一种环保型液态合金、制备方法及无汞玻璃体温计与流程

本发明涉及一种环保型液态合金、制备方法及玻璃体温计，该合金的凝固点低、稳定性好，所得合金凝固点可低至-35℃，本发明的液态合金在医疗器械，消费电子等领域上都有着很好的应用。

背景技术：

普通体温计用于检测人体口腔、腋下等部位的温度，其工作液通常为水银，储存在底端玻璃泡中，液泡容积远大于毛细管中的容积，在温度的变化下，液泡内水银的体积发生微弱的线性膨胀，通过毛细管中液柱的长度来反映所测的温度。

体温计已经诞生上百年，尽管其结构尺寸随着时间在不断的变化，但其液泡内的感温液使用的一直是水银，而水银是一种剧毒物质，从日本水俣病开始，人们逐渐意识到水银的危害，开始有意识的限制水银的使用。中国也于2016年签署了《水俣公约》，并将于2020年开始禁止生产及出口含汞产品。

十几年前，出现了一种以镓铟锡为主要组成元素的新型液态合金，该合金最早由德国的geratherm公司开发，将其应用于玻璃体温计取代原有的水银，并取得了很好的效果。近几年，国内很多学者突破了技术壁垒，开始对该体系的液态合金展开研究，从配方的研究到合金的应用，也取得了许多突破性的研究成果。

专利200610024617.2提供了一种在5~42℃能保持稳定液态的镓铟锡钠钾锂合金，该合金可用于无汞玻璃体温计的感温液体，但钠钾锂都是活泼金属，遇水能直接反应，具有一定的危险性，并且保存及生产过程中都有较高的难度。

专利201710186902.2提供了一种可替代水银的液态合金，按其重量百分比：镓55~65%，铟16~22%，锡10~15%，铅2~5%和铊1~3%。但其成分中的铅和铊都具有较强的毒性，铊更是有剧毒，该液态合金具有一定的危险性，在生产过程以及后期推广都具有一定的难度。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种环保型不含水银金属的液态合金及其制备方法，其主要通过调整合金元素组成、制备工艺，制备得到凝固点低、稳定性好的液态合金，以此合金作为玻璃体温计的感温液可代替传统的水银体温计。

为了完成上述目的，本发明提供了一种环保型液态合金，其具有如下重量配比的组分：镓62~78wt%，铟10~24wt%，锡6~14.5wt%，铋0.05~1wt%，锑0.1~0.8wt%，银0.005~0.5wt%，锌0.02~1.2wt%，铜0.01~0.5wt%。

一个优选的方案是，环保型液态合金具有如下重量配比的组分：镓65~74wt%，铟12.5~22wt%，锡6~13.5wt%，铋0.1~0.55wt%，锑0.2~0.6wt%，银0.01~0.3wt%，锌0.05~1wt%，铜0.02~0.2wt%。

一个优选的方案是，该液态合金在-35~1900℃保持液态。

本发明提供的环保型液态合金的制造方法，其包括下面的步骤：

s1：称量镓、铟、锡、铋、锑、银、锌、铜；

s2：将s1步骤中称量好的原料放入到真空熔炼炉中，进行抽真空操作；

s3：当真空度达到要求后，升温熔炼，熔炼温度控制在500~1000℃，

s4：保温一定时间，充入氩气或氮气，对合金进行自然冷却，冷却至室温后取出；

s5：用2~4mol/l浓度的naoh溶液对合金进行碱洗搅拌，去除表面氧化物，得到环保型液态合金，其中，环保型液态合金具有如下重量配比的组分：镓62~78wt%，铟10~24wt%，锡6~14.5wt%，铋0.05~1wt%，锑0.1~0.8wt%，银0.005~0.5wt%，锌0.02~1.2wt%，铜0.01~0.5wt%。

一个优选的方案是，环保型液态合金具有如下重量配比的组分：镓65~74wt%，铟12.5~22wt%，锡6~13.5wt%，铋0.1~0.55wt%，锑0.2~0.6wt%，银0.01~0.3wt%，锌0.05~1wt%，铜0.02~0.2wt%。

一个优选的方案是，在所述s1中，每一种原料金属的纯度均在99.9%以上；在所述s2中，把物料放入到石英坩埚中，将石英坩埚放入真空熔炼炉中；在s3中，真空度达到1×10^-3pa以下开始升温熔炼；在s5中，得到的液态合金在-35~1900℃保持液态。

