낸 바와 같이, 계면층(2)이 함몰 표면(또는 상황에 의존해서, 캐비티 또는 언더컷) 상에서 성형될 수 있다. 계면층은 캐비티를 부분적으로 채우거나, 실질적으로 전체 캐비티를 채우거나 또는 전체 캐비티를 채우도록 성형될 수 있다. 도 4(a) 및 4(b)의 3차원 도표에서, 밀봉부는 함몰 표면의 캐비티의 구성에 의존해서 예를 들어 제1 부품(1)의 전체 주변을 둘러쌀 수 있거나, 또는 제1 부품(1)의 주변의 일부를 둘러쌀 수 있다.
상기한 바와 같이, 계면층 성형 방법은 여러 번 반복될 수 있다. 이것은 부품들 사이에서 또는 부품 위에서 계면층의 재정형화 및 재성형을 허용할 수 있다. 일 실시양태에서는, 반복된 방법을 이용해서 하나 초과의 계면층을 성형할 수 있다. 도 5(a) - 5(d)는 이러한 방법을 도시한다. 상기한 바와 같이, 도 5(a) - 5(b)에 나타낸 바와 같이 계면층(2)이 제1 부품(1)의 표면 상에 배치되거나 또는 그 위에 성형될 수 있다. 계면층과 제2 부품(3)을 접촉시키기 전에, 제2 계면층/밀봉부(4) 층을 성형할 수 있고, 제2 계면층/밀봉부(4)는 제1 계면층(2)의 적어도 일부와 닿고; 도 5(c) - 5(d)를 참조한다. 이 제2 추가의 계면층(4)은 제1 계면층(2)과 동일한 화학 조성 및 마이크로구조를 가질 수 있거나, 또는 그것은 계면층(2)과 상이한 화학 조성 및/또는 마이크로구조를 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 제2 계면층(4)은 적어도 부분적으로 비정질이고, 예컨대 실질적으로 비정질이고, 예컨대 완전히 비정질인 조성물을 포함할 수 있다. 일 실시양태에서, 제1 계면층(2)은 밀봉부, 예컨대 허메틱 밀봉부의 한 부분일 수 있고, 따라서, 제2 계면층은 추가의 계면층 또는 밀봉부로 작용할 수 있다.
이어서, 제2 부품(3)을 제2 계면층(4)과 접촉시킬 수 있거나; 또는 별법으로, 제2 층(4)의 일부를 제2 부품(3) 상에 배치하여 두 부품(1 및 3)을 합쳐서 전체 제2 층(4)을 형성한다. 일 실시양태에서는, 제1 계면층(2)이 제1 부품(1)과 제2 부품(3) 사이에 개재되어 그 사이에서 결합 요소로 쓰인다. 도 5(c)를 참조한다. 별법으로, 제2 계면층(4)이 제1 계면층(2) 위에 배치되어야 할 필요는 없다. 예를 들어, 제2 밀봉부/계면층은 또한 제1 계면층(2)에 수직인 면 상에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 이 실시양태에서는, 제2 계면층/밀봉부가 또 다른 방향에서 밀봉부를 제공할 수 있다. 제2 층(4)은 제1 계면층(2)의 한 면 상에 또는 양면 상에 있을 수 있고, 제2 계면층(4)은 추가로 제1 부품(1), 제2 부품(3) 또는 양자 모두와 접촉할 수 있다. 일 실시양태에서, 제2 계면층(4)은 제1 부품 - 제1 계면층 - 센드(send) 어셈블리 둘레에 고리를 형성한다. 또한, 접촉은 전기 접촉을 의미할 수 있다. 별법으로, 접촉은 상기한 바와 같이 친밀 접촉을 의미할 수 있다.
계면층 또는 밀봉부를 성형하는 다른 방법
계면층/밀봉부를 성형하는 또 다른 예시적인 방법은 가열되어 부품(들) 상에서 정형화/배치되기 전의 원료 물질로 쓰이는 비정질 합금 조성물을 형성하는 단계(들)를 더 포함한다. 추가 단계는 (1) 합금 공급원료를 제공하고; 공급원료를 공급원료의 용융 온도 Tm 초과의 제1 온도로 가열하고, (3) 가열된 공급원료를 공급원료의 유리 전이 온도 Tg 미만의 제2 온도로 급랭하여 적어도 부분적으로 비정질인 합금의 조성물을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 형성된 조성물은 상기 방법들을 거쳐서 계면층/층으로 정형화될 수 있다. 비정질 조성물을 제조하는 단계를 포함하는 계면층을 성형하는 일 실시양태가 도 6에 도시되어 있다. 최종 계면층/밀봉부는 그의 임계 캐스팅 두께보다 큰 적어도 하나의 치수를 가질 수 있다.
