非晶合金的热塑性成型以及在微透镜模具中的应用.docx

非晶合金的热塑性成型以及在微透镜模具中的应用.docx

《非晶合金的热塑性成型以及在微透镜模具中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非晶合金的热塑性成型以及在微透镜模具中的应用.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

非晶合金的热塑性成型以及在微透镜模具中的应用

摘要

非晶合金是一种在快冷条件下形成的金属材料，相对传统晶态合金，非晶合金具有优异的力学性能，但是由于它的冷脆性使得非晶合金难以进行传统的机加工，这难加工的特性使得非晶合金难以在工程上有广泛的应用。

然而非晶合金在其过冷液相区中具有超塑性，在这个温度区间中非晶合金可以很容易的成型出各种复杂的结构，为了克服非晶合金难加工的缺陷，本文对非晶合金的热塑性成型工艺进行研究。

本文在传统的非晶合金热塑性成型工艺的基础上，提出了两种非晶合金的新型热塑性成型工艺。

首先做出多组非晶合金热塑性微成形成型试验，对试验样品表面微结构进行表征，分析表征结果，提出新型的非晶合金高温热塑性成型工艺，将非晶态合金在过冷液相区上的超塑性和晶态合金的良好高温稳定性进行有机的结合，使样品上成型出微结构的同时具有较好的高温稳定性，提出非晶合金在高温模具上应用的可能性。

最后提出一种非晶合金的三维微孔阵列成型工艺，这种成型工艺可以仅利用简单的钢球便可以成型出复杂的三维微孔阵列结构，随后提出了三维微孔阵列非晶合金在三维微透镜阵列模具上的应用。

关键词：

非晶合金；热塑性成型；微结构；微透镜阵列；模具

第1章绪论

1.1非晶合金的简述

非晶合金是非晶态的合金，在原子结构上表现为长程无序，短程有序，如图1-1所示。

可以通过高温液态金属快速冷却生成，高温的金属液体在快速冷却的过程中，无序的原子未来得及形成晶态的有序排列便形成固态，使原子结构固定无序状态从而形成非晶态。

目前的制备方法原理都为不同方法使液态的金属快速冷却。

图1-1非晶合金和晶态合金原子结构对比图

金属玻璃相对于传统合金具有很多优良的性能，普遍比同等成分传统合金高两倍以上的强度，优越的软磁性能，自锐性，还有比晶态合金好的生物亲和性[1]。

因此金属玻璃在结构性材料，软磁材料，航空材料和生物材料上都有不错的应用前景。

金属玻璃最高能有2%的弹性极限，接近于橡胶的弹性极限，远高于传统晶态合金，可惜金属玻璃在常温下呈脆性，几乎没有塑性变形阶段[2]，这就严重的阻碍金属作为一种结构材料的应用，如何增加金属玻璃的塑性成了金属玻璃往工程应用方向发展的一个瓶颈，另外阻碍金属玻璃应用的瓶颈还有其难以做成大尺寸块体特性和较差的可加工性[3]。

1.2非晶合金研究发展历史

自然界存在的绝大部分金属都是晶态，晶态是金属存在的常态，因为晶态是稳定结构，非晶态是亚稳态结构，在传统的冶金工艺里普遍都认为金属不可能形成非晶态，古典的冶金工艺理论都是在金属为晶态的基础上建立的。

一直到二十世纪初开始，人们开始探索非晶态的金属，认为只要冷却速率足够快，原子在无序的游离状态在短时间内无法迅速的有序的排列形成晶体结构就凝固下来就可以形成非晶态合金。

非晶态金属第一次出现在人们视野的是1937年德国的Karammer使用物理气相沉积法（PVD）使高温的金属蒸汽沉降在低温的基体上达到快速冷却的效果制备出了人类历史上第一个非晶合金薄膜[4]，世界学术从此开展了对非晶合金薄膜的研究热潮。

