金属玻璃基塑料热压印微成型模具及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种金属玻璃基塑料热压印微成型模具，是以金属玻璃为基体，其上具有微结构的塑料热压印微成型模具。本发明专利技术还提供一种制备金属玻璃基塑料热压印微成型模具的方法。本发明专利技术的金属玻璃基塑料热压印微成型模具具有高强度、高硬度、高韧性，良好的导热性能，及其优良的表面质量以及良好的耐腐蚀性能等特点，本发明专利技术提供的金属玻璃基塑料热压印微成型模具的制备方法具有精度高，制备方便，制备效率高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于凝聚态物理和材料科学领域，具体来说是涉及一种金属玻璃基塑料热压印微成型模具，及以热压印的方法制备该金属玻璃基塑料热压印微成型模具的方法。
技术介绍
随着现代科学技术的发展，人们对于不导电微纳米器件的要求越来越高，而热塑性塑料由于其价格便宜，种类众多，可加工范围宽以及微成型性能优良等优点而备受关注。此外，由于这类材料通常具有很独特的光学性能，所以在未来光学微器件的制备中也会发挥越来越重要的作用。虽然人们对热塑性塑料的微成型技术有了一定的认识，但是用什么材料以及如何精确地制备塑料微成型模具一直以来都是人们迫切想要解决的问题。热压印塑料微成型模具对材料具有一些要求，包括以下几个方面I、具有高强度，高硬度。成型的过程中往往需要施加压力，如果材料的强度不够，模具就会发生变形甚至损坏；2、具有高韧性。为了提高生产效率，成型的周期便要缩短，材料需要承受成型力的冲击，如果韧性不够，便会发生断裂。3、具有优良的热导率。材料在成型以及脱模的过程中需要对模具进行升温和降温，优良的热导率可以缩短升降温时间，提高生产效率。4、具有耐腐蚀性。模具材料不能和需要成型的材料进行反应，同时为了便于脱模，在成型时，模具往往需要涂脱模剂，模具材料还不能和脱模剂反应。5、具有良好的表面质量。为了便于脱模，模具表面质量要求良好，粗糙度要低。现有的制备塑料微成型模具的材料有金属，例如钢材，黄铜，镍等，还有聚合物，陶瓷，以及半导体材料如硅等，这些材料有的是强度不足，比如最常用的镍，它的强度随着温度升高下降的很快，有些材料则由于太脆而不能满足使用要求，例如硅，陶瓷等。除了材料的不足，制备方法也存在一些问题。现有的制备塑料微成型的模具的方法包括几大类，分别是直接成型，包括机加工、激光烧蚀、电火花放电成型等；光刻成型，包括紫外光刻，X射线光刻以及电子束曝光等。但是光刻成型通常要经过电镀才能加以使用。以上制备塑料微成型模具的方法存在一些缺点，例如机加工的方法能成型的最小尺寸有限制，大概在几十到一百微米之间，不能加工更小的尺寸。激光烧蚀和电火花制备的模具表面质量不好，粗糙度较高，而光刻技术虽然具有较高的精度，但是光刻工艺复杂，成本高，并且光刻之后的电镀过程是一个很慢的过程，使模具生产的效率非常低，而且电镀对工艺要求较严格，还会造成环境的污染。所以，如何高效而准确的制备塑料微成型的模具成为制约塑料微器件生产的一道难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的塑料热压印微成型模具及其制备方法，以克服现有材料制备的模具及制备方法的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提出一种塑料热压印微成型模具，包括金属玻璃基体，所述金属玻璃基体上具有微结构。其中，所述金属玻璃基体为Pd基、La基、Ce基、Zr基、Mg基、Au基、Pt基、Sc基、Dy基、Er基、Ho基、Nd基、Ni基、NiNb基、Pr基、Sm基、Tb基的金属玻璃基体。其中，所述金属玻璃基体为Pd4ciCu3tlP2tlNi 1(|、La57.5Al17.5Cu12.5Ni12.5、Ce69Al20Cu10Co1^Mg65Cu25Gd10-, Zr65Cu15AliciNiici、或 Au49Ag5.5Pd2.3Cu26.95i16.3。其中，所述微结构为圆柱结构，所述圆柱结构的直径为5-10 iim,深度为5-10 iim,所述微结构的周期为8-20 u m。