非晶合金的熱塑性成型以及在微透鏡模具中的應(yīng)用

圖1-1非晶合金和晶態(tài)合金原子結(jié)構(gòu)對(duì)比圖在常溫下呈脆性，幾乎沒有塑性變形階段[2]，這就嚴(yán)重的阻礙金屬作為一種結(jié)構(gòu)材料和日本的井上明久（A.Inoue）[9]對(duì)非晶合金的學(xué)術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上投入了大量的研究，非晶合金由于原子結(jié)構(gòu)上與晶態(tài)合金的區(qū)別，在各方面的性能上也有很大的差別，一種材料的力學(xué)性能是使這種材料是否能在工程領(lǐng)域尤其是作為結(jié)構(gòu)零件的應(yīng)用在拉伸試驗(yàn)上幾乎不會(huì)出現(xiàn)屈服階段，幾乎沒有塑性，這對(duì)于機(jī)械加工而言是致命的，非晶合金的亞穩(wěn)態(tài)的性質(zhì)給它們帶來了相比晶態(tài)合金更加優(yōu)異的催化和化學(xué)性能對(duì)比了Fe80P13C7和Fe78Si9B13非晶合金降解亞甲藍(lán)染料廢水的催化降解性能，發(fā)現(xiàn)：（；（具有晶態(tài)合金無以倫比的強(qiáng)度，硬度等力學(xué)性能，但是非晶合金在低溫下為脆性材料，面修飾一層納米絨毛結(jié)構(gòu)增加比反應(yīng)面積，可以使Pd基非晶合金作為電極獲得比更加（1）結(jié)合玻璃成型能力，熱塑性可加工性和抗氧化性得出作為模具的可行的非晶（2）對(duì)第一步工作得出的非晶合金體系進(jìn)行試驗(yàn)，制備大塊非晶合金并對(duì)其熱塑（4）提出一種新型的非晶合金三維微孔陣列成型工藝，對(duì)其加工過程進(jìn)行有限元性能，是作為非晶合金熱壓成型的理想成分。但是由于Pd元素高昂的價(jià)格，以及系非晶合金進(jìn)行研究，Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金具有良好得抗氧化性，相對(duì)于首先用沾有高純度乙醇無塵紙擦拭清洗高真空水冷電弧爐的真空腔，確保不含有雜質(zhì)，水冷銅模上，在氬氣氣氛下重新熔煉，打開吸鑄閥，獲得直徑為5mm的棒狀圖2-1Zr35Ti30Be26.75Cu8.25大塊非晶合金樣品為大塊非晶合金。證明為非晶體結(jié)構(gòu)的表征設(shè)備通常有三種，透射電子顯微鏡拉格衍射峰的漫反射XRD圖像即可被表征為非晶結(jié)構(gòu)。本文制備的非晶合金樣品的示掃面量熱儀測量出來的特性曲線可以相對(duì)比較容易的獲得非晶合金樣品的玻璃轉(zhuǎn)變譜可以得出非晶合金樣品的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg為307℃,晶化溫度Tx為448℃。溫度升溫方式主要為4個(gè)半圓狀鎢燈絲紅外燈管通過紅外輻射到樣品表面產(chǎn)生加3.2.1非晶合金熱塑性成型的重要工藝參數(shù)模壓溫度是確保非晶合金獲得超塑性的主要因素，需要控制在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上，3.2.2非晶合金熱塑性成型試驗(yàn)及分析圖3-2非晶合金的模壓步驟放在模壓平臺(tái)上，關(guān)閉模壓腔門，抽真空，通入高純度氮?dú)?，分?jí)升溫至340℃,使用壓結(jié)果和光柵硅模的對(duì)比來看，熱壓試驗(yàn)在槽寬為5um的光柵結(jié)構(gòu)上(BrukerContourGTX)對(duì)光柵結(jié)構(gòu)樣品和硅模進(jìn)行了高精度三維結(jié)構(gòu)的表征及對(duì)比，本合金樣品的三維表征為了更好的驗(yàn)證改善工藝后的非晶合金熱塑性成型的填充能力，下文對(duì)槽深為13um，槽寬為4um的大深寬比的光柵結(jié)構(gòu)硅模具進(jìn)行熱壓，同時(shí)采用溫度和2000N的模壓壓力作為對(duì)比。