[发明专利]制造无定形金属零件的方法

说明书

本发明涉及一种制造由第一材料制成的微机械零件的方法，所述第一材料能够变成至少部分无定形的，所述方法包括以下步骤：a)提供由第二材料制成的模具，所述模具包括用于形成微机械零件的负型的型腔，b)在所述模具的型腔中提供第一材料并将其成型，其中所述第一材料在不迟于所述成型时经历了使其能够变成至少部分无定形的处理，c)将如此成型的微机械零件与模具分离。

本发明涉及一种制造由无定形金属制成的微机械部件的方法。

本发明的技术领域为精密机械技术领域。更准确地，本发明属于无定形金属零件制造方法的技术领域。

技术背景

已知用于制造微机械部件的各种方法。实际上，微机械部件可通过微机械加工或模压(die stamping)或通过注射模塑来制造。

也可设想使用微机械加工或模压方法来制造无定形金属零件。

然而，一种有利的解决方案是直接浇铸无定形金属零件，以便通过浇铸获得最终几何形状或接近最终几何形状而需要很少精加工的几何形状。不存在晶体结构意味着无定形金属零件的性能(特别是机械性能、硬度和抛光性)不依赖于制造方法。相对于传统的多晶金属(与锻造相比，生铸件的性能较低)，这是一个主要的优点。

然而，在制造厚度非常小(0.5-2mm)的微机械部件时存在某些缺点。

第一个问题来自模具的冷却。该缺点可包括两个方面。第一方面是冷却必须不能过慢，因为此时存在部分或完全结晶的风险并因此导致无定形金属性能的损失。对于某些微机械部件或某些包装部件而言，出于机械性能或视觉外观的原因，单一微晶的存在可能是禁止的，因为这些微晶在精修步骤期间将不可避免地变得可见。因此，在浇铸期间必须具有足够快的冷却，以确保零件是无定形的。出于该原因，模具由金属制成，例如由钢或铜制成，从而允许快速抽取热量。取决于所选合金变成无定形的能力，用该方法可获得厚度为10mm级的零件。

要考虑的第二个方面是由于冷却必须不能过快而导致的，因为存在模腔完全填充之前凝固的风险。现在使用由金属如铜或钢制成的模具，热能迅速地分散，从而导致过早凝固的风险。这两个相互矛盾的方面意味着以下折中方案：铸件的厚度必须不能太小(在完全填充型腔之前有凝固的风险)，也不能太大(结晶的风险)。这就是为什么这种方法通常限于厚度为约2-10mm的零件的原因。

第二个缺点是成型问题。该成型问题源于用于制造微机械部件的模具和型腔的小尺寸。对于某些几何形状，尤其是不能从模具中弹出的凹形几何形状，可能需要在模具中添加镶块，镶块必须在成型后移除并丢弃。对于复杂的形状，这些镶块的成本以及与之相关的额外操作可能会变得非常高，从而使得该方法在工业上无法使用。

另一个有利的解决方案包括利用无定形金属的成型性能。实际上，无定形金属具有特殊的软化特性，同时在每种合金的给定温度范围[Tg-Tx]内保持无定形，该温度范围不是很高，因为这些温度Tg和Tx不是很高。因此，这允许非常准确地复制精细和精确的几何形状，因为合金的粘度显著降低，并且可以容易地变形，从而再现模具的所有细节。

然而，为了制造厚度非常小(0.5-2mm)的微机械部件，合适模具的制造也非常复杂，并且呈现与浇铸相同的限制。

此外，在Tg和Tx之间的温度下，在合金经历结晶之前可用的时间有限。如果几何形状具有许多复杂的厚度较小的方面，则完全填充模具所需的时间可能会大于可用时间，从而导致零件部分或完全结晶，特别是导致其机械性能损失。

一种已知的类似技术是LIGA技术。LIGA包括三个主要加工步骤：光刻、电铸和模塑。存在两种主要的LIGA制造技术：X射线LIGA技术，其使用由同步加速器产生的X射线来形成具有高纵横比的结构；以及UV LIGA技术，这是一种更易获得的方法，其使用紫外光来形成具有低纵横比的结构。

由X射线方法制造的LIGA结构的显著特征包括：

-100:1级别的高纵横比；