纳米金属玻璃线制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米金属玻璃线制备方法，将母合金放置在坩埚中，利用感应加热至熔点以上250‑300K，利用坩埚内母合金溶体以超快速冷却温度熔点温度以下某一温度，然后将其挤压进坩埚底部喷嘴中，然后进入雾化装置中，气体喷嘴由12‑24个沿周向分布的直径0.3‑0.6mm的喷嘴构成，喷嘴向装置中心倾斜，与垂直方向夹角22‑35º，雾化介质为氩气，压力Pg=8‑20MPa，得到的金属玻璃线束的直径在200‑1200nm之间，可用于催化介质、数据存储介质、电子元器件和光学器件等领域。

Preparation of nanoscale glass wire

The invention relates to a preparation method of nano metal glass line, the master alloy is placed in the crucible, by induction heating to above the melting point of 250 300K solution of the ultra fast cooling temperature melting temperature below a certain temperature by using the crucible master alloy, and then extruded into the crucible bottom nozzle, and then enters the atomizing in the device, the gas nozzle is composed of 12 24 along the circumferential distribution of the diameter of 0.3 0.6mm nozzle, the nozzle device is tilted to the center, and the vertical angle of 35 degrees 22, atomizing medium argon pressure, Pg=8 20MPa metallic glass line received beam diameter between 200 1200nm, can be used for the field of catalysis, media data storage media, electronic components and optical devices, etc..

