一种低熔点金属的连续成型方法技术

本发明专利技术公开了一种低熔点金属的连续成型方法，将液态低熔点金属均匀地注射至通电状态下的中性导电基质液中，且在注射的过程中控制注射头匀速地移动，移动速度控制为5～100mm/s，从而使得液态低熔点金属在导电基质液中形成连续的金属。该方法简单，易于操作，且能有效解决低熔点金属表面张力强而难以连续成型的问题。

A continuous forming method of low melting point metal

【技术实现步骤摘要】
一种低熔点金属的连续成型方法
本专利技术属于金属成型
，具体涉及一种低熔点金属的连续成型方法。
技术介绍
低熔点金属/合金是指熔点在300℃以下，一般为60～200℃的金属及其合金。低熔点金属包括铋、锡、铅、铟、镓、铷和铯等。由于这类金属的熔点低，加热后容易转变为流体形式，因此也称为液态金属。这类金属具有熔点低、导电性强、流动性强等特性，可用于各种变形器件的制备及修复，在医疗、电子等领域中已经得到了广泛的应用。但经过研究和实验发现，这类液态金属由于其表面张力强的原因，常形成球形的液滴状态，很大程度上限值了其连续成型的应用。在公开号为CN108837719A的中国专利申请中，云南科威液态金属谷研发有限公司公开了一种液态金属液滴形成装置，包括液态金属液滴发生器和第一微量注射泵，液态金属液滴发生器包括发生块、第一管道和第二管道；发生块内部开设有通孔，第一管道的第一端和第二管道的第一端分别自通孔的两端伸入通孔内，且两者同轴并相对设置；第一微量注射泵的输出端连接第一管道的第二端，以向第一管道内输入液态金属，并将液态金属自第二管道的第一端推入第二管道内。该装置能够对液态金属液滴的尺寸和分布进行精确控制，使其形成的液态金属液滴尺寸均匀，但无法实现液态金属的连续成型。公开号为CN106654503A的中国专利申请中，公开了一种基于液态金属的气控变形天线，包括柔性流道、液态金属、气囊和气泵，所述液态金属和所述气囊均设置在所述柔性流道内部，所述气泵设置在所述柔性流道外部，用于为所述气囊充气或吸气。其利用气泵向所述气囊内充气使其体积膨胀，或由所述气囊吸气使其体积收缩，从而控制柔性流道内的液态金属在内部流道中移动，进而形成特定的形状。一方面，气控的过程相对复杂较难控制，另一方面，液态金属容易形成液滴，且液滴间易形成氧化膜，而导致天线的导电性能受到影响。另一件公开号为CN209183284U的中国技术专利公开了一种液态金属导线，其包括中空的弹性绝缘外壳，在弹性绝缘外壳中间隔设置的多个导电金属球，所述多个导电金属球中的每两个相邻的导电金属球之间配合所述弹性绝缘外壳形成密封空间，所述密封空间中填充有金属导电液，设置在所述弹性绝缘外壳的相对两端的两个电极。该技术正是由于受到液态金属表面张力强而难以连续成型的限制，只能采用液态金属形成金属球并采用导电液将电流在金属球之间传导的方式，从而实现导线的功能。该导线结构较为复杂，且存在弹性绝缘外壳破损后导电液泄漏的问题，使其在实际使用过程中大受限制。现有技术中，对于低熔点金属的成型一般采用铸造的方法，即将加热熔融成流体的金属浇注到具有特定形状的模具中，待金属冷却转变为固体后将其从模具中取出，得到期望加工的金属器件。但是，利用模具铸造增加了其制作工序，而且也无法解决液态金属的表面张力问题。因此，在不使用模具的情况下实现液态金属的连续成型，成为一个丞待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低熔点金属的连续成型方法，该方法简单，易于操作，且能有效解决低熔点金属表面张力强而难以连续成型的问题。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种低熔点金属的连续成型方法，将液态低熔点金属均匀地注射至通电状态下的中性导电基质液中，且在注射的过程中控制注射头匀速地移动，移动速度控制为5～100mm/s，从而使得液态低熔点金属在导电基质液中形成连续的金属。所述的中性为酸碱的中性。所述低熔点金属的连续成型方法的具体步骤可以包括：（1）配制中性的导电基质液；（2）将低熔点金属加热熔融成为液态；（3）对步骤（1）中所配制的导电基质液进行通电，控制电压为20.0～50.0V；（4）使用注射装置，将步骤（2）得到的液态低熔点金属均匀地注射至导电基质液中，且在注射的过程中控制注射装置的注射头匀速地移动，移动速度控制为25～100mm/s，从而使得液态低熔点金属在导电基质液中形成连续的金属。