本發(fā)明涉及半導(dǎo)體新材料領(lǐng)域，具體涉及一種塊體無定形合金的制備方法。
背景技術(shù)：
塊體凝固型無定形合金或塊體金屬玻璃(“BMG”)為最近開發(fā)的一類 金屬材料。這些合金可以以相對較慢的速率凝固和冷卻，并且它們在室溫 下保持無定形的非結(jié)晶（即，玻璃態(tài)）狀態(tài)。無定形合金具有許多比其晶態(tài)對應(yīng)物優(yōu)越的特性。然而，如果冷卻速率不夠快，則晶體可能在冷卻期 間形成于合金內(nèi)部，使得無定形狀態(tài)的有益效果可能喪失。例如，制造塊體無定形合金部件的一個挑戰(zhàn)在于由緩慢冷卻或合金原材料中的雜質(zhì)所導(dǎo) 致的部件的局部結(jié)晶。由于在BMG部件中可能需要較高程度的非晶度（并 且相反地，較低程度的結(jié)晶度），因此需要開發(fā)用于鑄造具有受控量的非 晶度的BMG部件的方法。
美國專利No.7,575,040公開了Zr--Ti--Ni--Cu--Be族VIT-001系列的塊體凝固型無定形合金的粘度-溫度關(guān)系，在形成無定形固體期間，不存在塊體凝固型無定形金屬的明顯液體/固體轉(zhuǎn)變。隨著過冷卻逐漸擴大，熔融的合金變得越來越粘，直至其在大約玻璃化轉(zhuǎn)變溫度處接近固體形式。因此，塊體凝固型無定形合金的凝固前沿的溫度可為大約玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，此處出于拔出經(jīng)淬火的無定形片材產(chǎn)品的目的，合金將實際上充當(dāng)固體。
美國專利No.7,575,040公開了塊體凝固型無定形合金的時間溫度轉(zhuǎn)變(TTT)冷卻特性，與常規(guī)金屬一樣，塊體凝固型無定形金屬在冷卻時不會經(jīng)歷液體/固體結(jié)晶轉(zhuǎn)變。相反，隨著溫度降低（接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg），在高溫（接近“熔融溫度”Tm）下發(fā)現(xiàn)的高度流體化的非晶態(tài)形式金屬變得更粘，最終呈現(xiàn)常規(guī)固體的外在物理特性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種塊體無定形合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
（1）濺射熔融合金：提供既定要形成的塊體無定形合金的多組分金屬靶材，進行高溫熔融濺射，所述高溫熔融的溫度高于熔融溫度（Tm），得到熔融態(tài)合金；
（2）激光退火：將所述熔融態(tài)合金平鋪為2mm厚的合金膜，利用激光器進行點退火，所述點退火即為利用激光器的激光束進行點狀局部掃描，掃描時，只是對激光束對準(zhǔn)的合金膜進行局部退火，逐行掃描，最終掃描完整個合金膜，得到玻璃態(tài)合金；
（3）快速冷卻：利用快速冷卻技術(shù)對玻璃態(tài)合金進行冷卻，最終得到塊體無定形合金。
其中，所述濺射在真空環(huán)境或惰性氣體保護下進行。
其中，其特征在于，所述激光束加熱溫度為0.8倍的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（0.8Tg）至1.2倍的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（1.2Tg），掃描速度為5mm/min。
其中，所述快速冷卻為上百萬度每秒的級別上的快速冷卻。
其中，所述合金完全不含鎳、鋁、鈦、鈹、或它們的組合。
其中，所述塊體無定形合金具有式(Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,A1,Si,B)c，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。優(yōu)選的，以原子百分比計，a在30至75的范圍內(nèi)，b在5至60的范圍內(nèi)，并且c在0至50的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用先熔融，再激光局部退火，最后進行快速冷卻的方式形成塊體無定形合金，能夠很好的將無定形態(tài)鎖在合金中，減少結(jié)晶態(tài)的出現(xiàn)，保證了塊體無定形金屬的優(yōu)良的性質(zhì)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明制備塊體無定形合金的流程圖。
