CN204356391U

CN204356391U - 快速电容放电形成装置

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Publication number: CN204356391U
Application number: CN201420754030.7U
Authority: CN
Inventors: D·S·李; J·P·施拉姆; M·D·德梅特里奥; W·L·约翰逊
Original assignee: Lattice Lars Metalgesellschaft AG
Current assignee: Lattice Lars Metalgesellschaft AG; Glassimetal Technology Inc
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: CN104630661B; US20150096967A1; US10213822B2; CN104630661A; JP5916827B2; JP2015071190A

Abstract

本公开涉及快速电容放电形成装置，具体公开了用于金属玻璃的快速放电形成的涂覆有绝缘膜的进料桶。进料桶包含热和电绝缘膜，所述绝缘膜被配置为在进料样品装入桶中以进行通过快速电容放电形成(RCDF)技术使金属玻璃成型的过程时，与进料样品相邻。

Description

快速电容放电形成装置

技术领域

本公开涉及涂覆有热和电绝缘膜的进料桶。该桶可用于通过快速电容放电形成(RCDF)技术对金属玻璃进行注模(injection molding)。

背景技术

在某些方面，美国专利公布No.8,613,813涉及利用电流的快速释放来快速加热和成型金属玻璃的方法。其中通过具有基本上均匀横断面的基本上无缺陷金属玻璃样品来释放量子电能，来快速加热样品至介于金属玻璃的玻璃化温度和金属玻璃形成合金的平衡熔化温度之间的处理温度，然后施加变形力将加热的样品成型为制品，接着冷却所述样品成为金属玻璃制品。

在某些方面，美国专利公布No.2013/0025814涉及利用RCDF方法注模金属玻璃制品的方法和装置，包括公开了一种绝缘进料桶或“桶”，用于电绝缘和机械限制加热的进料。每一个前述专利公布在此全部引用作为参考。

RCDF处理中，考虑到了能够经受多个RCDF周期的进料桶。通常，增韧陶瓷已被用于进料桶的基体。陶瓷是电绝缘和在高温下也化学稳定的，并且能展现充分的韧度。然而，陶瓷通常是相对昂贵的材料，并且使之增韧的各种工艺是繁复的、劳动密集的，并且明显增加了总体成本。陶瓷的加工通常是困难的，耗时并需要昂贵的模具。因此，即使使用增韧陶瓷可以得到延长的工具使用寿命，能经历多个RCDF周期，但鉴于高的总成本，陶瓷桶的每个RCDF周期的成本对于许多应用来说仍然过高。

仍然需要用于RCDF应用的替代桶，所述替代桶是电绝缘和耐损的以经受至少一个RCDF周期。在RCDF方法中与进料桶的性能相关的问题可以通过解除热和电标准与机械标准的耦合而得到解决。这可以通过使用具有机械弹性的桶基体，同时在桶基体的接触进料的内表面上设置绝缘膜来实现。

发明内容

本公开的一个实施例的一个目的是要提供一种包括具有机械弹性并涂覆有热和电绝缘膜的桶基体的进料桶，该进料桶可用于通过使用快速电容放电形成(RCDF)技术来形成金属玻璃制品。

根据一个实施例，提供了一种用于使金属玻璃成型的快速电容放电形成(RCDF)装置，包括进料桶，所述进料桶包含进料桶基体和绝缘膜，其中所述绝缘膜被置于所述基体的内表面上，被配置成邻近进料样品。

本公开涉及一种进料桶，用在形成金属玻璃制品的RCDF方法中。在一些实施例中，用于使金属玻璃成型的RCDF装置包括进料桶，所述进料桶包括桶基体和设置在桶基体的内表面上的绝缘膜，该绝缘膜被配置为在进料被装入桶中时与进料样品相邻。

在一些实施例中，RCDF装置可包括被配置为加热金属玻璃进料样品的电能源。该电能源能电连接到置于进料桶的相对端上的一对电极中的至少一个。所述电极可以被配置为在进料样品被装入所述进料桶中时释放足以均匀地加热进料样品的电能。此外，RCDF装置可包括被设置为与进料具有形成关系的成型工具。所述成型工具可以被配置为施加足以使进料样品在加热时成型为制品的变形力。在一些实施例中，成型工具可以被配置为以足以避免结晶的速率冷却所述制品。

在各个实施例中，进料桶基体能表现出至少30MPa m^1/2平面应变断裂韧度和至少30MPa的屈服强度。在各个实施例中，绝缘膜具有等于或小于基体厚度5％的厚度t。在一些实施例中，绝缘膜可以具有等于或小于500μm的厚度t。

在各个实施例中，所述绝缘膜可以具有至少1x 10⁵μΩ-cm的电阻率。在其他实施例中，绝缘膜可具有的电阻率比金属玻璃进料样品的电阻率高至少10³倍。在另外的实施例中，绝缘膜可具有大于1000V的“电介质击穿电压”。在其他实施例中，所述膜可具有至少5kV/mm的介电强度。