作为一种历史上从未出现过的材料，一方面人们开始全面研究这种新材料的各种物理性能，力学性能和化学性能，另一方面不仅仅局限于非晶合金薄膜，开始追求更大尺度的非晶合金。

二十世纪五十年代，被称为非晶大师的D.Turnbull在非晶合金成型理论上做了许多奠基性的工作[5]，D.Turnbull发现深共晶会在某个温度会使金属原子的扩散变得异常的缓慢，容易产生过冷，由此预测了有深共晶的合金更容易形成非晶态。

1960年美国的PolDuwez发明了一种巧妙的装置[6]，他的装置可以使熔融状态金属液滴飞速的洒在高速旋转的铜辊上，形成了厚度仅有20um的非晶合金条带。

自此非晶合金的第一次研究热潮展开，开启了随后二十年里活跃的非晶合金理论和应用研究。

许多经典的如Zr基，Pd基和Fe基非晶合金体系问世，由于Fe基非晶合金具有非常良好的软磁性能，先对于同等成分的晶态合金的高电阻率，Fe基非晶合金可以大量的应用在变电器领域上，使变电器拥有更低的功率损耗及更轻的重量，Fe基非晶合金条带开始批量生产和应用。

随着条带状非晶合金的问世，人们继续追求更大尺寸的非晶合金。

在上世纪七十年代，陈鹤寿首次做出了直径为1-3mm棒状非晶合金[7]，但是陈鹤寿用的是PdCuSi体系，Pd元素稀有而昂贵，经济效益低，不利于工业推广，所以仅能作为学术研究对象，对于非晶合金的实际应用没有太大的实际意义。

由于非晶合金的成型理论不完善，仅仅从工艺角度难以对非晶合金的尺寸极限有突破，所以非晶合金的学术研究一度在上世纪八十年代陷入了瓶颈。

非晶合金的学术研究低潮一直持续到了上世界九十年代，直到美国的W.L.Johnson[8]和日本的井上明久（A.Inoue）[9]对非晶合金的学术和应用领域上投入了大量的研究，Johnson成立了LiquidmetalTechnologies公司，开始对非晶合金的应用开展了大量推广，成功把非晶合金这种高性能材料大量应用在各个领域上。

井上名久改变了过去非晶合金突破尺寸极限的研究思路，摒弃过去单纯的改进快冷工艺的思路，从材料的成分组成方面思考，提出了井上名久三原则，井上名久三原则即为

（1）至少拥有三种组元的多元体系；

（2）体系中各个原子的半径差大于12%；（3）各个原子之间有较大的负混合焓。

井上名久提出，符合三原则的非晶合金体系都将更容易形成非晶态。

井上名久提出，在混合熵更高，更大的负混合焓的非晶合金体系在凝固的过程中由于更大的混合度，原子扩散的过程中遇到的阻碍就越大，需要的动能越高，这种阻碍原子扩散的现象会使常规需要106K/s的冷却速率降低成103K/s的冷却速率便可以成型为非晶合金。

有了这些研究，非晶合金的极限尺寸突破的报道在随后如雨后春笋般出现。

1.2非晶合金特殊性能

非晶合金由于原子结构上与晶态合金的区别，在各方面的性能上也有很大的差别，而这种无序排列的结构往往会给非晶合金带来远超于晶态合金的优良性能。

这些优良的性能可以使非晶合金应用在国防工业，电子基架，生物医疗，金属焊接，体育设备和航天工业上，下面就以力学性能，磁阻性能和化学性能三方面上简述非晶合金的优良性能。

1.2.1非晶合金的力学性能

一种材料的力学性能是使这种材料是否能在工程领域尤其是作为结构零件的应用上大放异彩的主要因素，由于非晶合金的的特殊原子结构，没有晶态合金晶体缺陷的问题，非晶合金的各项力学性通常是同等成分的晶态的力学性能数倍。

