塊體金屬玻璃熱壓印中結(jié)構(gòu)深寬比和晶化程度控制模型.pdf

1、利用熱壓印技術(shù)可將壓模表面圖形轉(zhuǎn)移到塊體金屬玻璃表面,這一技術(shù)提供了加工微納米器件的方法。傳統(tǒng)用于微納米器件加工的材料包括硅和金屬。硅的加工精度雖然很高,但易碎、壽命短,加工周期長、成本高;金屬雖然具有高硬度的優(yōu)點,但壓印圖形的尺寸受制于晶粒的大小,仍沒有廣泛應(yīng)用于加工微納米級器件。塊體金屬玻璃具有高強度、高硬度、高彈性應(yīng)變極限、超高耐腐蝕性、優(yōu)良的耐磨性以及在其過冷液相區(qū)的超塑性,由于沒有晶界,微成型結(jié)構(gòu)尺寸擺脫了晶粒大小的限制。然而

2、目前,還沒有可以用于根據(jù)目標(biāo)壓印的結(jié)構(gòu)深寬比來定量選取參數(shù)的模型,因此人們只能憑借經(jīng)驗來選取熱壓印參數(shù),花費了大量的時間來摸索最佳參數(shù)組合;現(xiàn)有的壓印模型與晶化模型的聯(lián)系也較少,因此壓印樣品的晶化程度就難以控制。
　　針對以上需求,本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用銅模吸鑄法制備La62Al14Cu12Ni12塊體金屬玻璃樣品,并將成型的母樣品加工成更小尺寸,以減小與壓模的接觸面積,獲得更大壓強來增加壓印圖形的結(jié)構(gòu)深寬比

3、。采用差示掃描量熱分析法(DSC)得到La62Al14Cu12Ni12塊體金屬玻璃熱力學(xué)特征參數(shù),用于粘度、形核速率、生長速率、晶化體積分?jǐn)?shù)隨時間變化規(guī)律的擬合。利用三點壓彎法測量La62Al14Cu12Ni12塊體金屬玻璃過冷液相區(qū)的粘度,并利用Vogel-Fulcher-Tamman模型擬合實測粘度,得到常數(shù)0?、Vogel-Fulcher溫度T0、脆性參數(shù)D*的最優(yōu)參數(shù),用于建立熱壓印參數(shù)選取模型。
　　(2)采用等溫DSC

4、法,測定La62Al14Cu12Ni12塊體金屬玻璃在特定溫度下的晶化體積分?jǐn)?shù),并據(jù)此繪制時間—溫度—相轉(zhuǎn)變(TTT)曲線。對實測TTT曲線擬合,得到經(jīng)典形核速率和生長速率的各參數(shù)。建立了在等溫條件下,晶化體積分?jǐn)?shù)與時間的函數(shù)關(guān)系,建立不同的等晶化體積分?jǐn)?shù)面。等晶化體積分?jǐn)?shù)面,是能使La62Al14Cu12Ni12塊體金屬玻璃達(dá)到相同晶化體積分?jǐn)?shù)的溫度、壓強、時間組合的集合所組成的面。這些晶化體積分?jǐn)?shù)面的建立,用于建立塊體金屬玻璃熱壓印

5、參數(shù)選取模型和晶化程度的的預(yù)測及控制。
　　(3)以La62Al14Cu12Ni12塊體金屬玻璃為例,建立塊體金屬玻璃熱壓印參數(shù)選取模型,用來根據(jù)目標(biāo)成型圖形的結(jié)構(gòu)深寬比,選取壓印參數(shù)組合。這一參數(shù)組合,可有效實現(xiàn)目標(biāo)壓印結(jié)構(gòu)深寬比的圖形,同時可避免等溫成型過程中的晶化,以保持塊體金屬玻璃良好的成型能力。在根據(jù)目標(biāo)圖形結(jié)構(gòu)深寬比選取等溫成型參數(shù)時,引入初始晶化面(即5％晶化體積分?jǐn)?shù)面),以避免等溫成型過程中的晶化。在討論壓印樣品的

6、晶化程度時,引入多個等晶化體積分?jǐn)?shù)面。
　　(4)提出了塊體金屬玻璃壓印樣品晶化體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測和控制方法。截取參數(shù)選取帶狀模型和等晶化體積分?jǐn)?shù)面在某一壓強的截面,利用溫度—時間路徑來預(yù)測塊體金屬玻璃樣品的晶化體積分?jǐn)?shù)。指出獲得不同晶化程度樣品時,相關(guān)參數(shù)的選取標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。提出了溫度—時間路徑、壓強可成為新的塊體金屬玻璃壓印工藝重要參數(shù)。晶化程度高的塊體金屬玻璃樣品可以作為壓模,來壓印晶化程度低甚至未晶化的塊體金屬玻璃壓印對象。壓印