在另外的实施例中，所述膜可具有小于0.1s的“热驰时间”。在还有其他的实施例中，所述膜可具有小于0.1mm/s的热扩散率。在各个实施例中，所述绝缘膜具有机械的、热的和化学的稳定性以至于防止RCDF周期中的致命失败(catastrophic failure)。

在另一个实施例中，桶基体含有金属。

在再一个实施例中，桶基体含有金属，所述金属选自由低碳钢、不锈钢、镍合金、钛合金、铝合金、铜合金、黄铜和青铜以及纯金属(诸如，镍、铝、铜和钛)组成的组中。

在另一个实施例中，绝缘膜含有聚合物。

在另一个实施例中，绝缘膜含有纤维素材料。

在另一个实施例中，绝缘膜含有陶瓷。

在再一个实施例中，桶基体含有一种选自由聚四氟乙烯(polytetrafluroethylene)、酚醛树脂(phenolic resin)、高密度聚乙烯(high-density polyethylene)、低密度聚乙烯(low-densitypolyethylene)、Kapton聚酰亚胺膜(Kapton polyimide film)、红色绝缘清漆和纸组成的组中的材料。

在再一个实施例中，绝缘膜是独立的并通过粘合剂黏附到桶基体的内表面。

在再一个实施例中，绝缘膜是通过湿喷涂(wet spray coating)被沉积于桶基体的内表面上。

在再一个实施例中，绝缘膜是通过粉末沉积被沉积于桶基体的内表面上。

在再一个实施例中，绝缘膜是通过化学气相沉积被沉积于桶基体的内表面上。

在还有再一个实施例中，绝缘膜是通过物理气相沉积被沉积于桶基体的内表面上。

在还有其他实施例中，本公开涉及一种利用快速电容放电形成(RCDF)加热块体(bulk)金属玻璃进料样品并使之成型的方法。所述方法可以包括在被置于进料桶中的金属玻璃进料样品上释放电能到处理温度来加热进料样品，所述进料桶包括桶基体和绝缘膜。所述绝缘膜被置于所述桶基体的内表面上，被配置成邻近所述金属玻璃进料样品。所述处理温度可以介于金属玻璃的Tg和金属玻璃形成合金的Tm之间。所述RCDF方法还可以包括施加变形力来将加热的进料样品成型为制品以及冷却所述制品至低于Tg的温度。在各个方面，该进料桶的绝缘膜具有热和化学稳定性，以使得能够防止该进料桶在所述RCDF方法期间的致命失败。

根据本公开的一个实施例的一个技术效果是提供了一种包括具有机械弹性并涂覆有热和电绝缘膜的桶基体的进料桶，该进料桶可用于通过使用RCDF技术来形成金属玻璃制品。

附图说明

参考下面的附图和数据图表更全面理解本说明书，其所代表的是本公开的各个实施例并且不应该被解释为对公开范围的前面记载。

图1示出根据本公开实施例的快速电容放电形成装置的示例性实施例的示意图。

图2示出根据本公开实施例的使用Kapton衬里钢桶的注模部件的图。

图3A示出根据本公开实施例的验证使用Kapton衬里不锈钢桶形成的注模部件的非晶态性质的X射线衍射图。

图3B示出根据本公开实施例的验证使用Kapton衬里不锈钢桶形成的注模部件的非晶态性质的差热扫描(ditferential calorimetry scan)。在每次扫描中，玻璃化温度(glass-transition temperature)、结晶温度和结晶热焓(enthalpy of crystallization)以从左至右的顺序显示。

附图标记说明：

在图2中，附图标记“2-1”指示“注模部件”，并且附图标记“2-2”指示“闪光”。

在图3A中，附图标记“3A-1”指示“2θ，度”，附图标记“3A-2”指示“相对强度，计数”，并且附图标记“3A-3”指示“金属玻璃部件的表面”。

在图3B中，附图标记“3B-1”指示“温度/℃”，附图标记“3B-2”指示“DSC/(mW/mg)”，附图标记“3B-3”指示“金属玻璃部件”，附图标记“3B-4”指示“金属玻璃进料”，附图标记“3B-5”指示“Onset：407.4℃”，附图标记“3B-6”指示“Onset：469.5℃”，附图标记“3B-7”指示“Area：-81.27J/g”，附图标记“3B-8”指示“Onset：405.6℃”，附图标记“3B-9”指示“Onset：467.1℃”，并且附图标记“3B-10”指示“Area：-89.27J/g”。

具体实施方式

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C§119(e)要求于2013年10月3日提交的题为“Feedstock Barrel Rapid Discharge Forming of Metallic Glasses Comprising Tough Substrates Coated with Insulating Films”的美国临时专利申请No.61/886,477的权益，该专利申请在此全部引用作为参考。

本公开涉及一种进料桶，该进料桶包括具有机械弹性的并涂覆有热和电绝缘膜的桶基体，所述进料桶能够用在利用RCDF技术形成金属玻璃制品中。本公开还涉及一种在RCDF处理中使用进料桶的方法。