品的截面輪廓對(duì)比3.3.1非晶合金的高溫?zé)崴苄猿尚凸に嚭芎玫陌逊蔷Ш辖鹪谶^冷液相區(qū)中的超塑性和晶態(tài)合金相對(duì)于非晶合金而言優(yōu)越的高圖3-5非晶合金的高溫?zé)崴苄猿尚凸に噲D3.3.2非晶合金的高溫?zé)崴苄猿尚捅砻尜|(zhì)量研究比實(shí)驗(yàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)獲得樣品，選用原子力顯微鏡(AFM)對(duì)樣品和拋光片的表面進(jìn)行表征，表征結(jié)果如圖3-6所示，(a)(b)(c)分別為拋光硅片、非究里也陸續(xù)出現(xiàn)了在過冷液相區(qū)中軟化的非晶合金表面上熱壓印出復(fù)雜的微納結(jié)構(gòu)的雖然非晶合金的再微結(jié)構(gòu)成型上相對(duì)于晶態(tài)合金而言有著巨大的優(yōu)勢,然而還是存使用，并且高精度硬質(zhì)合金鋼球目前可以高效的批量生產(chǎn)，成本低廉也比較容易獲得，4.2.1三維微孔陣列成型工藝步驟驟2:二次壓印鋼球，形成三維微孔陣列結(jié)構(gòu)圖4-2模壓位移為0.114mm獲得的樣品4.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果表征與討論通過上述實(shí)驗(yàn)步驟及工藝優(yōu)化和校正后得出的實(shí)驗(yàn)樣品如圖4-3平衡工藝制備出來的樣品仍然保持良好的定位精度，為了定量的評(píng)價(jià)樣品的形位精度，驗(yàn)證此工藝作為光學(xué)透鏡模具應(yīng)用的可行性，本文使用非接觸式輪圖4-3(a)三維非晶合金微孔陣列的宏觀照片(b)三維非晶合金微孔陣列的SEM圖像(c)中心微孔的測量放大視圖(d)微孔陣列的三維形貌和結(jié)構(gòu)(e)三個(gè)等距的徑向剖面表面輪廓(f)中心微孔的放大視圖(g)中心微孔粗糙度圖像(h)精密硬質(zhì)合金鋼球的粗糙度圖像本文中實(shí)驗(yàn)所制備的三維非晶合金微孔陣列樣品可以作為模具生產(chǎn)聚合物三維光終在屏幕上成像。下文將以微透鏡的聚焦功能和成像功能兩方面來評(píng)價(jià)微透鏡的性能。圖4-4(a)PMMA三維微透鏡陣列熱壓工藝示意圖及其樣品(b)焦點(diǎn)測量光學(xué)實(shí)驗(yàn)原理圖(c)由平行光源照射得PMMA微透鏡陣列焦點(diǎn)圖像(d)焦點(diǎn)的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)(e)測量成像能力的光學(xué)實(shí)驗(yàn)原理圖(d)-于-40°≤θ≤40°范圍內(nèi)時(shí)每個(gè)微透鏡在對(duì)應(yīng)位置的CCD屏幕上形成一個(gè)微小而清晰的大80°,即此三維微透鏡陣列可實(shí)現(xiàn)80°的大視場成像。4.4.1微球熱壓的有限元分析鋼球的下陷深度與微孔深度不相等，這就意味著僅根據(jù)理想的鋼球下要得到精確的微孔深度那就必須探究鋼球下陷深度與微孔深度之間的一對(duì)一關(guān)系。圖4-5(a)單球?qū)嶒?yàn)的示意圖(b)六分之一的三維微孔陣列熱壓實(shí)驗(yàn)有限元分析(c)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)樣品截面輪廓對(duì)比圖(d)-(f)熱壓位移量分別為100um、200um和300um的仿真結(jié)果(g)-(i)不同的熱壓位移量下的應(yīng)力分布4.4.2微球陣列的位置預(yù)測模型?(?,?,?)=(?+?,0,0)(4.2)排列成邊長為2個(gè)鋼球的正六邊形結(jié)構(gòu)，2環(huán)中的鋼球{?)2（4.3）?(?,?,?)=?=???????111{?=?1(?,?,?)=?=???????12{?=?2(?,?,?)=?=???????13?1(?,?,?)=?=?1(?,?,?)={?=(?31)?布情況，方便個(gè)性化設(shè)計(jì)出所需的三維微透鏡陣列。圖4-7(a)微孔陣列的俯視視圖(b)-(e)根據(jù)(a)中的四條線作截面的示意圖（2）提出非晶合金的三維微孔陣列樣品在高分子聚合物光學(xué)透鏡上的應(yīng)用，使用非晶合金樣品作為模具熱壓印出三維微透鏡陣列，采用三維微透鏡陣列進(jìn)行光學(xué)試驗(yàn)，結(jié)合光學(xué)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)非晶合金樣品作為光學(xué)透鏡模具的應(yīng)用性。（3）提出新型的非晶合金三維微孔陣列成型工藝，并且提出非晶合金三維微孔陣可以靈活的改變工藝的條件高效的成型出各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其超高的塑性可以在厘米、（1）本文驗(yàn)證了非晶合金在高精度高