[发明专利]一种室温下液态金属镓的快速成型方法

说明书

一种室温下液态金属镓的快速成型方法，通过将加热熔融为液态的金属镓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5～400mm/s，得到连续的线型液态金属镓；再取固体金属镓作为成核剂，将其与所述的线型液态金属镓接触，使得所述的线型液态金属镓发生成核并固化，待所述的线型液态金属镓全部成核并固化后，得到金属镓成品。该方法能实现镓金属在室温条件下的稳定连续加工成型，操作简便，能耗少，适合于推广至大规模的工业生产中。

技术领域

本发明属于液态金属成型技术领域，具体涉及一种室温下液态金属镓的快速成型方法。

背景技术

低熔点金属/合金是指熔点在300℃以下，一般为30～200℃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。

这类液态金属由于具有熔点低、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，要制成连续成型的金属器件具有相当的难度，对实际应用造成了很大的限制。

目前，研究人员依然在对液态金属的成型方法研究进行不断的尝试和改进：

1、中国专利申请CN 108837719A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。

2、中国专利申请CN 106654503 A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。

然而，这种成型方法存在着缺陷：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，而导致天线的导电性能受到影响。

3、中国实用新型专利CN 209183284 U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。

该实用新型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。

此问题是近年来新兴的3D打印领域中表现得更为明显。3D打印是快速成型技术的一种，又称增材制造。它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术是未来制造技术的一个重要发展方向。然而，液态金属自身连续成型难的特性，使得其作为“打印原料”进行3D打印后，难以形成连续的金属件。

镓是一种重要的金属材料，目前在我国的半导体和光电材料、太阳能电池、磁性材料、石油化工、医疗器械、新型合金等扮演着重要的角色。作为液态金属中的一种，其在3D打印技术中成型难的问题一直困扰着技术人员。