这其中尤为突出弹性，良好的弹性非晶合金体系（如Zr基非晶合金）的弹性极限可以达到传统晶态合金的数十倍，非晶合金的最高弹性极限可以达到2%[10]，非晶合金可以把橡胶级别的弹性极限和高强度合金的高强度结合在一起，是极佳的弹性储能材料,美国的Liquidmetal公司使用高弹性极限的非晶合金推出了高尔夫球杆，网球拍和棒球棒等体育设备，它们使绝大部分通过撞击储存的能量返还在球上，避免了大量不必要的能量损耗。

由于没有滑移，位错等晶体缺陷，非晶合金的强度和硬度往往都使同等成分晶态材料的数倍，几乎所有合金体系的最高强度和最大硬度都是非晶合金。

非晶合金集高强度，高硬度和高弹性极限于一体，是作为结构材料的完美材料，但是非晶合金在力学性能上还存在着致命的弱点。

非晶合金虽然拥有极高的弹性极限，但是在常温下为脆性材料，在拉伸试验上几乎不会出现屈服阶段，几乎没有塑性，这对于机械加工而言是致命的，脆性材料难以使用传统的机械加工，只能使用价格昂贵低效的特种加工，在高周交变应力的作用下也容易疲劳，出现裂痕，这些缺点导致非晶合金作为一种拥有多种优异力学性能的材料一直没有在工程领域上出现大规模的应用。

直至最近几年，国内外对克服非晶合金的冷脆性做了大量的研究，这其中出现了Cu-Zr基非晶合金和以非晶合金为基体的复合材料，Cu-Zr基非晶合金由于Cu和Zr的相互作用下产生了剪切带[11]，从而使Cu-Zr基非晶合金拥有不低的塑性，除此之外，有大量学者在非晶合金基体上嵌入如枝晶的塑性材料，这种复合材料结合非晶合金的高强度，高硬度和塑性材料的塑性。

随着这些研究成果的诞生，非晶合金仍然有不俗的工程应用前景。

1.2.2非晶合金的磁性能

2019年1-9月我国非晶合金条带的产量约为6万吨，目前非晶合金条带已经可以大批量生产，并且产量逐年上升，这其中绝大部分是应用于变压器中作为软磁材料，其中Fe、Ni、Co基非晶合金作为软磁材料拥有优秀的磁性能，高电阻率、高磁导率和相对较低的磁损耗，这些性能都非晶合金应用于变压器时得到更低的变压能量损耗的同时减轻变压的重量，所以目前为止非晶合金最大规模的应用为作为软磁材料替代变压器中的硅钢片。

1.2.3非晶合金的化学性能

非晶合金的亚稳态的性质给它们带来了相比晶态合金更加优异的催化和化学性能[12]。

非晶合金不仅仅在催化产氢方面有应用，在降解处理废水方面也有很重要的应用，有不少关于非晶合金来降解印染废水[13-16]和焦化废水[17]等的研究。

降解印染废水方面，在使用非晶合金降解废水之前，常用零价纯铁粉的还原性来降解这些废水，但是零价纯铁粉存在在使用过程中因为腐蚀导致降解性能下降、活性位点少和难以回收的问题。

因此铁基非晶合金在降解处理印染废水中的应用得到了广泛的研究。

WangXianfei等人在2014年研究了Fe78Si9B13非晶条带在降解罗丹明B染料中的催化降解性能，在罗丹明B浓度为20mg/L、过氧化氢1.6mM、非晶条带用量0.5g/L、pH=3和295K的条件下，仅需10分钟就可以将罗丹明B完全降解，而非晶条带参与的该反应的活化能为27.4kJ/mol，这比类似条件下用稻壳基硅铁（ricehull-basedsilicasupportediron）催化剂82.5kJ/mol的活化能要低，这说明前者比后者的催化效率高，同时FeSiB非晶条带作为催化剂还有一定的耐用性，在重复使用3次后仍然保持良好的催化性能[14]。