其中，所述金属玻璃基体宽度为5-10mm，厚度为1_2臟，长度为5_10mm。而且，为实现上述目的，本专利技术提出一种制备塑料热压印微成型模具的方法，包括步骤I :制备金属玻璃的薄板将金属玻璃的熔体冷却，得到金属玻璃的薄板；步骤2 :对金属玻璃的薄板进行表面处理将步骤I中所制得的金属玻璃的薄板截成所需长度；将该金属玻璃的薄板的两面依次打磨光滑以得到平整的表面，然后取其较光滑的一面进行抛光，得到金属玻璃基体；步骤3 :制备硅模利用光刻技术制备硅模，在硅模表面，刻蚀出所设计的图案作为塑料热压印微成型模具的微结构，以用来做金属玻璃热压印的模具；步骤4 :热压印将步骤2中抛光后的金属玻璃基体加热至其玻璃化转变温度以上并进行恒温；将步骤3中硅模有微结构的一面与所述金属玻璃的薄板的光滑的一面相对，对叠合在一起的二者施压；步骤5 :卸载，取下硅模与金属玻璃基体，所述金属玻璃基体的表面形成与所述硅模相吻合的微结构；将该具有所设计微结构的金属玻璃基体冷却，得到金属玻璃基塑料热压印微成型模具。其中，所述金属玻璃基体为Pd基、La基、Ce基、Zr基、Mg基、Au基、Pt基、Sc基、Dy基、Er基、Ho基、Nd基、Ni基、NiNb基、Pr基、Sm基、Tb基的金属玻璃基体。其中，所述步骤I中的金属玻璃的薄板的宽度为5-10mm左右，厚度为l_2mm左右，长度为4_70mm。其中，所述步骤2中金属玻璃基体的宽度为5-10mm，厚度为l_2mm，长度为5_10mm。其中，所述步骤3中的娃模的尺寸为IOmmX IOmm,厚度为0. 5mm。其中，所述微结构为圆柱结构，圆柱直径为5-10 iim,深度为5_10 ii m,所述微结构的周期为8-20 iim。其中，所述步骤4的热压印步骤包括将抛光后的金属玻璃基体加热至其玻璃化转变温度以上约40摄氏度并进行恒温；将叠合在一起的硅模和金属玻璃的薄板在10-30Mpa压力下保持10-30秒。 本专利技术的优点在于I)本专利技术的金属玻璃基塑料热压印微成型模具具有以下优点a)强度高，硬度高。金属玻璃由于是无序态结构，没有晶体结构中存在的位错，空位以及晶界等变形缺陷，所以具有很高的强度，通常是普通的金属材料的10倍左右；b)韧性高。金属玻璃不但具有很高的强度，还有很高的韧性，其断裂韧性值为几十到几百，而陶瓷，硅等的断裂韧性值仅为不到1，所以在塑料成型的时候，金属玻璃模具不容易发生断裂。c)热膨胀系数低。金属玻璃的典型的线膨胀系数为5X10_6左右，相对于铜(16. 5 X IO-6), Il (13 X IO-6)钢(13X 10_6)来说都低。小的热膨胀系数更能保证模具在加工和使用过程中的精度。 d)热导率高。金属玻璃是一种金属合金，比聚合物，陶瓷和半导体材料的导热性能好，高导热率可以缩短塑料制品的生产周期，提高生产效率。e)表面质量非常高。金属玻璃由于没有晶界等缺陷，其表面很容易可以达到硅片的纳米级光滑程度。f)耐腐蚀性好。金属玻璃的玻璃态无序结构使金属玻璃具有很好的耐腐蚀性，可以抵抗脱模剂等化学物质的腐蚀。2)本专利技术的制备金属玻璃基塑料热压印微成型模具的方法具有成型效率高，成型力小，成型精度高等特点，且成型过程可人为控制；同时，该方法简单、方便、高效。附图说明图I是根据本专利技术一实施方式的金属玻璃基塑料热压印微成型模具装置的结构示意图；图2是根据本专利技术一实施方式的制备金属玻璃基塑料热压印微成型模具流程示意图；图3是实施例I的硅模的表面形貌的扫描电镜照片；图4是实施例I制得的金属玻璃基塑料热压印微成型模具的扫描电镜照片；图5a是使用实施例I制得的金属玻璃热压印模具压印高密度聚乙烯HDPE (HighDensity Polyethylene)的显微镜照片；图5b是使用实施例I制得的金属玻璃热压印模具压印聚丙烯PP (Polypropylene)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马将，张响，赵德乾，丁大伟，潘明祥，白海洋，汪卫华，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：