简析无镉中温银基钎料低电压电磁压制与烧结工艺

摘要：无镉中温银基钎料具有良好的润湿和填缝性能,不高的钎焊温度,钎焊接头的强度、塑性、导电性以及耐腐蚀性都十分优异,且不含有毒元素,在微电子封装、家电、航天、军工等行业中具有广阔的运用前景。目前,制备无镉中温银基钎料的主要策略是传统的轧制工艺以及快速凝固技术。传统的轧制工艺步骤多,生产周期长,效率低,成材率低；快速凝固技术是材料制备领域的一种突破性新技术,但在国内对此探讨较少,尚无生产企业采取该技术来制备钎料。基于本课题组的探讨特长,本论文将粉末冶金技术引入无镉中温银基钎料的制备领域,采取低电压电磁压制工艺来制备无镉中温银基钎料,为得到高致密度的无镉中温银基钎料开辟全新的加工策略,克服了传统轧制工艺生产周期长等缺点,避开了传统的高温熔铸环节,减少脆性相的产生,提升成材率,这对实际生产运用有重大的作用。压制实验在本课题组自行研制的低电压粉末脉冲成形机上对Ag-22Cu-17Zn-5Sn系无镉中温银基钎料的粉末进行了低电压电磁压制,系统地浅析了放电电压、电容、压制次数、压坯径高比以及线圈匝数等对压坯密度的影响规律,并比较浅析了常规压制和电磁压制对压坯密度的影响。压制实验结果表明,通过提升放电电压、电容等提升放电能量以及增加线圈匝数来提升放电能量的利用率都能有效提升无镉中温银基钎料压坯的致密度；通过增加压坯径高比以及压制次数也能在一定程度上提升无镉中温银基钎料压坯的致密度。相较于传统的静压制,通过增加放电能量及其利用率可获得的压坯密度远高于静压制所能够获得的压坯密度,所以低电压电磁压制是一种获得高致密的无镉中温银基钎料的有效策略。本论文探讨了无镉中温银基钎料压坯的液相烧结机制,观察压坯的密度随加热温度的变化规律。液相烧结实验表明,Ag-22Cu-17Zn-5Sn系无镉中温银基钎料的压坯在液相烧结历程中会发生膨胀,密度降低的反致密化现象。结合热膨胀测试、SEM观看断口形貌、XRD物相测试、电子探针测试以及浅析二元相图,揭示了Ag-22Cu-17Zn-5Sn系无镉中温银基钎料的压坯在液相烧结历程中发生膨胀的理由是由于Zn在Ag中的溶解度较大,烧结历程中液态Zn会向Ag颗粒内部扩散后使Ag颗粒体积变大,而Zn原来所占据的位置成为孔洞,导致压坯体积变大。这种元素间的溶解度不匹配引起元素原子间的不等量扩散,造成固—液界面间的物质迁移,是导致固相颗粒体积长大和烧结膨胀发生的根本理由。关键词：无镉中温银基钎料论文低电压电磁压制论文液相烧结论文粉末冶金论文

摘要4-6

Abstract6-8

目录8-10

第1章 绪论10-20

1.1 引言10-11

1.2 无镉中温银基钎料及其成型策略11-14

1.2.1 无镉中温银基钎料的介绍11-12

1.2.2 无镉中温银基钎料的运用前景12-13

1.2.3 无镉中温银基钎料的加工策略13-14

1.3 粉末冶金高致密化成形技术14-18

1.3.1 爆炸压制技术14-15

1.3.2 高速压制技术15-16

1.3.3 电磁压制技术16-18

1.4 粉末电磁压制概述18-19

1.5 本课题选题作用及其主要探讨内容19-20

第2章 粉末压制及烧结历程概述20-31

2.1 引言20

2.2 金属粉末压制现象概述20-23

2.3 粉末压制时的位移与变形23

2.4 压制历程中粉末的受力浅析23-24

2.5 影响压制历程的因素24-26

2.5.1 粉末性能对压制历程的影响24-25

2.5.2 压制方式对压制历程的影响25-26

2.6 压坯烧结概述26-31

2.6.1 液相烧结的历程27-28

2.6.2 液相烧结的影响因素28-30

2.6.3 液相烧结的优点与局限30-31

第3章 实验案例探讨31-41

3.1 实验设计31

3.2 无镉中温银基钎料成分配比介绍31-35

3.2.1 微量元素的影响规律32-34

3.2.2 无镉中温银基钎料成分配比的选定34-35

3.3 压制实验设备、工装35-39

3.3.1 低电压电磁成型设备及参数35-38

3.3.2 实验工装38-39

3.4 液相烧结设备及工艺39-41

第4章 低电压电磁压制及结果浅析41-50

4.1 前言41

4.2 压坯密度计算及浅析41-47

4.2.1 放电电压对压坯密度的影响41-43

4.2.2 放电电容对压坯密度的影响43-44

4.2.3 线圈匝数对压坯密度的影响44-45

4.2.4 径高比对压坯密度的影响45

4.2.5 压制方式对压坯密度的影响45-46

4.2.6 压制次数对毛坯密度的影响46-47

4.3 压坯最小厚度的探究47-48

4.4 本章小结48-50

第5章 液相烧结及结果浅析50-57

5.1 烧结反致密化的影响机制50-52

5.2 热膨胀性能测试52-53

5.3 膨胀机理浅析53-56

5.4 本章小结56-57

第6章 全文总结57-58