【技术实现步骤摘要】
纳米金属玻璃线制备方法
本专利技术涉及一种纳米金属玻璃线制备方法，属于材料制备领域，特别是涉及一种纳米尺寸的金属玻璃线束的制备方法。
技术介绍
金属玻璃，又名非晶合金，由于具备超高的强度、热塑成型性、耐腐蚀性、软磁性能等优势，成为纳米尺度电子元器件的理想材料。金属玻璃还可以用于微纳尺寸的电化学器件、催化器、数字存储单元、磁性传感器等领域。而非晶合金纳米线因具有特殊的结构和纳米尺寸效应，可望应用于催化介质、数据存储介质、电子元器件和光学器件等领域。采用注射模、干湿刻等方法可制备纳米金属玻璃线，但效率低、长度有限、成本高。采用大变形剪切方法虽然可制备纳米金属玻璃线，但一方面制备线束的长度受限，另一方面线束的圆度有待提高。目前，无成熟、稳定方法制备纳米金属玻璃线。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供纳米金属玻璃线的制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：纳米金属玻璃线制备方法：1)将目标母合金放置在坩埚中，并利用感应加热方法将其加热熔化，加热温度T＝Tm+X，其中Tm为熔点，X为过热值，在250-300K之间；2)利用热物理方法计算合金凝固成金属玻璃的临界冷却速度Vc，以及具备超塑性变形能力的过冷度区间ΔTx，利用快速冷却装置将坩埚内母合金溶体以大于Vc的冷却速度冷却至温度Tin，且Tm-Tin≤ΔTx；3)然后利用0.05-0.5MPa的压力Pl将母合金液体流挤近连接坩埚底部的直径4-10mm的喷嘴中，喷嘴连接压缩气体和雾化装置；4)雾化装置中气体喷嘴由12-24个沿周向分布的直径0.3-0.6mm的喷嘴构成，喷嘴向装置中心倾斜，与垂直方向夹角22-35°，雾化介质为氩气，压力Pg＝8-20MPa；5)得到的金属玻璃线束的直径在200-1200nm之间，且线束直径随Pg增大而减小；纳米金属玻璃线制备方法，对于铂基金属玻璃Tin＝700-770K，对于锆基金属玻璃Tin＝1050-1103K，对于铁基金属玻璃Tin＝1250-1290K；技术说明如下：将目标母合金放置在坩埚中，并利用感应加热方法将其加热熔化，加热温度T＝Tm+X，其中Tm为熔点，X为过热值，在250-300K之间；一定的过热度可确保母合金溶体的流动性。当过热值X低于250K时，会导致溶体粘度较大，不利于后续的挤压和快速凝固；当过热值超过300K时，对流动性贡献不大，且同时会影响坩埚寿命；因此优选过热值X在250-300K之间。利用热物理方法计算合金凝固成金属玻璃的临界冷却速度Vc，以及具备超塑性变形能力的过冷度区间ΔTx，利用快速冷却装置将坩埚内母合金溶体以大于Vc的冷却速度冷却至温度Tin，且Tm-Tin≤ΔTx；Vc是确保快速冷却后溶体不会发生结晶的根本条件，否则得不到金属玻璃，及非晶合金。因此冷却过程中需要将冷速控制在Vc以上。控制Tm-Tin≤ΔTx是确保冷后的熔体仍具备良好的热塑变形能力，否则在坩埚底部的挤压过程中会发生裂纹或者断裂，直接影响后续的雾化过程。然后利用0.05-0.5MPa的压力Pl将母合金液体流挤近连接坩埚底部的直径4-10mm的喷嘴中，喷嘴连接压缩气体和雾化装置；0.05-0.5MPa的挤压力是确保熔体以一定的速度进入雾化区，从而确保后续的雾化过程。当挤压力低于0.05MPa时，速度较慢，会导致后续的雾化过程不连续，不能形成稳定的线束；当挤压力超过0.5MPa时，由于压力过大，容易使得熔体发生快速断裂，容易生成尺寸细小的球体而不是线束。因此，优选挤压力是0.05-0.5MPa。当压力0.08-0.35MPa之间时，效果更好；当压力0.12-0.28MPa之间时，效果最好；坩埚底部直径为4-10mm，一方面是考虑到整体设备的连续性，尤其是坩埚容积、雾化效率的匹配；另一方面是过冷熔体的变形量，以确保不出现缺陷。当尺寸低于4mm，会导致变形量过大，影响熔体变形量和缺陷发生率；当尺寸超过10mm，会影响熔滴后续的雾化效果，导致生成的线束尺寸过大，甚至导致生成颗粒状，而不是线状的金属玻璃。因此，优选坩埚喷嘴直径是4-10mm。当喷嘴直径4.5-8.5mm之间时，效果更好；当喷嘴直径5.5-7.5mm之间时，效果最好；雾化装置中气体喷嘴由12-24个沿周向分布的直径0.3-0.6mm的喷嘴构成，喷嘴向装置中心倾斜，与垂直方向夹角22-35°，雾化介质为氩气，压力Pg＝8-20MPa；当喷嘴直径0.35-0.55mm之间时，效果更好；当喷嘴直径0.40-0.50mm之间时，效果最好；采用多个沿周向布置的喷嘴同时工作，有利于增加雾化过程的均匀性。选用氩气为雾化介质，压力是8-20MPa。当压力低于8MPa时，不能稳定的产出线束，会出现球体和线束混合的状态；当压力超过20MPa时，则会出现大量球体的金属玻璃生成，线束大量减少。因此，优选压力是8-20MPa。当雾化压力10-18MPa之间时，效果更好；当雾化压力12-16MPa之间时，效果最好；得到的金属玻璃线束的直径在200-1200nm之间，且线束直径随Pg增大而减小。纳米金属玻璃线制备方法，对于铂基金属玻璃Tin＝700-770K，对于锆基金属玻璃Tin＝1050-1103K，对于铁基金属玻璃Tin＝1250-1290K；本专利技术的优点及有益效果：本专利技术方法提供了纳米金属玻璃线的制备方法，线径200-1200nm之间；具体实施方式以下结合优选实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。选取铂基金属玻璃、锆基金属玻璃、铁基金属玻璃作为目标合金放置在坩埚中，并利用感应加热方法将其加热熔化，加热温度T和过热度X见表1；计算上述合金凝固成金属玻璃的临界冷却速度Vc，以及具备超塑性变形能力的过冷度区间ΔTx，利用快速冷却装置将坩埚内母合金溶体以大于Vc的冷却速度冷却至温度Tin，具体参数见表1；通过压力Pl将母合金液体流挤近连接坩埚底部的喷嘴中，Pl和坩埚喷嘴尺寸见表1；雾化装置中气体喷嘴直径，与垂直方向夹角，雾化氩气压力值等见表1。利用扫描电镜、XRD，差热计等对制得的线束进行尺寸和结构检测。实施例1-2：目标母合金是铂基金属玻璃，熔点是803K，制备工艺参数见表1。经检测：线束直径为500nm，XRD结果显示是金属玻璃。实施例3-4：目标母合金是锆基金属玻璃，熔点是1148K，制备工艺参数见表1。经检测：线束直径为760nm，XRD结果显示是金属玻璃。实施例5-6：目标母合金是铁基金属玻璃，熔点是1298K，制备工艺参数见表1。经检测：线束直径为980nm，XRD结果显示是金属玻璃。对比例1：目标母合金是铂基金属玻璃，熔点是803K，制备工艺参数见表1。经检测：球状和线束的混合体，XRD结果显示是金属玻璃。对比例2：目标母合金是锆基金属玻璃，熔点是1148K，制备工艺参数见表1。经检测：球状和线束的混合体，XRD结果显示部分是金属玻璃。对比例3：目标母合金是铁基金属玻璃，熔点是1298K，制备工艺参数见表1。经检测：球状和块状颗粒，XRD结果显示部分是金属玻璃。通过上述实施例可知，本专利技术可实现直径200-1200nm金属玻璃线的制备，可望应用于催化介质、数据存储介质、电子元器件和光学器件等领域。以上所述实施例仅表达了本专利技术的具体实施方式，但并不能因此理解为对本专利技术专利本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米金属玻璃线制备方法，其特征在于：1）将目标母合金放置在坩埚中，并利用感应加热方法将其加热熔化，加热温度T=Tm+X，其中Tm为熔点，X为过热值，在250‑300K之间；2）利用热物理方法计算合金凝固成金属玻璃的临界冷却速度Vc，以及具备超塑性变形能力的过冷度区间ΔTx，利用快速冷却装置将坩埚内母合金溶体以大于Vc的冷却速度冷却至温度Tin，且Tm‑Tin≤ΔTx；3）然后利用0.05‑0.5MPa的压力Pl将母合金液体流挤近连接坩埚底部的直径4‑10mm的喷嘴中，喷嘴连接压缩气体和雾化装置；4）雾化装置中气体喷嘴由12‑24个沿周向分布的直径0.3‑0.6mm的喷嘴构成，喷嘴向装置中心倾斜，与垂直方向夹角22‑35º，雾化介质为氩气，压力Pg=8‑20MPa；5）得到的金属玻璃线束的直径在200‑1200nm之间，且线束直径随Pg增大而减小。

【技术特征摘要】
1.纳米金属玻璃线制备方法，其特征在于：1）将目标母合金放置在坩埚中，并利用感应加热方法将其加热熔化，加热温度T=Tm+X，其中Tm为熔点，X为过热值，在250-300K之间；2）利用热物理方法计算合金凝固成金属玻璃的临界冷却速度Vc，以及具备超塑性变形能力的过冷度区间ΔTx，利用快速冷却装置将坩埚内母合金溶体以大于Vc的冷却速度冷却至温度Tin，且Tm-Tin≤ΔTx；3）然后利用0.05-0.5MPa的压力Pl将母合金液体流挤近连接坩埚底部的直径4-10mm的喷嘴中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，
申请(专利权)人：张家港创博金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32