塊體金屬玻璃熱壓印中結構深寬比和晶化程度控制模型.pdf

1、利用熱壓印技術可將壓模表面圖形轉移到塊體金屬玻璃表面,這一技術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,微成型結構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目標壓印的結構深寬比來定量選取參數的模型,因此人們只能憑借經驗來選取熱壓印參數,花費了大量的時間來摸索最佳參數組合;現有的壓印模型與晶化模型的聯系也較少,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構深寬比

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特征參數,用于粘度、形核速率、生長速率、晶化體積分數隨時間變化規(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0?、Vogel-Fulcher溫度T0、脆性參數D*的最優(yōu)參數,用于建立熱壓印參數選取模型。
　　(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數,并據此繪制時間—溫度—相轉變(TTT)曲線。對實測TTT曲線擬合,得到經典形核速率和生長速率的各參數。建立了在等溫條件下,晶化體積分數與時間的函數關系,建立不同的等晶化體積分數面。等晶化體積分數面,是能使La62Al14Cu12Ni12塊體金屬玻璃達到相同晶化體積分數的溫度、壓強、時間組合的集合所組成的面。這些晶化體積分數面的建立,用于建立塊體金屬玻璃熱壓印

5、參數選取模型和晶化程度的的預測及控制。
　　(3)以La62Al14Cu12Ni12塊體金屬玻璃為例,建立塊體金屬玻璃熱壓印參數選取模型,用來根據目標成型圖形的結構深寬比,選取壓印參數組合。這一參數組合,可有效實現目標壓印結構深寬比的圖形,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。在根據目標圖形結構深寬比選取等溫成型參數時,引入初始晶化面(即5％晶化體積分數面),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數面。
　　(4)提出了塊體金屬玻璃壓印樣品晶化體積分數的預測和控制方法。截取參數選取帶狀模型和等晶化體積分數面在某一壓強的截面,利用溫度—時間路徑來預測塊體金屬玻璃樣品的晶化體積分數。指出獲得不同晶化程度樣品時,相關參數的選取標準及依據。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。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