论文部分内容阅读
在微制造领域中,微热压印技术由于工艺简单,成本低廉且能达到较小的尺寸,因此被广泛的应用。模具材料的选择是微热压印技术里面很重要的环节,非晶合金由于具有优异的力学和理化性能,很适合作为微热压印模具材料。本文采用Zr65Cu17.5Al7.5Ni10非晶合金材料,利用自行设计的微热压印模具,在电子材料试验机上进行微热压印实验,研究温度、挤压速率等工艺参数对微热压印效果的影响,并从理论上对实验结果进行分析,最后利用Deform-3D有限元模拟软件对微热压印过程进行模拟。用铜模吸铸的方法制备Zr65Cu17.5Al7.5Ni10非晶合金试样,再利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热(DSC)的手段对非晶样品的结构和热性能参数进行了分析,确定其过冷液态区温度范围为377℃477℃。选择H13钢作为模架材料,并考虑尺寸、定位和取放等因素,设计微热压印模具,该模具具有结构简单,拆卸方便等特点。选取不同的温度、挤压速度、最大载荷、保压时间、微槽规格等工艺参数,通过电子材料试验机进行反复的交叉试验。结果表明:温度430℃,挤压速率5μm/s,最大载荷3000N,保压时间120s是比较好的工艺参数组合。同时还发现,微热压印效果跟微槽的尺寸有关,随着微槽宽度的减小,填充百分比显著减少。利用泊肃叶公式,对非晶合金微热压印成形进行理论分析,分析表明:在匀速填充的假设下,利用泊肃叶方程可以很好地拟合实验结果,表明将泊肃叶定律推广使用在非晶合金微热压上是可行的。同时,利用泊肃叶公式可以解释一些实验结果,将公式进行适当变形后还能估算非晶合金填充微槽所需要的时间。基于Deform-3D有限元软件,对非晶合金在过冷液态区微热压印过程进行了模拟,发现模拟得到的真实应力应变曲线在应变0.4的范围内与试验曲线和理论计算曲线拟合较好,说明模拟结果具有一定的参考性。