在本发明的某些方面，术语涂料(coating)、屏蔽涂料、衬里或膜指的是附着、沉积、接合或以任何其他方式施加或附加于桶基体的表面的材料薄层。在其他方面，这些术语指的是在进料样品被装入进料桶时被置于桶基体的内表面和进料样品的外表面之间的界面处的材料薄层。在其他方面，这些术语指的是当进料样品被装入进料桶时被配置为邻近进料样品的材料薄层。

RCDF技术是利用焦耳加热快速均匀加热金属玻璃进料(例如，加热时间少于1秒，并且在一些实施例中少于100毫秒)，软化金属玻璃，并使用工具(例如，挤压模或模子)使之成型为净形制品(net shape article)的方法。对加热和软化的进料施加变形力以使加热的进料变形为所需形状。执行加热和成型的步骤的时间尺度短于加热进料结晶所需的时间。接下来，变形的进料可以冷却至玻璃化温度以下。在一些实施例中，变形的进料通过与热传导金属模子或模具接触而冷却至玻璃化温度以下，以便将变形进料玻璃化成非晶态制品(amorphous article)。更具体地，本方法能够利用储存于电容中的电能(例如，50J至100kJ)释放，以几毫秒或更短的时间尺度，均匀快速地加热金属玻璃的进料样品至对于粘滞流有利的“处理温度”，所述处理温度介于金属玻璃的玻璃化温度Tg和金属玻璃形成合金的平衡熔点Tm之间，并且本方法此后被称为快速电容放电形成(RCDF)。

以“注模”模式操作，RCDF过程开始于将电能释放到被装入进料桶的金属玻璃进料的样品块中(例如，棒)。在一些实施例中，释放至少50J能量。在其他实施例中，可以释放至少100J能量。在还有其他实施例中，可释放至少1000J和在还有其他的实施例中释放10000J的能量。在一些实施例中，可释放少于100kJ能量。在其他实施例中，可释放少于1000J能量，而在其他实施例中，可释放少于100J能量。在另外的实施例中，释放的能量范围在50J和100kJ之间。

电能的释放可被用于快速加热样品至在金属玻璃的Tg之上的“处理温度”，并且更具体地，至介于金属玻璃的Tg和金属玻璃形成合金的Tm之间的处理温度，时间尺度为几微秒到几毫秒或更短，由此非晶态材料具有足以能够进行容易成型的处理粘度。

在一些实施例中，处理粘度可为至少1Pa-s。在其他实施例中，可为至少10Pa-s或至少100Pa-s。在还有其他实施例中，处理粘度可少于10000Pa-s，或少于1000Pa-s。在还有其他实施例中，处理粘度的范围可为1至10000Pa-s。同时，处理温度在一些实施例中可比Tg高至少50℃。在其他实施例中，处理温度可比Tg高至少100℃。还有在其他实施例中，处理温度可比Tm低少于100℃或比Tg低少于50℃。

在各个实施例中，本公开描述的使金属玻璃样品成型的能力依赖于在样品上以快速均匀的方式加热样品的能力。如果加热不均匀，那么样品会代之以经受局部加热，并且虽然这样的局部加热会对某些技术是有用的，诸如像将部件结合或点焊在一起或使样品的特定区域成型之类的技术，这种局部加热没有也不能用于进行块体样品成型。

同样地，如果样品的加热不充分迅速(通常约为500-10⁵K/s)，那么正在形成的材料会失去其非晶态特征(即，其会结晶)，或成型技术会限于有优异可加工特性的这些非晶态材料(即，防结晶的过度冷却液体的高稳定性)，再次降低过程的效用。在一些实施例中，使用RCDF，以至少10³C/s的加热速率来加热金属玻璃。在其他实施例中，加热速率可达至少10⁴C/s。在还有其他实施例中，加热速率可达至少10⁵C/s。在另外实施例中，加热速率可达10³C/s至10⁶C/s之间。

在本公开的上下文中，样品被均匀加热意味着均匀加热样品的不同区域内温度的变化不超过20％。在其他实施例中，均匀加热样品的不同区域内温度的变化不超过10％。在还有其他实施例中，均匀加热样品的不同区域内温度的变化不超过5％。在还有其他实施例中，均匀加热样品的不同区域内温度的变化不超过1％。通过均匀加热，金属玻璃可以经注模成型为高质量的BMG制品。

在一些实施例中，样品被匀质加热以使得匀质加热样品的不同区域内温度的变化不超过20％。在其他实施例中，匀质加热样品的不同区域内温度的变化不超过10％。在还有其他实施例中，匀质加热样品的不同区域内温度的变化不超过5％。在还有其他实施例中，匀质加热样品的不同区域内温度的变化不超过1％。通过匀质加热，金属玻璃可以经注模成型为高质量的BMG制品。“匀质加热(evenly heating)”和“均匀加热(uniformly heating)”可以互换使用。

