本文關(guān)鍵詞：基于EBSD分析對(duì)Au-20Sn共晶合金熔體混合凝固組織的研究

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【摘要】：Au-20Sn(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)共晶合金作為一種釬焊材料,具有導(dǎo)電性及釬焊流散性好、釬焊強(qiáng)度高和抗蠕變性能優(yōu)良等優(yōu)異特性,廣泛用于高可靠性微電子和光電器件封裝。合金的加工使用性能與其凝固組織密切相關(guān)。已有的研究表明,熔體混合工藝可以有效地改善Au-20Sn合金的初始凝固組織和性能,且將發(fā)生規(guī)則層片共晶(regular lamellar eutectic)向非規(guī)則異常共晶(anomalous eutectic)的組織轉(zhuǎn)變。所以,深入研究Au-20Sn合金在熔體混合過程中的組織演變規(guī)律及非規(guī)則共晶的形成機(jī)制對(duì)該合金的加工制備及應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)際意義。 本文采用高低溫熔體混合法,深入研究了高溫熔體溫度(記為TH)對(duì)Au-20Sn共晶合金凝固組織的影響及其組織演變規(guī)律；采用電子背散射衍射技術(shù)(EBSD)深入研究了Au-20Sn共晶合金熔體混合凝固組織中初生相、規(guī)則層片共晶、網(wǎng)格狀過渡組織及非規(guī)則共晶的晶體學(xué)取向特征,并對(duì)比分析了細(xì)小全層片共晶均勻化熱處理后的球化組織及其晶體學(xué)取向特征,從而探討了Au-20Sn合金熔體混合非規(guī)則共晶的形成機(jī)制,得到了以下結(jié)論： (1)TH對(duì)Au-20Sn合金熔體混合凝固組織產(chǎn)生了顯著影響。 ①當(dāng)TH較低時(shí)(370℃～390℃),凝固組織中形成了近球狀ξ'-Au5Sn初生相。隨著TH的升高,共晶組織發(fā)生了從規(guī)則層片共晶到網(wǎng)格狀過渡組織,再到非規(guī)則共晶組織的轉(zhuǎn)變。當(dāng)TH為377℃時(shí),得到細(xì)小的網(wǎng)格狀過渡組織；當(dāng)TH為382℃和386℃時(shí),得到非規(guī)則共晶和網(wǎng)格狀共晶的共存組織,但共晶組織中ξ'-Au5Sn和δ-AuSn相的相互橋連逐漸減弱,兩相明顯粗化和長大。 ②當(dāng)TH較高時(shí)(392℃～410℃),凝固組織中形成了具有小平面生長特性的δ-AuSn初生相。共晶組織主要為非規(guī)則共晶和網(wǎng)格狀過渡組織的共存組織。但隨著TH的升高,共晶兩相粗化和熟化的程度加強(qiáng),得到較典型的塊球狀非規(guī)則共晶組織。 (2)實(shí)驗(yàn)探索出了優(yōu)化的Au-20Sn合金EBSD制樣方法,即在低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行(100-200r/min)機(jī)械拋光,并用W0.02的SiO2懸浮液進(jìn)行長時(shí)間最終拋光,此種方法制得的試樣能夠滿足EBSD測試的要求,標(biāo)定率為85%以上。 (3)對(duì)Au-20Sn合金熔體混合凝固組織的EBSD取向分析表明： ①當(dāng)TH較低時(shí)(370℃～390℃),凝固組織中規(guī)則層片共晶、網(wǎng)格狀共晶、非規(guī)則共晶均具有相似的取向特征,共晶ζ'-Au5Sn和δ-AuSn相的晶體學(xué)取向都非常集中。這表明這種非規(guī)則共晶的形成機(jī)制為層片共晶過熱——重熔——粗化及δ-AuSn碎片的旋轉(zhuǎn)。 ②當(dāng)TH較高時(shí)(392℃～410℃),規(guī)則層片共晶組織中ζ'-Au5Sn和δ-AuSn相的取向高度集中,而網(wǎng)格狀共晶組織中ξ'-Au5Sn相卻表現(xiàn)出分散的取向,非規(guī)則共晶組織中ξ'-Au5Sn相甚至呈現(xiàn)出隨機(jī)取向的趨勢。這種非規(guī)則共晶是過冷合金液相中共晶兩相獨(dú)立形核、長大的產(chǎn)物。 (4)對(duì)Au-20Sn細(xì)小全片層共晶均勻化熱處理后的球化組織的EBSD取向分析表明：在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下,ξ'-Au5Sn和δ-AuSn層片間元素互相擴(kuò)散,層片組織粗化、斷開,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍蚧M織。這種球化組織的晶體取向和顯微形貌都與TH較低時(shí)(370℃～390℃)得到的網(wǎng)格狀共晶組織十分相似。這也進(jìn)一步證明了當(dāng)TH較低時(shí),非規(guī)則共晶源于層片共晶組織的過熱、熔斷、粗化。
【關(guān)鍵詞】：Au-20Sn共晶合金 熔體混合 EBSD 非規(guī)則共晶
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG425