本发明提供的一种无汞玻璃体温计，无汞玻璃体温计具有感温泡，在所述感温泡内填充有环保型液态合金，环保型液态合金具有如下重量配比的组分：镓62~78wt%，铟10~24wt%，锡6~14.5wt%，铋0.05~1wt%，锑0.1~0.8wt%，银0.005~0.5wt%，锌0.02~1.2wt%，铜0.01~0.5wt%。

一个优选的方案是，环保型液态合金具有如下重量配比的组分：镓65~74wt%，铟12.5~22wt%，锡6~13.5wt%，铋0.1~0.55wt%，锑0.2~0.6wt%，银0.01~0.3wt%，锌0.05~1wt%，铜0.02~0.2wt%。

一个优选的方案是，毛细管内的压强为4×10^-5~5×10^-4pa；该液态合金在-35~1900℃保持液态。

本发明的液态合金制备工艺的技术优势为：本发明提供的以镓、铟、锡为主体，铋、锑、银、锌为辅助元素的液态合金无毒无害，且不易挥发，具有环境友好的特点，其中所添加的铋可提高液态合金的流动性，锑可提高液态合金的抗氧化能力，银、锌、铜有助于提高液态合金的稳定性。采用高温真空熔炼的工艺，有助于防止合金氧化，自然冷却时充入的惰性气体可以保护合金，并且可以加快合金的冷却速度，该熔炼工艺有利于合金中各元素混合均匀。提纯时所用的naoh溶液碱洗可以除去合金中氧化物，有利于提高无汞玻璃体温计的合格率。

本发明提供的一种无汞玻璃体温计，其中感温泡内充满经上述工艺制备的液态合金，毛细管内的压强为4×10^-5~5×10^-4pa，所得的无汞玻璃体温计测量精准，无毒环保，在禁汞的全球趋势下，具有很好的前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的无汞玻璃体温计实施例的结构示意图。

附图标记说明

1、无汞玻璃体温计，2、感温泡。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例的环保型液态合金的配比如下：镓66.2%，铟19.5%，锡12.1%，铋0.35%，锑0.51%，银0.2%，锌1%，铜0.14%。按上述比例称配好金属原材料，放入真空熔炼炉中抽真空，待真空度至8×10^-4pa开始熔炼，熔炼温度为660℃，熔炼完毕后自然冷却至室温取出，用2mol/l的naoh溶液对液态合金进行清洗，充分搅拌后去除氧化物。使用上述液态合金制备出无汞玻璃体温计，如图1所示，无汞玻璃体温计1具有感温泡2，在感温泡2内填充上述液态合金，其中，毛细管内的压强为3.7×10^-4pa。

实施例2

本实施例的环保型液态合金的配比如下：镓69.8%，铟17.4%，锡10.8%，铋0.45%，锑0.42%，银0.18%，锌0.87%，铜0.08%。按上述比例称配好金属原材料，放入真空熔炼炉中抽真空，待真空度至8.5×10^-4pa开始熔炼，熔炼温度为695℃，熔炼完毕后自然冷却至室温取出，用2mol/l的naoh溶液对液态合金进行清洗，充分搅拌后去除氧化物。使用上述液态合金制备出无汞玻璃体温计，毛细管内的压强为3.2×10^-4pa。

实施例3

本实施例的环保型液态合金的配比如下：镓72.2%，铟17.2%，锡8.5%，铋0.42%，锑0.58%，银0.14%，锌0.90%，铜0.06%。按上述比例称配好金属原材料，放入真空熔炼炉中抽真空，待真空度至6.9×10^-4pa开始熔炼，熔炼温度为735℃，熔炼完毕后自然冷却至室温取出，用2.5mol/l的naoh溶液对液态合金进行清洗，充分搅拌后去除氧化物。使用上述液态合金制备出无汞玻璃体温计，毛细管内的压强为6.4×10^-5pa。

实施例4

本实施例的环保型液态合金的配比如下：镓73.5%，铟17.8%，锡7.1%，铋0.23%，锑0.36%，银0.10%，锌0.75%，铜0.16%。按上述比例称配好金属原材料，放入真空熔炼炉中抽真空，待真空度至7.3×10^-4pa开始熔炼，熔炼温度为720℃，熔炼完毕后自然冷却至室温取出，用3mol/l的naoh溶液对液态合金进行清洗，充分搅拌后去除氧化物。使用上述液态合金制备出无汞玻璃体温计，毛细管内的压强为8.2×10^-5pa。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。