图1提供了根据本公开的RCDF方法的实施例的示例性RCDF装置的示意图。依照所示，基本的RCDF装置包括电能源(10)和被置于进料桶(8)的相对端的至少一对电极(12)，进料桶(8)具有可以装入金属玻璃的腔室。该对电极用于将电能施加于置于进料桶(8)内的金属玻璃进料样品(14)。电能用于将样品均匀地加热到处理温度。金属玻璃进料样品形成粘滞液体，该粘滞液体能通过在模子(18)中进行的注模同时或连续地成型以形成非晶态制品。

在图1中示意性示出的一种实施例中，注模装置可与RCDF方法结合。在该实施例中，例如，利用机械柱塞将加热的非晶态材料的粘滞液体注入模腔(18)以形成金属玻璃的净形部件。在某些实施例中，模子置于室温下，同时在其他实施例中模子置于与Tg一样高的温度下。

在图1中说明的方法的例子中，进料样品位于在此所描述的桶中，并且可以通过由导电材料(诸如铜或银)制成的圆柱形柱塞预装入到注入压力(通常1-100MPa)，所述导电材料具有高电导率和热导率。在一些实施例中，电极也可以作为柱塞用。金属玻璃样品可以置于电接地的基础电极上。在满足上面讨论的一定标准的情况下，电容储存的能量可以通过金属玻璃进料样品释放。在一些实施例中，柱塞可预装，然后驱动加热的粘滞熔体进入模腔。本领域技术人员会注意到，进料桶(8)和模子(18)之间的闸门可被置于与进料桶相关的任何地方。在一些实施例中，例如，闸门可以是在桶中间部分的开口(实施例未被示出)，或者在其他实施例中，闸门可以置于桶的末端。

应该理解，可以使用任何适合供应足够脉冲能量的电能源。例如，可以使用放电时间为10μs至100ms的电容。另外，任何适合提供与样品接触的电极可被用于传输电能。

在RCDF的某些模式，诸如注模模式中，RCDF装置包括进料桶，该进料桶用于装进料，将进料在放电过程中与周围的金属工具电绝缘，并且一旦达到进料的粘滞态就机械限制进料和对其施加变形力。在一些实施例中，进料桶可用于引导变形的进料样品通过桶上的开口(即，有时候被称作闸门)并进到通至模腔的流道上，软化的进料最终充满该模腔。

通常，进料桶在高达约600℃的温度下，并且在一些实施例中在高达约800℃的温度下，是电绝缘的和化学稳定的。该桶对如此高的温度有足够的机械完整性，以承受在RCDF注模过程中经受的压力。此外，如果进料桶在注模的多个RCDF周期中重复使用，那么该桶需要周期性的机械和热性能。具体地，用于RCDF注模的进料桶的材料属性可以包括：足够的抗断裂韧度，足够的经受RCDF过程中受到的应力的屈服强度，将进料和电极与周围工具电绝缘开的高电阻和介电强度，及承受RCDF过程期间(少于0.5s)高达约800℃的温度下暴露于软化金属玻璃进料的热和化学稳定性。在周期性的机械和热负荷下能维持这些属性的桶可被用作永久性或半永久性的进料桶。这些属性影响重复使用桶材料的选择。

通常，所用的桶材料为增韧陶瓷。公布的陶瓷桶基体材料的例子包括：玻璃陶瓷(Macor)、钇稳定氧化锆、或细粒氧化铝。陶瓷是电绝缘的和对于高温化学很稳定的，并且当适当处理后，它们可以显出充分的韧性和机械加工性。然而，陶瓷是总体上相对昂贵的材料，并且使之增韧的各种工艺是繁复的，劳动密集的，并且显著增加总成本的。陶瓷的机加工通常是困难的，耗时，并需要昂贵的工具。此外，对分离筒的设计更求使得机加工工艺进一步复杂并增加了总成本。因此，即使使用增韧陶瓷使工具使用寿命增长，该增韧陶瓷使得能够用于多个RCDF周期，由于高昂的总成本，陶瓷桶的每个RCDF周期的成本对于许多应用仍然过高。

通常，热和电绝缘材料的机械性能和耐损伤性趋于薄弱。例如，陶瓷材料容易碎，而塑料容易不牢固。具体地，经过大量RCDF周期，陶瓷容易裂纹或破碎，而塑料容易变形和划伤。

RCDF方法中与进料桶性能相关的问题可以通过将热和电标准与机械标准去耦合而克服。这可以通过使用机械弹性和耐损伤的桶基体，同时在与进料接触的桶基体内表面上安置热和/或电绝缘膜而实现。可以这种方式构造RCDF桶，该桶可以在与进料的界面处展现出电和热绝缘特性，并且也具有机械弹性和耐损伤性以经受大量RCDF周期。