이 실시양태의 공급원료가 비정질일 필요는 없다. 일 실시양태에서, 공급원료는 적어도 부분적으로 결정질이고, 예컨대 적어도 실질적으로 결정질이고, 예컨대 완전히 결정질이다. 공급원료는 어떠한 모양 또는 형태도 될 수 있다. 예를 들어, 그것은 시트형, 플레이크형, 막대형, 와이어형, 입자형 또는 그 사이의 어떠한 것도 될 수 있다. 결정질 합금으로부터 비정질 합금을 제조하는 기술이 알려져 있고, 본원에서는 공지된 방법 중 어느 것도 조성물 제조에 이용될 수 있다. 본원에서는 성형 방법의 상이한 예들을 기술하지만, 다른 유사한 성형 방법 또는 이러한 방법의 조합도 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 공급원료를 급랭하기 전에 TTT 도표를 이용해서 적당한 냉각 속도 및/또는 공급원료를 가열할 온도를 결정할 수 있다. 제공된 시트, 쇼트, 또는 어떠한 모양의 공급원료도 작은 임계 캐스팅 두께를 가질 수 있지만, 최종 부품은 임계 캐스팅 두께보다 더 얇거나 또는 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
허메틱 밀봉부 성형
다른 실시양태는 제1 표면을 갖는 캐비티를 갖는 것을 포함하는 제1 부품; 캐비티 내의 공간에 적어도 부분적으로 위치하며 외부에 제2 표면을 갖는 제2 부품; 및 제1 표면의 일부 및 제2 표면의 일부와 접촉하는 허메틱 밀봉부를 포함하는 물품을 제공한다. 제2 부품은 예를 들어 금속을 포함하는 와이어일 수 있고; 제1 부품은 예를 들어 중공 실린더일 수 있고 금속 산화물, 예컨대 산화알루미늄을 포함한다. 도 7은 이러한 일 실시양태를 제공하고, 제1 부품(1)이 중공 실린더이고, 제2 부품(3)이 와이어이고, 계면층/밀봉부(2)가 그 사이에서 성형된다. 밀봉부는 전술된 조성물 중 임의의 조성물일 수 있다. 일 실시양태에서, 제2 부품(예를 들어, 금속 와이어)의 적어도 일부가 제1 부품(예를 들어, 금속 산화물 실린더)의 캐비티 밖으로 돌출할 수 있다. 일 실시양태에서, 밀봉부는 허메틱 밀봉부일 수 있고, 밀봉부는 약 1.2% 이상, 예컨대 약 1.5% 이상, 예컨대 약 2.0% 이상의 극한 탄성 변형률을 가진다. 허메틱 밀봉부는 또한 전자 기기의 하우징의 2개 편, 예컨대 휴대폰, 컴퓨터, 디스플레이 등의 하우징의 2개 편들 사이의 밀봉부일 수 있다. 또한, 밀봉부는 하나 초과의 부품과 친밀 접촉할 수 있고; 예를 들어, 밀봉부의 일부는 제2 부품, 제3 부품 등과 친밀 접촉하여 이들 부품 모두 사이에 효과적인 밀봉부를 성형할 수 있다.
또 다른 실시양태는 제1 함몰 표면을 갖는 제1 부품 및 제1 표면 위에 배치된 허메틱 밀봉부를 포함하고, 허메틱 밀봉부가 상기 방법 중 어느 것에 의해서도 성형되는 물품을 제공한다. 함몰 표면은 예를 들어 언더컷 또는 캐비티일 수 있다. 이 방법은 예를 들어 유리 전이 온도 Tg 및 결정화 온도 Tx를 가지고 적어도 부분적으로 비정질인 조성물을 제공하고; 적어도 제1 함몰 표면을 가지는 제1 부품을 제공하고; 조성물을 Tx 미만의 제1 온도로 가열하고; 가열된 조성물을 제1 함몰 표면의 일부 상에 배치하여 밀봉층을 성형하고; 밀봉층을 Tg 미만의 제2 온도로 냉각하여 제1 부품 위에 허메틱 밀봉부를 성형하는 것을 포함할 수 있다. 상기한 바와 같이, 결정이 형성되지 않기만 한다면, 가열, 배치 및 냉각 단계는 반복될 수 있다. 일 실시양태에서, 조성물은 비정질인 합금으로 본질적으로 이루어진다.
비정질 합금을 이용하여 밀봉부, 예컨대 허메틱 밀봉부를 성형하는 것은 통상의 방법에 비해 몇 가지 놀라운 이점을 가질 수 있다. BMG는 최적 성질을 얻기 위해 후속 처리할 필요가 없기 때문에, BMG의 통상의 기계가공을 이용하여 허메틱 밀봉부를 성형하는 것은 도전적일 수 있다. 추가로, 벌크 응고형 합금을 용융하고 캐스팅하는 데 요구되는 온도는 주형 캐비티를 너무 빨리 마모시키는 경향이 있어서 최종 부품 상의 허메틱 밀봉부의 양호한 균일한 내성을 얻은 것은 도전일 수 있다. 이것은 더 작고 더 복잡한 부품에 특히 해당된다. 또한, 통상의 방법의 높은 캐스팅 온도는 벌크 비정질 합금을 오버캐스팅하여 온도 민감성 성분과 짝맞춤할 때 어셈블리에 대한 도전을 제기한다. 게다가, 벌크 비정질 합금의 임계 캐스팅 두께는 최종 부품의 두께 치수를 제한한다. 본원에 기술된 방법은 이러한 도전을 극복한다.