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 目錄8-12
• 第一章 緒論12-36
• 1.1 前言12
• 1.2 EBSD技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀12-21
• 1.2.1 EBSD技術(shù)的基本原理13-14
• 1.2.2 EBSD技術(shù)在材料研究中的應(yīng)用14-19
• 1.2.2.1 晶粒取向分布及取向差分析14-15
• 1.2.2.2 圖像質(zhì)量圖及應(yīng)力應(yīng)變分析15
• 1.2.2.3 晶粒的形貌圖及尺寸分析15
• 1.2.2.4 晶界類型分析15-16
• 1.2.2.5 物相鑒別及取向關(guān)系16-18
• 1.2.2.6 織構(gòu)分析18-19
• 1.2.3 金屬材料的EBSD樣品制備19-21
• 1.2.3.1 試樣的要求19
• 1.2.3.2 試樣的制備19-21
• 1.3 Au-20Sn共晶合金的特性及應(yīng)用21-25
• 1.3.1 Au-20Sn共晶合金的晶體結(jié)構(gòu)特征21-24
• 1.3.2 Au-20Sn共晶合金的性能及用途24-25
• 1.4 熔體混合對(duì)合金凝固組織和性能的影響25-29
• 1.4.1 熔體混合對(duì)Al合金凝固組織和性能的影響26-27
• 1.4.2 Au-20Sn合金熔體混合研究進(jìn)展27-29
• 1.5 深過冷非規(guī)則共晶的形成及機(jī)制研究29-30
• 1.6 選題背景及意義30-32
• 1.7 研究內(nèi)容和思路32-36
• 1.7.1 研究內(nèi)容32-33
• 1.7.2 技術(shù)路線和研究方法33-36
• 1.7.2.1 技術(shù)路線33-35
• 1.7.2.2 研究方法35-36
• 第二章 實(shí)驗(yàn)與方法36-45
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料36
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備36-37
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方案37-42
• 2.3.1 Au-20Sn共晶合金熔體混合實(shí)驗(yàn)37-38
• 2.3.2 Au-20Sn共晶合金細(xì)小全片層組織的均勻化熱處理38-39
• 2.3.3 EBSD樣品制備39-42
• 2.3.3.1 電解拋光法40-42
• 2.3.3.2 機(jī)械拋光+化學(xué)腐蝕法42
• 2.3.3.3 機(jī)械拋光法42
• 2.4 實(shí)驗(yàn)分析表征42-45
• 2.4.1 樣品檢測42-43
• 2.4.2 數(shù)據(jù)處理分析43-45
• 第三章 Au-20Sn共晶合金熔體混合凝固組織演變規(guī)律45-52
• 3.1 引言45
• 3.2 T_H對(duì)Au-20Sn共晶合金熔體混合凝固組織的影響45-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 第四章 Au-20Sn共晶合金凝固組織的EBSD分析52-96
• 4.1 引言52
• 4.2 Au-20Sn共晶合金EBSD樣品制備52-60
• 4.2.1 電解拋光52-55
• 4.2.2 機(jī)械拋光+化學(xué)腐蝕55-56
• 4.2.3 機(jī)械拋光56-60
• 4.3 T_H較低時(shí)Au-20Sn共晶合金熔體混合凝固組織的取向分析60-74
• 4.3.1 ζ'-Au_5Sn初生相生長取向特征60-63
• 4.3.2 層片共晶組織中ζ'-Au_5Sn相生長取向特征63-65
• 4.3.3 網(wǎng)格狀共晶組織中ζ'-Au_5Sn、δ-AuSn兩相生長取向特征65-67
• 4.3.4 非規(guī)則共晶組織中ζ'-Au_5Sn、δ-AuSn兩相生長取向特征67-74
• 4.3.4.1 非規(guī)則共晶兩相的取向67-71
• 4.3.4.2 非規(guī)則共晶中δ-AuSn相的取向分析71-74
• 4.4 T_H較高時(shí)Au-20Sn共晶合金熔體混合凝固組織的取向分析74-88
• 4.4.1 層片共晶組織中ζ'-Au_5Sn、δ-AuSn兩相生長取向特征74-76
• 4.4.2 網(wǎng)格狀共晶組織中ζ'-Au_5Sn相生長取向特征76-81
• 4.4.3 非規(guī)則共晶組織中ζ'-Au_5Sn相生長取向特征81-88
• 4.5 Au-20Sn共晶合金退火球化組織的EBSD分析88-94
• 4.6 本章小結(jié)94-96
• 第五章 結(jié)論與展望96-100
• 5.1 論文主要結(jié)論96-97
• 5.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)97-98
• 5.3 展望98-100
• 參考文獻(xiàn)100-104
• 附錄104-105
• 致謝105-106

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：790450