将大量的机械要求与电和热的界面要求分离开，允许进料桶基体能选择更广泛的多种材料，而不是将进料桶基体限于只有满足机械、电和热要求的材料。允许使用机械弹性的材料作为桶基体材料，该材料可以不是电绝缘的，诸如金属。仅在机械属性(例如，韧性和屈服度)和机械加工性方面，金属作为进料桶基体相比于陶瓷有改进的特性。金属更不易损伤，且相较于陶瓷更容易采用常规机加工方法来加工。然而金属是导电的，并且当直接用作进料桶时可以传导电流，使得进料样品的加热非常低效率和不均匀。另外，金属也是高导热的，并且能导致进料在与进料桶接触时相当大程度地被冷却。

为了对于RCDF技术使用这种耐损伤材料作为进料桶，同时克服它们潜在的高传导特性，通过在桶基体内表面安置电和热绝缘膜，使得该桶为电和热绝缘的，所述绝缘膜被配置为当进料样品装入桶中时与进料样品相邻。

在各个实施例中，绝缘膜的厚度足够小，这样更强和更韧的基体能提供突出的机械支撑。该膜有高电阻和高介电强度，以防止任何电流穿过基体。该膜也可以有低热扩散率，以防止任何热从加热的进料传到冷的基体。该膜可以进一步具有热稳定性，这样膜在暴露于高温过程中不会发生严重的分解。

本公开还涉及具有高屈服强度和高断裂韧度的桶基体以及比基体更薄得多的屏蔽涂料。屏蔽涂料或膜可以是热和电绝缘的，具有高介电强度，低热扩散率和高工作温度。

在一些实施例中，桶基体可具有至少30MPa m^1/2的平面应变断裂韧度和至少30MPa的屈服强度。在其他实施例中，桶基体可具有至少60MPa m^1/2的平面应变断裂韧度和至少100MPa的屈服强度。在各个实施例中，桶基体可以为金属，包括，但不限于，低碳钢、不锈钢、镍合金、钛合金、铝合金、铜合金、黄铜和青铜，以及纯金属，诸如镍、铝、铜和钛。这种合金的屈服强度和断裂韧度的数据列于表1(数据来自M.F.Ashby和D.R.H.Jones，Engineering Materials 1：An Introduction to Properties，Applications，and Design，3^rd Edition，Elsevier UK，2005p.110和178，以及来自Ashby，M.F.Materials Selection in Mechanical Design.(Pergamon Press，Oxford，1992，p.38))中。如表1所示，除了一些铝合金，大多数合金符合上面的标准。

表1 示例金属合金的屈服强度和断裂韧度数据

在一些实施例中，绝缘膜横截面厚度不超过基体横截面厚度的5％，因此基体就会提供突出的机械支撑。例如，在一个实施例中，如果基体的横截面厚度是1厘米，那么膜的横截面厚度可以是500微米或更薄。在其他实施例中，绝缘膜的横截面厚度t等于或少于基体横截面厚度的1％。在其他实施例中，绝缘膜的横截面厚度t等于或少于500微米。在还有其他实施例中，绝缘膜具有等于或少于200微米的横截面厚度t。

在一些实施例中，绝缘膜可以有高电阻率以使进料桶在电流释放中是电绝缘的，因此电流主要经过金属玻璃进料样品被传输。金属玻璃的电阻率范围在100-200μΩ-cm。在一些实施例中，绝缘膜的电阻率比金属玻璃进料样品的电阻率高至少10³倍。在其他实施例中，绝缘膜的电阻率比金属玻璃进料的电阻率高至少10⁸倍。在还有其他实施例中，绝缘膜可以具有至少为1x 10⁵μΩ-cm的电阻率。在还有其他实施例中，绝缘膜可以具有至少为1x 10¹⁰μΩ-cm的电阻率。

如果金属玻璃进料样品和进料桶的绝缘膜是相同尺寸的平行电阻，与进料样品相比导电性少10³倍的绝缘膜能导致大约99.9％的施加电流通过进料样品。在本公开的一些实施例中，绝缘膜的电阻率导致99.9％的施加电流通过进料样品。在其他实施例中，绝缘膜的电阻率导致99.999％的施加电流通过进料样品。在还有其他实施例中，在RCDF周期中，绝缘膜的电阻率使得基本上可以忽略的电流(即，＜10A，且在一些实施例中少于1A)流过绝缘膜。

所选材料的电阻率见表2(数据来自www.matweb.com)。如表2所示，诸如“Kapton”的聚酰亚胺，诸如“Teflon”(产自DuPont)的聚四氟乙烯，HDPE，诸如“Voltatex”(产自DuPont)的改性醇酸树脂清漆(Modified Alkyd-Resin varnish)和纸均具有大于1x 10⁵μΩ-cm的电阻率。

表2所选材料的电阻率

如表2所示，在一些实施例中绝缘屏蔽膜的电阻率可以为至少1x10¹⁰μQ-cm，并且，在还去另外实施例中，为至少1x 10¹⁵μΩ-cm。在另外的实施例中，电阻率范围从1x 10⁵μΩ-cm至1x 10³⁰μΩ-cm。