具體實施方式
“無定形”或“非晶態(tài)固體”是缺乏作為晶體特性的晶格周期性的固 體。如本文所用，“無定形固體”包括“玻璃”，其是在加熱時通過玻璃 化轉(zhuǎn)變而軟化并轉(zhuǎn)變成類液體狀態(tài)的無定形固體。一般來講，盡管無定形材料因化學(xué)鍵的性質(zhì)而可在原子長度尺度下具有一些短程有序，但是它們 缺乏晶體的長程有序特性?；谕ㄟ^結(jié)構(gòu)表征技術(shù)諸如X射線衍射和透射電子顯微鏡法所確定的晶格周期性，可得出無定形固體和晶態(tài)固體之間的區(qū)別。
術(shù)語“有序”和“無序”指定多粒子系統(tǒng)中一些對稱性或相關(guān)性的存在或不存在。術(shù)語“長程有序”和“短程有序”基于長度尺度來區(qū)分材料中的有序。
本文所描述的方法可應(yīng)用于任何類型的無定形合金。類似地，本文中描述的無定形合金作為組合物或制品的成分可為任何類型。無定形合金可包含元素Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、 Nb、Be、或它們的組合。即，該合金可包括這些元素以其化學(xué)式或化學(xué)組 成的任何組合。所述元素可以以不同的重量或體積百分比存在。例如，鐵“基”合金可以指具有不可忽略的重量百分比的鐵存在于其中的合金，該 重量百分比可為例如至少約20重量%、例如至少約40重量%、例如至少約 50重量%、例如至少約60重量%、例如至少約80重量%。作為另外一種選擇，在一個實施例中，上文所述的百分比可為體積百分比，而不是重量百 分比。因此，無定形合金可為鋯基、鈦基、鉑基、鈀基、金基、銀基、銅基、鐵基、鎳基、鋁基、鉬基等等。該合金還可以不含前述元素中的任一 種，以適合特定目的。例如，在一些實施例中，該合金或包含合金的組合 物可基本上不含鎳、鋁、鈦、鈹或它們的組合。在一個實施例中，該合金或復(fù)合物完全不含鎳、鋁、鈦、鈹、或它們的組合。
例如，無定形合金可具有式(Zr,Ti)a(Ni,Cu,Fe)b(Be,A1,Si,B)c，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一個實施例中，以原子百分比計，a在30至75的范圍內(nèi)，b在5至60的范圍內(nèi)，并且c在0至50的范圍內(nèi)。
參見圖1，本文所述的塊體無定形合金的制備方法如下所述：
（1）濺射熔融合金：提供既定要形成的塊體無定形合金的多組分金屬靶材，進行高溫熔融濺射，所述高溫熔融的溫度高于熔融溫度（Tm），所述濺射在真空環(huán)境或惰性氣體保護下進行；得到熔融態(tài)合金。
（2）激光退火：將所述熔融態(tài)合金平鋪為2mm厚的合金膜，利用激光器進行點退火，所述點退火即為利用激光器的激光束進行點狀局部掃描，掃描時，只是對激光束對準(zhǔn)的合金膜進行局部退火，逐行掃描，最終掃描完整個合金膜；所述激光束加熱溫度為0.8倍的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（0.8Tg）至1.2倍的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（1.2Tg），掃描速度為5mm/min；得到玻璃態(tài)合金。
（3）快速冷卻：利用快速冷卻技術(shù)對玻璃態(tài)合金進行冷卻，該快速冷卻為上百萬度每秒的級別上的快速冷卻；最終得到塊體無定形合金。
所述激光退火是一種局部退火方式，其通過激光束的集中電磁能進行點退火，防止了在退火中由于整體退火而導(dǎo)致的結(jié)晶問題，可以將“非晶態(tài)（無定形態(tài)）”鎖定在合金中，從而得到無定形金屬。
無定形金屬的快速冷卻方式很多，但是需要保證冷卻的速率。冷卻速率太慢會導(dǎo)致冷卻曲線經(jīng)過結(jié)晶區(qū)，而形成部分結(jié)晶的合金，降低塊體無定形合金的優(yōu)越性。
最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。