WangQianQian等人研究对比了Fe80P13C7和Fe78Si9B13非晶合金降解亚甲蓝染料废水的催化降解性能，发现Fe80P13C7非晶条带在长时间使用中有降解性能的自更新效应，这赋予了该材料耐久的寿命,它在连续完成21次降解仍能保持高效的降解性能，这比Fe78Si9B13有更持久的耐用性[15]。

降解焦化废水方面，QinXindong等人研究了Fe78Si8B14对于焦化废水的催化降解性能，实验发现对于厌氧处理前的焦化废水30分钟以内就可以达到71%的化学需氧量去除率，对于有氧处理后的焦化废水60分钟以内可以到到89%的去除率[17]。

1.3非晶合金的热塑性成型技术

非晶合金相对于晶态合金拥有各种优异的性能，但是自从非晶合金自诞生将近七十年以来，未有大范围的应用，主要原因在于两点：

（1）非晶合金通过快冷制备，尺寸受限于冷却速率，存在着极限尺寸，难以做出大尺寸的大块非晶合金；

（2）非晶合金虽然具有晶态合金无以伦比的强度，硬度等力学性能，但是非晶合金在低温下为脆性材料，塑性极低，所以加工性很差，难以做加工余量较大的机械加工。

这两点原因极大的限制了非晶合金的应用。

非晶合金常温下呈固态，而且一般硬度和强度都是晶态合金的数倍，但是当非晶合金温度上升到玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx之间时，非晶合金的粘度会急剧下降，玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx之间的区间被称为过冷液相区，处于过冷液相区的非晶合金属于过冷液体，有类似液态的特性，拥有非常高的塑性，可以通过施加一定的压力使处于过冷液相区的非晶合金成型出各种复杂的结构。

这就是非晶合金的热塑性成型技术，非晶合金的热塑性成型技术在一定的程度上解决了非晶合金加工难的缺点。

非晶合金在过冷液相区中可以成型出精密且复杂的微纳结构，由于非晶合金无序且均匀的原子排列结构，非晶合金表面容易形成原子级别的粗糙度，大部分的非晶合金也表现出了包括极高的强度[18-29]，耐磨损和耐腐蚀，低弹性模量和极大的弹性极限[30-38]等的优良力学性能。

由于这些因素，非晶合金是极佳的三维微透镜阵列模具材料，而事实上，这也引起了世界范围内广大的研究热潮，在最近几十年间，海量的关于非晶合金微结构成型的研究成果相继被提出，旨在探索金属玻璃表面微观结构模式的新功能和应用[39]。

在2019年，Li等人提出，由于非晶合金错乱无序的原子结构，在析氢电解水反应中可以提供比规则有序排列的晶态合金更多的反应活性位点，并且在Pd基非晶合金表面修饰一层纳米绒毛结构增加比反应面积，可以使Pd基非晶合金作为电极获得比更加昂贵的玻碳电极更高的催化效率[40]。

Ida等人在2018年验证了ZrNiCuA大块非晶合金作为生物亲和材料的可行性[41]。

1.4研究的主要工作

本文的主要工作是研究非晶合金的热塑性成型工艺，利用非晶合金的热塑性成型工艺在大块非晶合金上加工出特殊的结构，研究及分析非晶合金的模压工艺过成，对其进行改进，制备良好的非晶合金样品，对非晶合金作为模具的应用性进行研究与开发。

配料及熔炼得出特定的非晶合金体系母合金，使用电弧熔炼吸铸设备制备出大块非晶合金，通过特定的模具限制，在精密模压设备中使大块非晶合金热塑性成型出特定结构，作为模具的应用性研究。

