非晶态合金密封件和结合件的制作方法
【专利说明】非晶态合金密封件和结合件
[0001] 本案是申请日为2011年1月4日，发明名称为"非晶态合金密封件和结合件"，申请 号为201180011946.2的发明专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请
[0003] 本申请要求2010年1月4日提交的美国临时申请61 /335，294的优先权，所述申请的 全部内容被并入本文作为参考。本申请涉及标题为"AMRPHOUS ALLOY SEAL"的律师案卷号 069648-0391590号和标题为 "AMORPHOUS ALLOY BONDING" 的律师案卷号069648-0391591 号，二者都以其全部内容并入本文作为参考。
[0004] 发明背景
[0005] 已经以多种金属系统制造了整体凝固的非晶态合金。它们通常是通过从高于熔融 温度淬火到环境温度来制备的。通常需要高的冷却速率，例如约10 5°c/秒，以实现非晶态结 构。可以用于冷却整体凝固合金以避免结晶并从而在冷却期间实现和保持非晶态结构的最 低速率被称为该合金的"临界冷却速率"。为了实现比临界冷却速率更高的冷却速率，必需 将热从样品中提取出来。因此，由非晶态合金制成的制品的厚度经常具有有限的尺寸，其通 常被称为"临界(铸造)厚度"。临界铸造厚度可以在考虑临界冷却速率的情况下通过热-流 动计算来得到。
[0006] 直到20世纪90年代早期，非晶态合金的加工性能是相当有限的，且非晶态合金只 可以容易地以粉末形式或以不到100微米的临界铸造厚度以非常薄的箱或带材得到。在90 年代开发了主要基于Zr和Ti合金系统的新的非晶态合金种类，并且自那以后开发了基于不 同元素的更多的非晶态合金系统。这些合金家族具有比低于l〇 3°C/秒的低得多的临界冷却 速率，因此这些制品具有比它们的较早期的同类产品具有大得多的临界铸造厚度。然而，几 乎没有文献涉及如何利用这些合金系统和/或将这些合金系统成形为结构部件，诸如用户 电子装置的结构组件。因此，需要开发利用非晶态合金和将它们成形为结构组件的方法。
[0007] 发明简述
[0008] 本文提供了在超冷液态区内或在非晶态合金的玻璃化转变温度附近形成具有非 晶态合金或复合材料的界面层或密封件的方法。还提供了包含由该非晶态合金或复合材料 制成的或含有该非晶态合金或复合材料的界面层的制品，所述界面层被用作将至少两个部 件结合在一起的结合元件。另一个实施方案提供了由该非晶态合金或复合材料制成的或含 有该非晶态合金或复合材料的密封件，所述密封件用于在部件上方产生有效气密和/或防 水的密封。所述密封件可以在外表面和/或内表面上部件的表面上方，特别是在表面具有凹 进表面例如腔室或底切的情况下。
[0009] 在一个实施方案中，提供了形成界面层的方法，该方法包括:提供包含第一表面的 第一部件和包含第二表面的第二部件;提供至少部分为非晶态的组合物，该组合物具有玻 璃化转变温度Tg和结晶温度Tx;加热该组合物到低于Tx的第一温度;将经加热的组合物放 置在第一表面的一部分和第二表面的一部分上以便在其间形成界面层;和将界面层冷却到 低于Tg的第二温度，其中界面层与第一表面和第二表面的至少一者形成紧密接触。
[0010] 在另一个实施方案中，提供了接合两个表面的方法，该方法包括:将经加热的组合 物放置在第一部件的第一表面的一部分和第二部件的第二表面的一部分上，以便在其间形 成界面层;其中组合物至少部分为非晶态且具有玻璃化转变温度Tg和结晶温度Tx，且其中 经加热的组合物处于低于Τχ的第一温度;和将界面层冷却到低于Tg的第二温度，其中界面 层与第一表面和第二表面的至少一者形成紧密接触。
[0011] 在另一个实施方案中，提供了在两个表面之间形成界面层的方法，该方法包括:提 供合金原料;将该原料加热到高于原料的熔融温度Tm的第一温度;将经加热的原料淬火到 低于原料的玻璃化转变温度Tg的第二温度，以形成合金的组合物，该组合物至少部分为非 晶态的；将组合物加热到低于组合物的结晶温度Τχ的第三温度;将经加热的组合物放置在 第一部件的第一表面的一部分和第二部件的第二表面的一部分上，以便在其间形成界面 层;和将界面层冷却到低于Tg的第四温度，其中界面层与第一表面和第二表面的至少一者 形成紧密接触。
