[发明专利]抑制镓基室温液态合金凝固预相变的方法、合金及温度计

说明书

本发明涉及一种抑制镓基室温液态合金凝固预相变的方法及利用该方法得到的镓基液态合金及利用该镓基液态合金制得的温度计，所述方法包括以下步骤：将镓基室温液态合金和掺杂材料一起放入真空感应熔炼炉中，在惰性气体保护下，加热至750‑1200℃熔炼成整体；然后在500‑900℃温度下精炼至完全均匀化；冷却后充入空气，并对所得产物进行分离得到改性后的镓基液态合金；所述掺杂材料的用量不超过所述镓基室温液态合金重量的5%；所述掺杂材料包含硒，且硒的用量与所述镓基室温液态合金中铟的重量比为1：4‑1：8。该方法使镓基液态合金在凝固结晶以上温度能够保持粘度和膨胀率的线性变化，确保镓基液态合金器件在低温环境下的正常使用和存储。

技术领域

本发明涉及一种抑制镓基室温液态合金凝固预相变的方法、利用该方法得到的镓基液态合金及利用该镓基液态合金制得的温度计。

背景技术

镓铟二元共晶合金或镓铟锡三元共晶合金具有极低的熔化温度，在室温下显示为液态，其形态与汞近似，被广泛用于医疗、制冷等工业领域，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。同时，镓基液态合金在人工智能、柔性电路等方面也具有极大的应用潜力。但是，镓基室温液态合金的物理性能与汞具有明显的差异，比如镓基合金环保稳定、不易挥发，但是在空气中容易氧化、且凝固温度较汞要高得多。在使用镓基合金替代汞用作体温计感温液时，合金一旦凝固会伴随膨胀并导致体温计失效、破坏。

为了更好的利用镓基液态合金，我们系统的研究了镓铟二元合金和镓铟锡三元合金的相变行为以及相关的物理参数演化行为，并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。镓基合金普遍具有极大的过冷度，即凝固温度与熔化温度差异极大，接近50度。但是在镓铟锡三元合金降温过程中，接近-1℃附近，又发现了一个独特的相变现象，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，同时伴随着合金粘度的快速升高。由于该相变发生在凝固结晶之前，称之为“凝固预相变”。

由于镓铟锡合金-1℃左右发生的“凝固预相变”伴随着体积收缩，因此以镓铟锡合金为感温液的体温计一旦被放置在-1℃以下的温度环境下，极有可能会发生失准或者“断柱”现象。对于制冷或者其它对于镓铟锡合金流动性具有较高要求的应用，在-1℃环境下的粘度升高也会导致器件的失效。

总的来说，由于镓铟锡合金中“凝固预相变”的存在，使用该材料的器件在低温环境下难以确保稳定的工作。很显然，非常有必要采取一定的手段抑制镓铟锡合金的“凝固预相变”。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种抑制镓基室温液态合金凝固预相变的方法及利用该方法得到的合金，使镓基液态合金在凝固结晶以上温度能够保持粘度和膨胀率的线性变化，确保镓基液态合金器件在低温环境下的正常使用和存储。

本发明的另一目的是提供一种包含这种液态合金的温度计。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种抑制镓基室温液态合金凝固预相变的方法，包括以下步骤：

将镓基室温液态合金和掺杂材料一起放入真空感应熔炼炉中，在惰性气体保护下，加热至750-1200℃熔炼成整体；然后在500-900℃温度下精炼至完全均匀化；冷却后充入空气，并对所得产物进行分离得到改性后的镓基液态合金；

所述掺杂材料的用量不超过所述镓基室温液态合金重量的5％；

所述掺杂材料包含硒，且硒的用量与所述镓基室温液态合金中铟的重量比为1：4-1：8。

所述冷却过程中，硒与铟形成固态的化合物，该化合物从液态合金中析出，这一过程会改变液态合金的相变序列，最后获得改性后的镓基液态合金。

所述改性后的镓基液态合金的凝固预相变行为抑制程度达85％以上。