制造反应性多层金属薄片的方法以及制得的产品技术

根据本发明专利技术，通过下述步骤来生产出一种反应性多层金属薄片：提供一个由反应性层构成的组合体（叠层体或者多层）；将该组合体插入到一个外套中；使得带有外套的组合体发生变形，来减少其横剖面积；将带有外套的组合体压扁平成一个薄板；并且然后将外套去除。最好，使所述组合体在插入到所述外套中之前被卷绕成一个圆柱体，并且在变形过程中将带有外套的组合体冷却至一个低于１００℃的温度。所制得的多层金属薄片用作在结合、点火或者推进操作中使用的独立式反应金属薄片是有益的。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及反应性多层金属薄片，尤其涉及利用塑性形变制取这种金属薄片的方法。差不多在每一种产业中，由于科技发展使得对结合操作(bonding)进行改进变得日益重要。当即将被发生结合的本体变得更为微小和更为脆弱，这一点尤其现实。此外，新的材料通常难以发生结合并且为了实现产业化已经遇到许多问题。许多结合方法均需要一个热量源。该热量源可以位于待接合结构的外部或者内部。外部热源通常是一个用于对整个待结合单元，包括待接合本体(the bodies to be joined)(松散材料)和接合材料进行加热的熔炉。由于松散材料将会对于接合操作所需的高温敏感，所以外部的热量源通常会显现出一些问题。它们还会由于热收缩不相匹配而受损。内部的热量源通常采用反应性粉末。这些反应性粉末通常是某些金属或者化合物的混合物，这些金属或者化合物将会发生放热反应而最终形成一种化合物或者合金。早在20世纪60年代就已经被研究开发，这些粉末能够通过自蔓延高温合成(SHS)而促使发生结合。但是，在SHS反应中通常难以对释放出来的能量和能量的扩散进行控制。从而，利用粉末进行的结合将不可靠或者不充分。后来研究出来的反应性多层结构减少了与反应性粉末结合相关联的问题。这些结构由能够进行放热反应的薄涂层构成。比如，参见由D.A.Glocker和S.I.Shah编辑的《薄膜处理技术手册》(Handbookof Thin Film Process Technology)(1998年由IOP出版)中B部分、章节F.7由T.P.Weihs发表的文章；于1996年7月23日授权给Barbee和Jr.等的美国专利No.5538795；于1995年1月17日授权给D.M.Makowiecki的美国专利No.5381944。反应性多层结构允许在更为可控并且均匀发热的条件下进行放热反应。这种反应背后的基本驱动力是原子键能的降低。当一系列反应性薄层被点燃时，不同的薄层之间将发生原子混合现象，局部产生热量。这种热量会点燃所述结构中的相邻区域，从而使反应在结构的整个长度上行进，产生热量直至所有的材料均发生反应为止。但是，即使具有这个进展，仍然存在许多问题。例如，在反应进行时反应性涂层通常会从它们的基层上脱离。这种脱离现象是由于在反应过程中的固有的反应性金属薄片的密实化(inherent reactivefoil densification)和在加热与冷却过程中发生不均匀热膨胀或热收缩而造成的。其明显弱化了接合中的结合力。更值得注意的是，现有的反应性多层金属薄片能够产生脆弱的金属间化合物，这种化合物具有有限的延展性，从而会由于它们在结合组件之间的存在而使得所形成的接头质量下降。因此，内部的或者外部的应力将会导致结合物发生灾难性的机械失效。除了反应性涂层之外，可以通过冷轧来开发出独立式反应性薄层，参见由L.Battezzatti等在1999年出版的第47卷《材料学报》(actamaterialia)第1901至1914页发表的文章。通过对由镍和铝制成的双层金属薄板进行冷轧操作，随后反复进行人工折叠和冷轧来制取镍-铝多层反应性金属薄片。在第一个双层金属条被滚轧成原始厚度的一半之后，将其折叠一次以重新获得其原始厚度，并且使得层数变成原来的两倍。该步骤多次重复进行。生产这种经过滚轧的金属薄片既费时又困难。滚轧道次操作(therolling passes)需要使用润滑油，并且在每次滚轧道次操作之后必须对经滚轧材料的表面进行清洁。此外，对薄板叠层体进行人工折叠操作本身就难以进行大批量生产。初始时形成金属薄板的叠层体并且随后进行若干次滚轧和折叠操作将能够简化所述工艺。