绝缘膜也可以有足够高的介电强度κ来阻止电流穿过它释放(即，从导电进料样品到进料桶的基体)，因此电流主要通过金属玻璃进料样品传输。绝缘膜可以在RCDF方法中施加的典型电压下阻止电流释放，所述电压值可高达1000V或更高。换句话说，绝缘膜的介质击穿电压高于1000V。“介质击穿电压”被定义为κt乘积，其中κ是绝缘膜材料的介电强度，而t是膜的厚度。因此，绝缘膜有介电强度κ，使得对于给定的膜厚度t，击穿电压为κt＞1000V。在一个实施例中，如果绝缘膜的厚度t是100微米，膜材料的介电强度κ＞1000V/t，即κ最少为10kV/mm。在另一个实施例中，如果膜的厚度t是50微米，膜的介电强度κ＞1000V/t，即κ至少为20kV/mm。所选材料介电强度见表3(数据来自 www.matweb.com)。

表3 所选材料的介电强度

材料	介电强度(kV/mm)
		纸	7
钇稳定氧化锆	9
		聚四氟乙烯(″Teflon″)	60
高密度聚乙烯(HDPE)	20
		聚酰亚胺膜(″Kapton″)	154
改性醇酸树脂清漆(″Voltatex″)	80
		红色绝缘清漆	102

在一些实施例中，绝缘膜可以具有至少5kV/mm的介电强度κ。在其他实施例中，膜材料可具有至少10kV/mm的介电强度κ。在还有其他实施例中，绝缘膜可具有至少50kV/mm的介电强度κ。在本公开的一些实施例中，绝缘膜的介电强度和厚度使得99.9％的施加电流通过进料样品。在其他实施例中，绝缘膜的介电强度和厚度使得99.999％的施加电流通过进料样品。在其他实施例中，绝缘膜的介电强度和厚度使得通过膜的电流等于或小于10A。在还有其他实施例中，绝缘膜的介电强度和厚度使得通过膜的电流等于或小于1A。

绝缘膜还可以是热绝缘的，使可忽略不计的热传输穿过膜(即，从加热的进料样品到冷的导热基体)，因而进料样品在注入模子之前在过度冷却液态下维持均温。绝缘膜可具有热扩散率D，在与RCDF过程中的加热和成型阶段相关的时间尺度下(例如长0.1s，而在一些实施例中长为0.5s)，能阻止热传输。在一个实施例中，绝缘膜材料可具有足够低的热扩散率D，其对于给定膜厚度，特有的热弛时间为t²/D＞0.1s。“热弛时间”被定义为比率t²/D，其中D是膜材料的热扩散率，而t是膜厚度。例如，如果膜厚度t是100微米，绝缘膜材料可具有D＜t²/0.1s的热扩散率，即D小于0.1mm²/s。例如，如果膜厚度t是50微米，绝缘膜材料可具有D＜t²/0.1s的热扩散率，即D小于0.25mm²/s。所选材料的热扩散率见表4(数据来自www.matweb.com)。

表4 所选材料的热扩散率

材料	热扩散率(mm²/s)
		氧化铝	12
钇稳定氧化锆	0.94
		聚四氟乙烯(″Teflon″)	0.120
高密度聚乙烯(HDPE)	0.197
		低密度聚乙烯(LDPE)	0.170
聚酰亚胺膜(″Kapton″)	0.0775
		纸	0.06-0.08

在一些实施例中，绝缘膜可具有小于1mm²/s的热扩散率D。在其他实施例中，绝缘膜可具有小于0.2mm²/s的热扩散率D。在还有其他实施例中，绝缘膜可具有小于0.1mm²/s的热扩散率D。在目前公开的某些实施例中，绝缘膜的热扩散率和厚度使热弛时间大于与RCDF过程中进料样品的加热成型相关的时间。在一些实施例中，绝缘膜的热扩散率和厚度使热弛时间大于0.05s。在目前公开的其他实施例中，绝缘膜的热扩散率和厚度使热弛时间大于0.1s。

在一些实施例中，在与RCDF过程中电流释放相关的时间下，绝缘膜在高达600℃的温度，而在其他实施例中在高达800℃温度，下也可以保持化学稳定性。在一些实施例中，可发生的放电时间小于0.5s。在其他实施例中，放电时间可小于0.1s。具有高达600℃，或在一些实施例中高达800℃，的工作温度的材料可以满足该标准。此外，具有较低工作温度，但在少于0.5s的时段内，或在其他实施例中为少于0.1s的时段内，可以经受高达600℃，或者在一些实施例中高达800℃温度，且没有遭受“致命失败”的材料也可以满足该标准。在本公开的上下文中，由于暴露于高温而导致绝缘膜的“致命失败”意味着化学分解或失去他们的形状、机械完整性，或他们的电和/或热绝缘能力。所选材料的最高使用温度见表5。