예를 들어, 상기한 성형 방법의 결과로, 부품으로부터 원소의 최소 확산이 일어난다. 따라서, 밀봉부에는 부품(들)으로부터 확산된 원소가 실질적으로 없고, 예컨대 부품(들)으로부터 확산된 원소가 전적으로 없다. 이것은 계면층의 오염 및/또는 부품 표면(들)의 부식을 피하는 이점을 가질 수 있다. 일부 공통 원소를 부품(들)과 공유하는 계면층의 경우, 이렇게 확산이 없다는 것은 계면층에 이미 존재하는 공통 원소의 존재와 대조적으로 부품(들)으로부터 원소의 확산을 의미한다.
실시양태의 응용
계면층 및 밀봉부에 의해 제공된 친밀 접촉 때문에, 계면층 및 밀봉부는 다양한 응용에 이용될 수 있다. 계면층/합금은 납땜 매스(solder mass), 케이스 밀봉, 기밀 또는 방수 응용을 위한 전기 리드, 리벳, 결합, 체결 부품으로서 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 중공 실린더 밖으로 돌출하는 금속 함유 와이어 사이에 비정질 함금을 갖는 밀봉부가 성형되는 일 실시양태에서, 밀봉부는 방수 기밀 밀봉부를 제공할 수 있다. 이러한 밀봉부는 허메틱 밀봉부일 수 있다. 또한, 상기 와이어 및 실린더 어셈블리는 다양한 기기의 부품일 수 있다. 예를 들어, 그것은 바이오-임플란트의 부품일 수 있다. 예를 들어, 코클리어(Cochlear) 임플란트의 경우, 밀봉부는 방수/기밀 밀봉부 및 전기/신호 전도체에 이용된다. 별법으로, 밀봉부는 분석 장비에서 다이아몬드 윈도우를 밀봉하는 데 이용될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 밀봉부는 전기 커넥터의 한 부분이고, 제1 중공 부품이 예를 들어 그의 바깥 쉘이다.
별법으로, 그것은 예를 들어 전자 기기의 하우징 또는 그의 전기 상호커넥터의 부품 같은 전자 기기의 부품일 수 있다. 예를 들어, 일 실시양태에서는, 계면층 또는 밀봉부를 이용해서 전자 기기의 하우징의 두 부품을 연결하고 결합하여 유체 불투과성 밀봉부를 생성해서 효과적으로 기기가 방수성 및 기밀성이 되게 함으로써 유체가 기기의 내부에 들어갈 수 없다.
본원의 전자 기기는 당업계에 알려진 어떠한 전자 기기도 의미할 수 있다. 예를 들어, 그것은 전화기, 예컨대 휴대폰 및 유선전화기, 또는 예를 들어 아이폰(iPhone)™을 포함해서 스마트폰, 및 전자 이메일 송신/수신 기기 같은 어떠한 통신 기기도 될 수 있다. 그것은 디스플레이, 예컨대 디지털 디스플레이, TV 모니터, 전자책 리더, 휴대용 웹 브라우저(예를 들어, 아이패드(iPad)™) 및 컴퓨터 모니터의 부품일 수 있다. 또한, 그것은 휴대용 DVD 플레이어, 통상의 DVD 플레이어, 블루-레이(Blue-Ray) 디스크 플레이어, 비디오 게임 콘솔, 음악 플레이어, 예컨대 휴대용 음악 플레이어(예를 들어, 아이팟(iPod)™) 등을 포함해서 엔터테인먼트 기기일 수 있다. 또한, 그것은 이미지, 비디오, 사운드의 스트리밍을 제어하는 것 같이 제어를 제공하는 기기(예를 들어, 애플 TV™)의 부품일 수 있거나, 또는 그것은 전자 기기의 원격 제어기일 수 있다. 그것은 컴퓨터 또는 그의 부속품의 부품, 예컨대 하드 드라이버 타워 하우징 또는 케이싱, 랩톱 하우징, 랩톱 키보드, 랩톱 트랙 패드, 데스크톱 키보드, 마우스 및 스피커의 부품일 수 있다. 또한, 밀봉부는 손목시계 또는 시계 같은 기기에도 적용될 수 있다.
본 출원에서 인용된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.

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  1. 제1항에 기재된 물품.
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