但是，当同时对许多金属层进行滚轧操作时，这些薄层将发生弹性回复现象，导致所述薄层发生分离并且导致最终的金属薄片质量下降。这种分离现象还会使得层间表面发生所不希望的氧化现象，并且阻止通过冷焊操作使得所述薄层一体化。因此，在这里需要对生产反应性多层金属薄片的方法进行改进。根据本专利技术，通过以下操作生产出一种反应性多层金属薄片提供一个反应性层的组合体(叠层体或者多层)，将该组合体插入到一个外套中，使得带有外套的组合体发生变形，来减小其横剖面积，将带有外套的组合体碾压成一个薄板，并且随后将外套去除。最好，在将组合体插入所述外套中之前将所述组合体卷绕成一个圆柱体，并且使得带有外套的组合体在变形过程中被冷却至一个低于100℃的温度，优选的是一个低于25℃的温度。所制得的多层金属薄片有益地用作一个在结合、点火或者推进操作中使用的独立式反应性金属薄片。对附图的简述通过研究所图示出的实施例，将可以更为全面地明了本专利技术的本质、优点及各种不同的技术特征，所述实施例将在下面结合附图进行详细描述。在这些附图中附附图说明图1是一个示意流程图，示出了一种根据本专利技术生产多层反应性金属薄片的方法；附图2图示出了将一个扁平的组合体插入到一外套中的操作；附图3示出了一个圆柱形组合体的插入操作；附图4图示出了一个利用附图1中所示工艺制成的独立式多层反应性金属薄片；附图5示意性示出了一种示例性接合工艺；附图6示出了一个被穿孔的独立式多层反应性金属薄片；附图7A和7B示出了将可延展的组件合并入反应性金属薄片中的操作；而附图8描绘了一种反应性金属薄片示例的微观结构。应该明白的是，这些附图仅用于图示出本专利技术的构思，并且除了图解说明之外，均没有按比例绘制。详细描述参照附图，附图1是一个示意性流程图，图示出了根据本专利技术生产一种反应性多层金属薄片的步骤。在附图1中的方框A内示出的第一步骤，是提供一个由交替排布的材料层构成的组合体(叠层体或者多层)，所述材料层由可以进行放热反应的材料制成，所述组合体比如是一个由交替排布的镍箔层与铝箔层构成的组合体。在这里所使用的词语“叠层体”指的是由未结合的层构成的组合体。词语“多层”指的是由比如通过冷焊操作而被接合起来的层构成的组合体。在方框B中示出的下一步骤是将所述组合体插入到一个外套中。这可以以多种方式进行。例如，如同附图2中所示出的那样，可以将一个扁平的组合体20插入到一个扁平的管状外套21内。扁平的组合体20可以是由交替的层构成的叠层体，或者一个由交替的层构成的扁平圆柱体。或者，正如附图3中所示出的那样，可以将一个扁平的组合体卷绕成一个圆柱体30并且插入到一个管状外套31内。外套31必须易于在不损坏所述组合体中材料的条件下被去除，比如一根铜管，在硝酸中铜可以比镍或者铝更为快速地发生腐蚀。第三步骤(方框C)是使得带有外套的组合体发生变形，来减小其横剖面积。如果一个圆柱状组合体被插入到一个管状外套中，那么最好通过模锻操作来产生变形。在模锻操作中的尺寸减小现象是由于相匹配的锥形模的冲击作用造成的，所述外套被插入在锥形模中，并且在所有的侧面受到压缩作用。与滚轧操作相比模锻操作具有三个优点。第一个是能够对带有外套的圆柱体进行径向压缩。对成卷的金属薄片对称施加载荷尽可能地减少了在滚轧操作中常见的由于回弹作用造成的层的分离现象。第二个，也是主要的优点在于，变形是三维的从而能够比在滚轧操作中提供更多的延长，在滚轧操作中变形只是二维的。第三个优点与第二个优点相关。在滚轧操作中，组件的厚度以二倍的关系减小一半，导致双层金属厚度以二倍的关系减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产反应性多层金属薄片的方法，包括下述步骤： 提供一个由交替排布的材料层构成的组合体，所述交替排布的材料层的材料可以进行放热反应； 将所述组合体插入到一个外套中； 使得带有外套的组合体发生变形，来减小其横剖面积； 使经过形变处理后的带有外套的组合体变成扁平；以及 将所述外套去除。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西P魏斯，迈克尔莱斯，
申请(专利权)人：约翰斯霍普金斯大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]