表5 所选材料的最高使用温度

材料	最高使用温度(℃)
		Pyrex	821(软化点)
石英玻璃	1583-1710(软化点)
		氧化铝	1750
钇稳定氧化锆	1500
		纸	90
聚四氟乙烯(″Teflon″)	93.3-316
		酚醛树脂	150-219
高密度聚乙烯(HDPE)	70-120
		聚酰亚胺膜(″Kapton″)	400
红色绝缘清漆	200

在本公开中，绝缘膜可以附着、沉积、接合或以任何其他方式施加或附加于桶基体的内表面。在一些实施例中，绝缘膜可被配置为在进料样品被装入进料桶时邻近进料样品。在其他实施例中，绝缘膜可被配置为在进料样品被装入进料桶时，被置于桶基体内部和进料样品外部之间的界面处。例如，绝缘膜可以是通过高温粘合剂附着至基体的独立膜，并且在几个RCDF周期后被降级之后而被替换。在另一实施例中，绝缘膜可通过湿喷涂沉积于基体上，并且在几个RCDF周期后被降级之后而被重新沉积。在其他实施例中，屏蔽涂料可通过粉末沉积、物理气相沉积、化学气相沉积或任何其他合适的薄膜沉积技术而被沉积。在还有其他实施例中，屏蔽涂料可被附着、沉积、接合或通过任何其他方式施加或附加于进料样品的表面。在这种实施例中，绝缘膜可以施加或附加于进料样品的外表面。因此，绝缘膜可以被配置为在进料样品被装入进料桶时被置于进料样品和进料桶之间。

在一些实施例中，绝缘膜可包括聚合物材料。无意于限制，而是通过举例的方式，绝缘膜可包括聚四氟乙烯、酚醛树脂、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、Kapton聚酰亚胺，或具有与本公开所述的实施例一致的物理、电和热特性的任何其他适合的聚合物材料。在其他实施例中，绝缘膜可包含纤维素材料，诸如纸。在还有其他实施例中，绝缘膜可包含陶瓷材料，诸如陶瓷颜料或陶瓷涂料。

虽然上面的讨论都集中于某些示例性的成型技术的特征，诸如注模，但是应该理解的是其他成型技术可与当前公开的RCDF方法一起使用，诸如挤压或压铸(die casting)。此外，额外的元素可以被添加到这些技术来提高最终制品的质量。例如，为改进按照上述成型方法中的任一种形成的制品的表面光洁度，可加热模子或印戳(stamp)至约或刚好低于金属玻璃的玻璃化温度，从而防止表面缺陷。此外，为了获得具有更好表面光洁度或净形部件的制品，上述成型技术中的任一种的压缩力，以及在注模技术的情况下压缩速度，可以被控制以避免由于高“韦伯数”个流所导致的熔体前沿不稳定性，即防止雾化、喷雾、流线(flow line)等等。

RCDF成型技术和上述替代实施例，可以用于生产小的、复杂的、净形的、高性能金属组件，诸如，电子产品的壳体，支架，外壳，紧固件，铰链，硬件，手表部件，医疗部件，照相机和光学配件，珠宝等等。RCDF方法还可以用来制作小薄片、管、板等等，它们通过各种与RCDF加热和注入系统相呼应使用的挤压模被动态挤压出来。

本文中的方法和装置在利用块体金属玻璃制品制造电子设备中是有价值的。在各个实施例中，金属玻璃可用作电子设备的外壳或其他部件，诸如像设备的部分外壳或壳体。设备可以包括任何消费电子设备，诸如手机、台式电脑、笔记本电脑、和/或便携式音乐播放器。该设备可以是显示器的一部分，诸如数字显示器、监视器、电子图书阅读器、便携式网络浏览器和计算机监视器。该设备也可以是娱乐设备，包括便携式DVD播放机、DVD机、蓝光光盘播放器、视颜游戏机、音乐播放器，诸如便携式音乐播放器。该设备还可以是提供控制的设备的一部分，该控制是诸如控制图像、视颜、声音的流传输(streaming)，或其是对于电子设备的远程控制。该合金可以是电脑或其附件的部分，诸如硬盘驱动塔的外壳或壳体、笔记本电脑外壳、笔记本电脑键盘、笔记本电脑触控板、台式电脑的键盘、鼠标和扬声器。金属玻璃也可应用于设备，诸如表或钟。

例子

无意于限制，下面的例子说明了本公开的各个方面。对于本领域技术人员很明显的是可以在不脱离本公开范围的情况下，可以对材料和方法都进行很多修改。

RCDF注模是利用Ni_68.17Cr_8.65Nb_2.98P_16.42B_3.28Si_0.50(以原子％计)的非晶态进料样品和不锈钢制成的进料桶实现的，该进料桶具有用75μm厚的双面胶带粘附到桶基体的内表面的125μm厚的Kapton聚酰亚胺膜。进料样品的直径为4.82mm，长度为27.99mm，并在施加315lb的轴向载荷的情况下通过带来3450J/cm³能量的电容放电脉冲，加热该进料样品。电流和力通过直径5mm铜电极/柱塞棒施加。另一个直径5mm的固定铜电极棒从底下支撑进料样品。软化的进料在施加的轴向载荷下通过桶内部的3mm闸门注入横截面尺寸为1.5mm x 5mm的铜条模腔，填充后，在模腔里冷却形成无定型条。

