液态金属材料前瞻与市场应用

1、液态金属材料前瞻与应用-苹果的下一个战略性资源 液态金属（Liquid Metal），也称金属玻璃（Metallic glasses）或非晶态合金（Amorhpousalloy）。液态金属的原材料是各种金属元素，按照一定的比例配合会降低结晶趋势，当冷却速率非常大的时候就会出现非晶态，即液态金属。 液态金属因为非晶体状态的合金特殊结构，具有短程有序、长程无序的特点，它能够被注塑模具制造成各种需要的形状，且具有高度抗划性，非常轻，兼具有固态、金属、玻璃的综合特性，可以在一定条件下保持高强度、高硬度、耐蚀性、耐磨性、高电阻率、优异的磁性等优良特性。液态金属具有优越的材料特性 颠覆性新材料图1：晶体结

2、构图2：非晶体结构资料来源：华泰研究所3C 产品的第三代新材料 表面光洁度比较 液态金属强度是镁铝合金的10 倍以上，不锈钢、钛合金的2 倍以上；硬度同样是镁铝合金的10 倍以上，不锈钢、钛合金的1.5 倍以上。而密度适中，比不锈钢轻，比钛合金略重，以上特性，决定液态金属成为工程塑料、轻合金之后的3C 产品的第三代新材料。 液态金属以非晶态冷却，收缩率非常小，因此比压力铸造和塑料注射成型的表面粗糙度要小得多。这使得液态金属具有一次成型实现超薄、复杂的结构的优势。其他金属合金制备出来后，表面都比较粗液态金属工艺特性 成本优势图3：液态金属一次成型，节省后期处理成本 糙，需要经过打磨等表面处理工艺

3、才能变得光滑。由于CNC 对于金属结构件的工时费昂贵，使得液态金属结构件的总成本可能低于CNC金属结构件。小米4 其不锈钢板结构件总成本达200 元，钢板成本5 元，剩下都是CNC 加工费。液态金属结构件一次成型，大幅减少后续加工成本，最终制成品的成本有可能更低！ 液态金属着色也具有明显优势，以使用广泛的铝合金为例，通过现有的阳极氧化工艺虽然也能着上多彩的颜色，但是着色限于表面并且硬度较低，后期使用因此普遍存在掉漆和划伤的情况，而液态金属可以通过改变表面的结构，来改变它的颜色，后期装饰工艺丰富，颜色也更加自然同时耐磨损，不易刮擦掉色。 液态金属工艺特性 着色优势图4：iphone 5 掉漆现象

4、普遍图5：液态技术表面处理液态金属丰富的后期装饰工艺 适用于个性化图图6：液态金属丰富的后期装饰工艺，非常适用于个性化要求高的：液态金属丰富的后期装饰工艺，非常适用于个性化要求高的3C 产产品品 2014年9月9 日发布会上,苹果为什么没有在iPhone6/iPhone plus使用业界翘首以盼的蓝宝石盖板，原因无它，以目前的铝合金结构件强度，是无论如何都不能起到保护蓝宝石盖板的,苹果此时在液态金属准备还不成熟，只能忍痛割爱。而首先只在Apple Watch 上使用蓝宝石盖板，实际是因为手表屏幕小、且被固定在手上，被摔的可能性大为减少，因而规避了高强调保护框需求。苹果的下一个战略性资源 液态金

5、属 注：注：iPhone6 极大可能因为保护框强度不够放弃蓝宝石，只在保护强度最低的Apple Watch使用蓝宝石盖板 预计苹果极大概率在iPhone7 上大规模使用蓝宝石，原因：苹果已经进行了大规模的蓝宝石长晶炉产能投资，目前已建规模超过2500 座，单炉晶棒重达200kg 以上，Apple Watch 是无论如何也不可能消耗如此大规模的产能。唯一的可能的应用就是iPhone 盖板。苹果蓝宝石供应商GT Advanced Technologies 的破产不会改变应用趋势。基于推理，iPhone7 及后续机型必须使用蓝宝石盖板，与其配套的保护框，液态金属是最好的选择，没有之一。iPhone7