本文研究的主要工作如下：

（1）结合玻璃成型能力，热塑性可加工性和抗氧化性得出作为模具的可行的非晶合金体系。

（2）对第一步工作得出的非晶合金体系进行试验，制备大块非晶合金并对其热塑性成型加工出特定的结构，对样品的表面结构进行表征并分析结果，改进非晶合金的热压工艺，获得优质质量的样品。

（3）提出一种新型的非晶合金高温热塑性成型工艺，进行试验性实验，验证其可行性，对非晶合作为高温模具的应用性进行探究。

（4）提出一种新型的非晶合金三维微孔阵列成型工艺，对其加工过程进行有限元分析，建立数学模型，分析非晶合金热塑性成型，结合实验结果和仿真结果，为其作为光学透镜模具的应用提出理论依据。

第2章大块非晶合金的制备及表征

2.1非晶合金材料体系的选择

作为非晶合金热塑性成型加工的材料，这种材料需要拥有较好的玻璃成型能力，较好的玻璃成型能力可以做出更大尺寸的实验样品，使非晶合金作为塑料模具的应用范围更加广阔；较宽的过冷液相区，即更大的玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx，较宽的过冷液相区使得非晶合金在热塑性成型工艺过程中不容易发生晶化，影响样品的表面质量和强度；拥有一定的抗氧化能力，更高的抗氧化能力一方面可以保证样品的表面质量，另一方面也可以增加非晶合金作为塑料模具的使用寿命及降低应用条件。

Pd40Ni10Cu30P20是用于非晶合金的热压微成型经典的常用成分，Pd40Ni10Cu30P20非晶合金在过冷液相区的粘度相对于其他体系的非晶合金而言较低，容易充型形成特定的结构，拥有80℃的较宽的过冷液相区（玻璃转变温度Tg为300℃，晶化温度为380℃）[23],由于大比例的惰性金属Pd元素的存在，Pd40Ni10Cu30P20非晶合金也有非常不俗的抗氧化性能，是作为非晶合金热压成型的理想成分。

但是由于Pd元素高昂的价格，以及Pd40Ni10Cu30P20非晶合金相对较低得热稳定性，所以本文决定采用Zr35Ti30Be26.75Cu8.25体系非晶合金进行研究，Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金具有良好得抗氧化性，相对于Pd40Ni10Cu30P20非晶合金更宽得过冷液相区（141℃,玻璃转变温度为307℃，晶化温度为448℃），良好得玻璃成型能力，而且Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金相对于Pd40Ni10Cu30P20非晶合金有更好得经济性，有利于推广。

2.2大块非晶合金的制备

结合现有的实验设备，本文使用的Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金采用电弧熔炼吸铸设备制备，以下为Zr35Ti30Be26.75Cu8.25大块非晶合金的制备过程:

（1）配料：

为了加强实验得研究性，本文采用高纯度的Zr，Ti，Cu和Be元素单质进行配比（纯度均为99.99%at或以上）。

由于大块非晶合金的制备过程需要在超过原材料熔点的环境下进行，在配料过程中对于氧元素的清除和隔离要求较高。

首先取出单质Zr，Ti，Cu，Be元素，利用砂纸和锉刀打磨表面的氧化层和杂质，按照Zr35Ti30Be26.75Cu8.25原子比例配备总重量约40g的原材料（重量称量误差控制在0.4%以内），每种原材料在清除表面及配备完之后都需要及时的放入纯度为99.8%的乙醇中保存，以防原材料在暴露在空气中引起原材料表面再次氧化。

（2）清洗：

将配料完的原材料用高纯度乙醇或蒸馏水封存，放入超声清洗机中清洗5分钟后取出，更换原材料的封存介质，重复清洗4次，封存介质前两次使用高纯度乙醇，后两次使用蒸馏水。

清洗完的原材料需要放在真空干燥箱中干燥20-30分钟。

整个清洗过程需要配到橡胶手套及尽量避免触摸到原材料，防止再清洗的过程中再次引入新的杂质。

（3）熔炼：

本文使用的熔炼设备为高真空水冷电弧炉，高真空水冷电弧炉可以把真空腔抽至高真空（3X10-3Pa以下），去除绝大部分的空气，可以使金属材料在洁净的保护气体气氛下通过钨极通入大电流（最高可以达到300A）使保护气体电离轰击熔炼。