图2示出了使用Kapton衬里不锈钢桶进行注模的图像。Kapton衬里钢桶充分经受住了RCDF过程中遇到的状况。进料流入模腔，在模子和桶的一半之间产生闪光。使用Kapton衬里桶制得的模制部件的非晶态性质通过差热扫描法(DSC)和X射线衍射法(XRD)来检验。该分析结果见图3A和3B。DSC曲线图表明模制金属玻璃条带展现出与完全非晶态进料非常相似的扫描，同时XRD扫描没有检测到晶体峰值。

在一些实施例中，提供了一种利用快速电容放电形成(RCDF)周期加热块体金属玻璃进料并使之成型的方法，包括：在被置于进料桶中的金属玻璃进料样品上释放电能来加热所述金属玻璃进料样品至处理温度，其中所述进料桶包括桶基体和绝缘膜，所述绝缘膜被置于所述基体的内表面上，被配置成邻近所述金属玻璃进料样品，并且所述处理温度介于金属玻璃的Tg和金属玻璃形成合金的Tm之间；施加变形力来将加热的金属玻璃进料样品成型为制品；以及冷却所述制品至低于所述金属玻璃的Tg的温度。

在一些实施例中，所述绝缘膜具有热和化学稳定性，以使得能够防止在所述RCDF周期中的致命失败。

在一些实施例中，所述绝缘膜具有电阻率和介电强度，以使得在所述RCDF周期中流过所述绝缘膜的电流能够忽略不计。

描述了几个实施例，本领域技术人员应当认识到在不脱离本公开精神的情况下可以使用各种修改、替换构造和等同物。另外，许多公知过程和元件没有描述，以便避免使在此披露的实施例产生不必要的模糊。因而，以上描述不应该理解为对本文范围的限制。

本领域技术人员应当理解：当前公开的实施例是通过例子而不是限制来讲解的。因而，以上描述包含的或附图中所示的内容应理解为说明性的而没有限制的意义。下面的权利要求旨在覆盖在此描述的所有一般的和特定的特征以及对本方法和系统范围的所有陈述，其就语言而言，也可以说落入其中。

Claims

1.一种用于使金属玻璃成型的快速电容放电形成装置，其特征在于包括进料桶，所述进料桶包含进料桶基体和绝缘膜，其中所述绝缘膜被置于所述基体的内表面上，被配置成邻近进料样品。

2.根据权利要求1中所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述快速电容放电形成装置还包括：

被配置为加热金属玻璃进料样品的电能源，所述电能源电连接到一对电极中的至少一个电极，所述一对电极被置于所述进料桶的相对两端，所述电极被配置为在所述进料样品被装入所述进料桶中时释放足以均匀地加热所述进料样品的电能；及

被设置为与所述进料样品具有形成关系的成型工具，所述成型工具被配置为施加足以使所述进料样品在加热时成型为制品的变形力。

3.根据权利要求2所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述成型工具是以足以避免结晶的速率冷却所述制品的工具。

4.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是具有至少1x10⁵μΩ-cm的电阻率的绝缘膜。

5.根据权利要求4所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是电阻率比金属玻璃进料样品的电阻率高至少10³倍的绝缘膜。

6.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是介电强度为至少5kV/mm的绝缘膜。

7.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是介电击穿电压大于1000V的绝缘膜。

8.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是热扩散率小于0.1mm/s的绝缘膜。

9.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是热弛时间大于0.05s的电绝缘膜。

10.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是厚度t等于或小于所述基体的厚度的5％的绝缘膜。

11.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是厚度t等于或小于500微米的绝缘膜。

12.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是由选自由聚合物、纤维素材料和陶瓷组成的组中的材料形成的绝缘膜。

13.根据权利要求12所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜是由选自由以下组成的组中的材料形成的绝缘膜：聚四氟乙烯、酚醛树脂、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、Kapton聚酰亚胺膜、红色绝缘清漆和纸。

14.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述绝缘膜通过粘合剂粘附到所述基体的表面。

15.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述进料桶基体是平面应变断裂韧度为至少30MPam^1/2的桶基体。

16.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述进料桶基体是屈服强度为至少30MPa的桶基体。

17.根据权利要求1所述的快速电容放电形成装置，其特征在于所述进料桶基体是由选自由以下组成的组中的材料形成的桶基体：低碳钢、不锈钢、镍合金、钛合金、铝合金、铜合金、黄铜和青铜、以及纯金属。

18.根据权利要求17所述的快速电容放电形成装置，其特征在于纯金属包括镍、铝、铜和钛。