6、 材质应用前瞻 iphone7概念机 图7: iPhone7“环绕屏幕+液态金属保护框”一体成型概念图 液态金属的目前已经应用的案例有：轴承、铰链、SIM 卡托/SIM 卡针、夹具、高尔夫杆头、钟表结构件等，由于全球供应商太少，还没能形成大规模应用。消费电子之后，液态金属将在军工、工业、机器人、医疗、环保、航空等高富帅领域相继发力，前景不可限量。液态金属高端应用领域图8：液态金属结构件案例，应用范围广阔 液态金属因优越材料性能，Swatch、Omega 等手表高端品牌自2009 年开始在其产品中使用到液态金属。表内的数字和刻度由液态金属制成，它的无定形结构使其能够完美地附着于陶瓷表圈上，不会产

7、生丝毫的缝隙。锆Zr 是液态金属合金的重要组成元素，也是二氧化锆(ZrO2)陶瓷材质的重要元素。因为两种材质的优异硬度，使得表圈完美滑顺，同时能够抵抗磨损与腐蚀。 在消费电子领域，液态金属最初为大家熟知的是苹果将其用作SIM 取卡针，因其高硬度、抗腐蚀、高耐磨等性能远超普通金属。国内的OPPO、Vivo、华为等公司的部分终端已经使用液态金属材质的SIM 卡托槽、转轴。随着液态金属大块成型工艺的成熟，液态金属有望在智能终端保护框架和内部结构件方面得到批量应用，液态金属时代将呼之欲出。液态金属高端应用领域图8： iPhone 液态金属SIM 卡针图9： Omega Liquidmetal 手表 未

8、来，液态金属结构件攻克两块短板将极大的扩展应用范围：一是当前工艺决定单个态金属结构件重量很难超过80g（大块成型难题）；二上在表面处理较困难，比如倒角磨边、喷砂等，手感不如当前铝合金、不锈钢的高端工艺结构件。即便如此，避免表面处理的内部复杂结构件，因其强度要求高、成型复杂，比如双SIM 卡槽，液态金属也是最优选。 消费电子之外，未来液态金属在大块成型、提高非结晶度比率等技术将进一步提升，作为一种全新材料，液态金属的应用范围异常广阔。理论上，任何对强度、硬度、耐磨耐辐射、绝缘、高弹性等领域的复杂结构件都能利用液态金属替代，因此军工/工业/机器人/医疗/环保/航空等行业都将找到液态金属大量的应用场

9、景。 美国麻省理工学院的科研人员发现，液态金属技术可以使受损的金属有可能进行大面积的自我修复。其愈合受损神经组织的能力也开始受到关注。有研究称，金属在人体内可保持人体常温，液态金属能应用于医学手术。这项创新技术未来或可用于修复人类神经组织，造福病人。液态金属高端应用领域 公开日 专利号 专利名称 2014-07-03 US20140182804A1 Counter-gravity casting of hollow shapes 2014-06-05 US20140150933A1 Objects made of bulk-solidifying amorphous alloys and me

10、thod of making same 2013-11-14 US20130299048A1 Au-base bulk solidifying amorphous alloys 2013-11-21 US20130306201A1 Bulk amorphous alloy sheet forming processes 2011-11-22 US8,830,134 Antenna structures made of bulk-solidifying amorphous alloys 2011-03-01 US8,828,155 Bulk solidifying amorphous alloy

11、s with improved mechanical properties 2014-5-22 US8,813,816 Methods of melting and introducing amorphous alloy feedstock for casting or processing 2014-2-6 US8,679,266 Objects made of bulk-solidifying amorphous alloys and method of making same 2012-12-4 USRE44,426 Continuous casting of foamed bulk a

12、morphous alloys 2006-11-23 USRE44,426 Continuous casting of bulk solidifying amorphous alloys 2008-8-7 US8,501,087 Au-base bulk solidifying amorphous alloys 2013-7-23 USRE44,385 Method of making in-situ composites comprising amorphous alloys 2013-4-30 US8,431,288 Current collector plates of bulk-sol

13、idifying amorphous alloys 2012-3-16 US8,485,245 Bulk amorphous alloy sheet forming processes 2011-1-4 US8,445,161 Current collector plates of bulk-solidifying amorphous alloys 2012-12-4 US8,325,100 Antenna structures made of bulk-solidifying amorphous alloys 2012-6-12 US8,197,615 Amorphous alloy hooks and methods of making such hooks 2011-11-22 US