首先用沾有高纯度乙醇无尘纸擦拭清洗高真空水冷电弧炉的真空腔，确保不含有杂质，将清洗及干燥过后的Zr，Ti，Cu，Be元素的原材料放入真空腔上的水冷铜干锅中，关闭真空腔门。

逐次使用机械泵和分子泵，将真空腔内的抽至气压为3X10-3Pa以下，将高纯度氩气（99.99%）通入真空腔内，进行1-2次洗气操作（将氩气通入高真空的真空腔内，使氩气与腔内剩余的微量空气充分混合，再次将真空腔抽至高真空，主要作用为清楚高真空环境中剩余的微量空气），洗气过后往腔内充入0.3-0.2倍大气压的氩气（一方面作为保护气体保护材料不被氧化，另一方面作为电弧的电离介质），把钨极先移动到提前准备好约30g重量的钛锭上约2-3mm的位置，先将钨极电流提升至60A实现引弧，随后将电流提升至120A使钛锭完全融化，持续约一分钟使高温的钛锭把腔体内残余的氧气吸附反应。

吸附完残余氧气后，将电流调至45A，将钨极移动至配备好的原材上方，观察原材料的融化情况，视情况而逐渐提升电流及移动钨极，待原材料完全融化，在设备带有的周期变化的电磁场搅拌下，液态的金属材料会快速回旋，使各个成分的原材料充分混合。

为保证材料充分混合均匀，对熔炼出来的金属锭翻边再重复进行熔料操作4次，得到Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金的母合金。

（4）吸铸大块非晶合金：

本文Zr35Ti30Be26.75Cu8.25大块非晶合金是由非晶合金的吸铸工艺制备，在高真空水冷电弧炉中实现，电弧炉中配备有水冷铜模，水冷铜模上通道带有气体阀门开关，吸铸前融化的母合金处于0.3-0.5倍的大气压的氩气环境下，水冷铜模另一端处于高真空环境下，此时将连接水冷铜模阀门打开，由于水冷铜模两端的有较大的气压差，所以在铜模上的液态母合金会快速的吸入铜模中，非晶合金母合金可以在铜模的快速冷却下形成非晶态结构。

首先将熔炼出来的Zr35Ti30Be26.75Cu8.25母合金放入水冷铜模上，在氩气气氛下重新熔炼，打开吸铸阀，获得直径为5mm的棒状

Zr35Ti30Be26.75Cu8.25大块非晶合金。

如图2-1所示。

图2-1Zr35Ti30Be26.75Cu8.25大块非晶合金

2.3大块非晶合金的表征

通常在制备出大块非晶合金后，从宏观的角度很难分辨出样品是否为非晶态，而在制备大块非晶合金过程中难免会出现不可控因素（配比误差，杂质和冷却速率等）使制备的样品没有形成非晶体结构，所以在制备完样品后需要通过表征的手段证明所制备的样品为大块非晶合金。

证明为非晶体结构的表征设备通常有三种，透射电子显微镜（TEM），X射线衍射仪（XRD）和差示扫描量热仪（DSC）。

透射电子显微镜可以清晰看到材料的原子结构排列，可以清楚看出原子排列是无序还是有序，但是因为透射电子显微镜使用成本高，对样品厚度要求苛刻，低效，所以本文仅用X射线衍射和差示扫描量热两种方法表征非晶结构。

XRD，X射线衍射仪由可检测样品的原子结构不同可以分为单晶和多晶两种，本文所采用的为多晶粉末X射线衍射仪（MiniFlex600）.多晶X射线衍射仪主要由X射线发生器、测角仪、X射线探测器和X射线系统控制装置四个部分组成[42]。