[0012] -个实施方案提供了形成密封件的方法，该方法包括:提供至少部分为非晶态的 组合物，该组合物具有玻璃化转变温度Tg和结晶温度Τχ;提供包含第一凹进表面的第一部 件;将组合物加热到低于Τχ的第一温度;将经加热的组合物放置在第一凹进表面的一部分 上以便在其上形成密封件;将该密封件冷却到低于Tg的第二温度。
[0013] -个替代实施方案提供了形成密封件的方法，该方法包括:提供具有第一表面的 第一部件和具有第二表面的第二部件，其中第一表面和第二表面的至少一者包括凹进表 面;提供至少部分为非晶态的组合物，该组合物具有玻璃化转变温度Tg和结晶温度Τχ;将该 组合物加热到低于Τχ的第一温度;将经加热的组合物放置在第一表面的一部分和第二表面 的一部分上，以便形成与第一表面和第二表面接触的密封件;和将密封件冷却到低于Tg的 第二温度。
[0014] 另一个实施方案提供了在两个部件之间形成密封件的方法，该方法包括:将经加 热的组合物放置到第一部件的腔室中，该腔室具有第一表面，以形成与第一表面的一部分 和位于腔室的空间中的第二部件的第二表面的一部分接触的密封件;其中组合物至少部分 为非晶态且具有玻璃化转变温度Tg和结晶温度Τχ;且其中将（i )组合物、（i i)第一部件、和 (iii)第二部件中的至少一者加入到低于Τχ的第一温度;和将密封件冷却到低于Tg的第二 温度。
[0015] 本文中的一个实施方案提供一种制品，包括具有第一表面的第一部件和放置在该 第一表面的一部分上方的封闭式密封件，其中所述封闭式密封件包含至少部分为非晶态的 组合物。
[0016] 本文中的一个替代实施方案提供一种制品，包括第一部件、第二部件、和封闭式密 封件，其中所述第一部件包含具有第一表面的腔室，所述第二部件至少部分地位于所述腔 室的空间中且在其外部具有第二表面，所述封闭式密封件与第一表面的一部分和第二表面 的一部分接触。
[0017] 本文中的另一个实施方案提供一种制品，包含具有第一凹进表面的第一部件和放 置在该第一表面上方的封闭式密封件，其中所述封闭式密封件是通过包括以下步骤的方法 形成的：提供至少部分为非晶态的组合物，该组合物具有玻璃化转变温度Tg和结晶温度Τχ; 提供包含至少第一凹进表面的第一部件;将该组合物加热到低于Τχ的第一温度;将经加热 的组合物放置到第一凹进表面的一部分上，以便在其上形成密封层;将密封层冷却到低于 Tg的第二温度，以便在第一部件的上方形成封闭式密封件。
[0018] 附图简述
[0019] 图1提供了示例性流程图，示出了在一个实施方案中形成界面层/密封件的工艺。
[0020] 图2(a)-2(d)提供了示意图，示出了在一个实施方案中在两个部件之间形成界面 层/密封件的工艺。该工艺包括将组合物放置在第一部件上（图2(a)_2(b))以形成界面层， 和进一步处理该界面层以除去其多余部分(图2(c))，以得到最终的构造(图2(d))。
[0021] 图3(a)_3(b)提供了两个示意图，示出了在一个实施方案中描述的通过界面层接 合在一起的两个部件。
[0022] 图4(a)_4(b)提供了两个示意图，示出了可以在部件的凹进表面上形成密封件。
[0023] 图5(a)_5(d)提供了示意图，示出了在一个实施方案中形成两个界面层/密封件的 工艺。图5(a)-5(b)与图2(a)-2(b)中所示的工艺相似。图5(c)-5(d)示出了在两个实施方案 中形成第二界面层及其与两个部件和第一界面层的相互关系。
[0024] 图6提供了示例性流程图，示出了在一个实施方案中形成界面层/密封件的工艺， 所述工艺包括制造待成形的非晶态合金组合物的步骤。
[0025] 图7提供了示意图，示出了在空心圆筒中的突出线材之间的密封件形式的界面层 的实施方案。
[0026] 发明详述
[0027]以下是几个实施方案，这几个实施方案在优先权临时申请61/335，294中作为权利 要求，所述申请以其全部内容并入本文作为参考：
[0028] 使用非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料来形成封闭式密封件的方法，其中 所述形成方法在玻璃化转变温度附近或在超冷液态区内进行。