本专利技术所述的方法适用于熔点在200℃以下的铋及铋基合金、镓及镓基合金、铟及铟基合金，和锡及锡基合金等。以上低熔点金属通过所述方法成型的效果几无差异。本专利技术配制所述导电基质液指的是液体中具有导电基质能实现导电的工作液，其可以为NaCl溶液、NH4Cl溶液或CaCl2溶液，或含有导电凝胶等电解基质的溶液，溶质的不同对成型的效果影响甚微。与现有的低熔点金属成型的过程中，低熔点金属容易形成液滴所不同的是，通过本专利技术所述方法得到的低熔点金属连续成型，没有出现中断和气孔等缺陷。根据实验结果推断，这很可能是由于在通电后，导电基质液中形成电场，该电场对液态的低熔点金属造成了影响，一方面降低了其表面张力，另一方面抑制了低熔点金属表面氧化层的生成。这样的结果是，当液态的低熔点金属被注射至导电基质液后，在电场的作用下不容易形成球状的液滴，而是形成连续的流体状态，从而使得低熔点金属在导电基质液中形成连续的金属。而且，由于电场抑制了氧化层的形成，保证了形成的金属的均质性，进一步确保了其连续性。在成型的过程中，注射头的移动速度是一个关键，速度过快，会使金属出现断裂，而导致无法连续成型；速度过慢，金属的成型不均匀，粗细难以控制，且容易堆积后聚集成球。另一方面，液态低熔点的挤出速度也对成型存在一定的影响。所述的挤出速度指的是单位时间内，液体低熔点金属从注射头注射出去的量。优选地，所述的挤出速度为50～800μL/min。所述导电基质液的适宜浓度范围在1mmol/L～10mol/L，优选为10mmol/L～1mol/L。经实验后发现，导电基质液的浓度影响成线电压的高低。浓度越高，成线电压越低。所述的成线电压指的是指使得注射至导电基质液中的液态低熔点金属能连续成型所需的最低电压，低于这个电压则无法连续成型。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术所述的低熔点金属的连续成型方法使用的装置简单，不需要使用传统成型方法中所必需的模具；2.本专利技术所述方法的步骤少，操作难度低，通过转移电解质或者加热等方式可以直接提取成形金属，提取方便，易于回收，大大简化了低熔点金属的成型工艺；3.本专利技术所述方法的可靠性强，使得低熔点金属的成型连续、均匀，解决了现有技术中由于液态低熔点金属表面张力过强容易形成液滴而对低熔点金属的应用造成限制的问题；4.通过本专利技术所述方法的低熔点金属器件应用范围广泛，能应用于①制备导电天线，利用连续成型的液态金属，在外包裹绝缘层，从而制备导电线路；②制备线性电极，用于电化学检测；③制备柔性电子材料，可以用于电路的制备；④制备智能机器人材料；⑤用于3D打印增材制造技术，为新技术的研发拓展了空间。附图说明以下通过附图对本专利技术作进一步的说明。图1低熔点金属的连续成型方法装置示意图。图2低熔点金属成型金属线图。图3导电基质液浓度-成线电压关系图。图4注射头移动速度与电压对成型的影响关系图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低熔点金属的连续成型方法，其特征在于，将液态低熔点金属均匀地注射至通电状态下的中性导电基质液中，且在注射的过程中控制注射头匀速地移动，移动速度控制为5～100mm/s，从而使得液态低熔点金属在导电基质液中形成连续的金属。/n

【技术特征摘要】
20191206 CN 20191123895641.一种低熔点金属的连续成型方法，其特征在于，将液态低熔点金属均匀地注射至通电状态下的中性导电基质液中，且在注射的过程中控制注射头匀速地移动，移动速度控制为5～100mm/s，从而使得液态低熔点金属在导电基质液中形成连续的金属。


2.根据权利要求1所述的低熔点金属的连续成型方法，其特征在于，其具体步骤包括：
（1）配制中性的导电基质液；
（2）将低熔点金属加热熔融成为液态；
（3）对步骤（1）中所配制的导电基质液进行通电，控制电压为20.0～50.0V；
（4）使用注射装置，将步骤（2）得到的液态低熔点金属均匀地注射至导电基质液中，且在注射的过程中控制注射装置的注射头匀速地移动，移动速度控制为25～100mm/s，从而使得液态低熔点金属在导电基质液中形...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡靓，王新鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11