[发明专利]一种具有低温流动性的镓基液态合金、制备工艺及体温计

说明书

本申请是申请号为201510078110.4（《一种具有低温流动性的镓基液态合金、制备工艺及体温计》）的分案申请，原申请的申请日为2015年2月13日。

技术领域

本发明涉及尖端制冷和医疗器械等领域，具体是一种高端热传输介质材料或热敏介质材料，在医疗器械领域的水银替代、尖端制冷领域的关键制冷介质等方面具有广泛的应用。

背景技术

镓铟锡三元共晶合金为主成分的合金体系在室温环境下能保持液态，在医疗器械领域的水银替代、尖端制冷领域的关键制冷介质等方面具有广泛的应用。利用镓基室温液态合金替代水银作为感温液制备的体温温度计具有数据精准、操作方面、响应速度快、价格低廉和环保等优势。利用镓基室温液态合金作为冷却介质的电子产品散热器件也收到了热烈的追捧。此外，镓基室温液态合金在 3D打印、柔性导线等方面也具有十分诱人的发展潜力。

我们对镓铟锡合金体系的相变行为和相关的物理参数演化进行了系统的探索，利用热分析技术研究了镓铟锡合金的凝固结晶、熔化和其它相变行为。热分析结构如图 1所示，镓铟锡合金降温过程中的结晶温度在 -31.8℃，但在 -0.5℃发生了另一个相变。这个相变与凝固结晶现象不同，相变前后均为液态结构，但是会发生体积收缩现象，我们分析认为这是镓铟锡液相中的合金元素短程有序度提高的相变，属于一种具有一级相变特征的液-液相变，由于发生在凝固结晶之前，称之为“预凝固”相变。同样我们测试了镓铟锡合金的粘度演化规律，见图 2，发现合金的粘度在 -1℃附近急剧上升，两个结果印证，表明导致粘度升高的本质原因在于合金发生了“预凝固”现象。

镓铟锡三元共晶合金的凝固结晶会导致体积膨胀，引起器件的破坏。实验测试发现镓基合金的过冷度很大，凝固结晶温度达到-30℃以下。但通常在 5℃以下保存一定的时间，镓铟锡合金的粘度会发生急剧的提高，并昀终呈现为固态。这一特点对镓基合金的使用温度带来了很大的限制。比如在冬季的室外，使用镓铟锡合金材料的器件就难以确保稳定的工作。很显然，如果能够抑制镓铟锡合金的“预凝固”相变，则可以改善液态合金的低温粘度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好低温流动性的镓基液态合金及其制备工艺，以降低液态合金的“预凝固”温度，改善其低温粘度，确保液态合金器件在低温环境下的正常使用和存储。

本发明的另一个目的是提供一种包含这种室温液态合金的体温计。

本发明所采用的技术方案是：一种具有低温流动性的镓基液态合金，它由以下重量百分比的组份组成：

镓 60-80%；

铟 9-22%；

锡 5-18%；

铋 0.5-4%；

银 0.2-1.5%。

优选的，它由以下重量百分比的组份组成：

镓 64-76%；

铟 12-19%；

锡 9-13%；

铋 1-3%；

银 0.5-1.3%。

优选的，所述镓基液态合金的预凝固温度为-28℃~-15℃。

一种具有低温流动性的镓基液态合金的制备工艺，包括如下步骤：按镓 60-80%、铟 9-22%、锡 5-18%、铋 0.5-4%、银 0.2-1.5%的配比（重量百分比）将它们一起放入真空感应熔炼炉中，在隔绝空气条件下，加热至 900-1500℃使各金属熔化成整体；将熔化成整体的合金在 500-900℃温度下精炼至完全均匀化，冷却后解除空气隔绝即可。

优选的，所述镓、铟、锡、铋、银的配比（重量百分比）为，

镓 64-76%；

铟 12-19%；

锡 9-13%；

铋 1-3%；

银 0.5-1.3%。

优选的，所述镓基液态合金的预凝固温度为-28℃~-15℃。

优选的，所述隔绝空气的方式为：对真空感应熔炼炉进行抽真空处理使炉

内压强低于 5*10^-3Pa，或者先对真空感应熔炼炉进行抽真空处理使炉内压强低于 5*10^-3Pa，然后向真空感应熔炼炉内加入惰性气体作为保护气体，加压至 0.5-0.8个大气压。

优选的，所述惰性气体为氮气或氩气。

一种无汞体温计，包括体温计管体和感温泡，其中体温计管体内沿其轴向设置有毛细管，该毛细管与感温泡之间构成缩颈连接，所述感温泡内填充有感温液体，所述感温液体由以下重量百分比的组份组成：

镓 60-80%；