【摘要】：非晶合金,又名金屬玻璃,相較于普通合金材料,不僅具有更優(yōu)異的物理和機(jī)械性能,還能夠在其過冷液相區(qū)精確成型微米級結(jié)構(gòu),因此具有廣闊的應(yīng)用前景。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域的快速發(fā)展對精密微模具提出了更高的要求,即能夠可靠且大批量地制備具有微-納結(jié)構(gòu)的微組件,因此以非晶合金作為制備微模具的新材料成為一種解決方案。本文致力于解決非晶合金作為微模具在實(shí)際應(yīng)用中所面臨的問題,深入研究了非晶合金在注射成型中作為模具鑲件的可行性,以及熱壓成型中其脫模特性的研究。具體開展了以下幾方面的研究工作:通過銅模吸鑄法制備出Vit-1(Zr_(41.2)Ti1_(3.8)Cu_(12.5)Ni_(10)Be_(22.5))塊體非晶合金(BMG),經(jīng)過切割、連續(xù)拋光和熱壓成型等工藝制備得到非晶合金微模具鑲件。然后將其裝配于微注塑模具動模板上,選擇合適的工藝參數(shù),注射成型得到聚合物基微流控芯片。一系列的表征和測試結(jié)果表明,注射成型得到的微流控芯片較好地復(fù)制了微模具鑲件上的微結(jié)構(gòu)特征,且微流控芯片的密封性和功能性測試均表現(xiàn)良好,非晶合金相較于傳統(tǒng)的電鑄鎳材料具有更高的硬度。本文的研究結(jié)果表明以非晶合金作為微模具鑲件是可行的,且相較與目前常用的模具鑲件材料具有更好的性能。注射成型和熱壓成型工藝是大批量制備聚合物基微器件的兩種方法,兩者對模具的性能有著相似的要求。然而在實(shí)際的冷卻脫模過程中,聚合物制品上的微結(jié)構(gòu)有一定的損壞概率,會發(fā)生變形、撕裂甚至破壞等現(xiàn)象。針對這種現(xiàn)象,本文進(jìn)行了基于非晶合金微模具的脫模性能研究。研究了PMMA與非晶合金微模具之間的表面黏附性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩者之間的黏附力在溫度為100℃時(shí)達(dá)到最大,然后隨著溫度的降低而降低,當(dāng)溫度低于60℃時(shí),黏附性幾近消失。接著通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化脫模過程中的各個(gè)工藝參數(shù),結(jié)果表明:在脫模溫度為60℃,熱壓壓力為400N,分離速度為1mm/min,脫模方式為掀開式的工藝條件下,測得的脫模功最小,也即表明聚合物制品的表面微結(jié)構(gòu)在該條件下破壞的概率最小。在脫模性能試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,基于其內(nèi)在機(jī)理提出了一個(gè)綜合考慮摩擦、黏附和形變作用的理論模型。從該模型中我們可以得到,聚合物制品微結(jié)構(gòu)側(cè)在不同溫度下的受力情況,溫度越低也即溫差越大,微結(jié)構(gòu)的側(cè)壁受力越大。微結(jié)構(gòu)所在位置距對稱中心越遠(yuǎn),其受到的側(cè)壁力越大。脫模功在脫模溫度為60℃時(shí)數(shù)值最小,其中在脫模溫度低于60℃時(shí),脫模功隨著脫模溫度的降低而近似線性增加;而在高于60℃時(shí),隨著脫模溫度的上升表現(xiàn)出先上升后緩降的趨勢,與試驗(yàn)結(jié)果吻合得很好�；贏baqus軟件對脫模過程進(jìn)行數(shù)值模擬,利用Python語言對后處理結(jié)果進(jìn)行提取并得到可視化圖表,研究工藝變量和結(jié)構(gòu)變量在不同時(shí)間點(diǎn)下對脫模性能的影響方式,并根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果探究最佳的脫模條件。結(jié)果表明,脫模溫度和脫模角對脫模性能影響最大,較高的脫模溫度即60-70℃、0°的脫模角、較低的微結(jié)構(gòu)密度以及合適的結(jié)構(gòu)深寬比最有利于完成成功的脫模。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN492
【圖文】：

1 緒論題研究背景及意義年來，隨著生物科學(xué)、生命科學(xué)、信息通訊技術(shù)的發(fā)展，需要越小型機(jī)械[1]。微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems，M迅速發(fā)展，這些微型和小型機(jī)械不僅在尺寸精度上要求嚴(yán)格，要精度，更重要的是要求組成的零件具有較高的力學(xué)性能、耐磨性微流控芯片是微器件的一個(gè)重要組成部分，其具有將化學(xué)、醫(yī)學(xué)、反應(yīng)、分離、檢測等的功能，如圖 1.1 所示，而這一系列的操在一塊微米級的芯片上，并能夠自動完成整個(gè)分析過程[2]。

1 緒論典型的熱壓成型過程及壓力與時(shí)間分布如圖 1.3 和圖 1.4 所示。熱壓法多的優(yōu)點(diǎn)，比如：高通量、與大多數(shù)熱塑性材料良好的兼容性、較低的啟等。由于熱壓成型生產(chǎn)過程中聚合物材料的流動速度很低，且加工壓力小時(shí)間長，因此材料的內(nèi)應(yīng)力比較低，適合用于制作高深寬比的光學(xué)器件

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5 本報(bào)記者 倪e

本文編號：2721094