[0029] 上述实施方案的方法，其中非晶态的原材料可以为层、丸粒、片、或任何其它形状。 可以同时使用多种层、丸粒、片、部件。
[0030] 上述实施方案的方法，其中非晶态合金通过以下分子式描述：（Zr，Ti)a(Ni，Cu， Fe)b(Be，Al，Si，B)c，其中"a"为30到75，"b"为5到60，且"c"为0到50，以原子百分数计。
[0031] 上述实施方案的方法，其中非晶态合金通过以下分子式来描述(Zr，Ti)a(Ni，Cu)b (Be)c，其中"a"为40到75，"b"为5到50，且"c"为5到50，以原子百分数计。
[0032] 上述实施方案的方法，其中所述非晶态合金是铂基的。
[0033] 上述实施方案的方法，其中所述非晶态合金是钯基的。
[0034] 上述实施方案的方法，其中所述非晶态合金是金基的。
[0035] 上述实施方案的方法，其中所述非晶态合金是银基的。
[0036] 上述实施方案的方法，其中所述非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料可以在 没有任何永久变形或断裂的情况下承受至多1.5%或更大的应变。
[0037] 使用非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料形成封闭式密封件的方法，包含以 下步骤：
[0038] 提供基本上非晶态的非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料的原料；
[0039] 将原料、模具、和/或部件、以及成型工具加热到玻璃化转变温度附近或超冷液态 区内；
[0040] 将经加热的原料成形到模具和/或其它部件中以成型为期望的形状、结合件和密 封件；
[0041 ]将成型的部件冷却到远低于玻璃化转变温度的温度，和
[0042] 成形或成型包括但不限于整形、剪切、挤压、和二次成型。
[0043] 形成和分离整体凝固非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料的方法，包含以下 步骤：
[0044]提供非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料的均质合金原料(不必是完全非晶 态的）；
[0045] 将原料加热到高于熔化温度的铸造温度；
[0046] 将熔融合金引入到具有临界铸造厚度或更薄的第一模具中；并将熔融合金淬火到 低于玻璃化转变的温度。
[0047] 将原料、第二模具、以及成型工具加热到玻璃化转变温度附近或超冷液态区内；
[0048] 将经加热的原料成形到第二模具和/或另一部件中以成型为期望的形状、结合件 和密封件；
[0049] 将成型的部件冷却到远低于玻璃化转变温度的温度。所述部件可具有比临界铸造 厚度更厚的厚度;和
[0050] 成形或成型包括然而并非限于整形、剪切、挤压、和二次成型。
[0051] 形成封闭式密封件的方法，其中最终部件的尺寸大于整体凝固非晶态合金的临界 铸造厚度。
[0052] 形成封闭式密封件的方法，其中成型和分离可以以任何顺序进行或排他地 (exclusively)进行。
[0053] 形成封闭式密封件的方法，其中整体凝固非晶态合金或包含非晶态合金的复合材 料、模具、和/或另一部件、以及成型工具处于玻璃化转变温度附近的温度或处于超冷液态 区内的温度。
[0054] 形成封闭式密封件的方法，其中整体凝固非晶态合金或包含非晶态合金的复合材 料、模具、和/或其它部件、和切削工具处于玻璃化转变温度附近的温度或处于超冷液态区 内的温度。非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料与至少一个表面连接。
[0055] 形成封闭式密封件的方法，其中将非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料局部 加热到玻璃化转变温度附近或超冷液态区内的温度，在该温度进行成型或修整切削，且非 晶态合金或包含非晶态合金的复合材料可以处于任何温度。
[0056] 形成封闭式密封件的方法，其中将非晶态合金或包含非晶态合金的复合材料局部 加热到玻璃化转变温度附近或超冷液态区内的切削温度，在该温度进行成型或修整切削， 且非