X射线衍射仪可以通过X射线发生器对被检测样品发射X射线，X射线遇到被测量样品上的原子时会发生反射，反射的X射线将会被X射线探测器捕抓得到反射射线的强度，不同的样品放置角度和X射线反射射线强度之间会组成一条特性曲线，这条特性曲线可以反应出样品的原子排列空间结构情况，由于非晶合金的无序原子排列结构，所以没有尖锐的布拉格衍射峰的漫反射XRD图像即可被表征为非晶结构。

本文制备的非晶合金样品的XRD图谱如图

2-2所示。

从图谱可以看出本文制备的样品为非晶合金。

图2-2非晶合金样品的XRD图谱

DSC，除了需要XRD表征制备的样品是否为非晶结构外，非晶合金的热塑性成型工艺必须对温度的掌控有着较高的要求，整个热塑性成型过程中必须温度比保持在玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx之间，所以还需要对非晶合金样品的玻璃转变温度Tg和晶化温度进行精确的测量。

本文采用差示扫描量热仪（DSC8000）来测量样品的玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx。

差示扫面量热仪根据物体升温和降温时的热流关系测量物质的相变温度，而非晶合金在玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx上时会发生明显的相变，通过差示扫面量热仪测量出来的特性曲线可以相对比较容易的获得非晶合金样品的玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx。

本文制备的非晶合金样品的DSC图谱如图2-3所示，从DSC图谱可以得出非晶合金样品的玻璃转变温度Tg为307℃，晶化温度Tx为448℃。

图2-3非晶合金样品的DSC图谱

2.4本章小结

（1）从非晶合金的热塑性和作为模具应用的性能上要求上出发，选取Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金作为研究对象，使用电弧熔炼吸铸设备制备出Zr35Ti30Be26.75Cu8.25大块非晶合金。

（2）对大块非晶合金样品进行本征结构表征。

第3章非晶合金热塑性微成型及应用性研究

非晶合金在过冷液相区中可以成型出精密且复杂的微纳结构，由于非晶合金无序且均匀的原子排列结构，非晶合金表面容易形成原子级别的粗糙度，大部分的非晶合金也表现出了包括极高的强度，耐磨损和耐腐蚀，低弹性模量和极大的弹性极限等的优良力学性能。

由于这些因素，非晶合金是极佳的三维微透镜阵列模具材料，而事实上，这也引起了世界范围内广大的研究热潮，在最近几十年间，海量的关于非晶合金微结构成型的研究成果相继被提出，旨在探索金属玻璃表面微观结构模式的新功能和应用。

以往关于非晶合金的热塑性微成型工艺的研究很少在热压过程中的工艺进行探究，下文仅对ZrTiCuBe非晶合金的热塑性微成型进行研究，利用光刻制备的带有微结构硅模具，在精密模压机上把大块ZrTiCuBe非晶合金热压复制硅模具上的微结构，分析实验结果，通过改进热塑性成型工艺提高样品的复制完整度及表面质量，随后提出一种非晶合金在玻璃模压微米级模具的应用。

3.1实验设备介绍

本文中所使用的热压设备为自主搭建的精密模压机，如图3-1所示，本精密模压机主要由伺服驱动系统、温度控制系统、控制系统、冷却系统和真空系统组成。

伺服驱动可以实现精密伺服驱动，模压的位移和压力反馈的串联控制，通过伺服电机、精密传动系统、位移传感器和力反馈传感器实现高精度的位移和压力控制。

温度升温方式主要为4个半圆状钨灯丝红外灯管通过红外辐射到样品表面产生加热的效果，加热时不需要接触到样品表面，样品各个部分加热均匀，最高可以是样品加热到800℃，超过绝大多数非晶合金的玻璃转变温度和晶化温度，模压腔体内的上下压头都插入接触式的热电偶，可以检测较为