钨铜系合金的热物理性能模型及计算

微电子封装材料要求具有高热导率和特定的热膨胀系数。钨铜二元假合金系列材料是可选材料之一。根据特别的热物理性能要求设定和钨铜合金各种工艺的组织结构特点,可确定具有理想且稳定的热物理性能的材料组织结构应为二元连续液相烧结组织,即以钨颗粒为骨架,主导CTE值的变化,铜液相凝固态连续地分布在间隙和烧结颈侧隙。要获得这种组织、对工艺和性能控制将有更苛刻的要求。作者根据金属合金及复合材料性能理论,针对钨铜二元合金的互不溶性特点、二元素的弱交互作用,运用组织结构模型和建立理论热物理模型,用于计算和预测二元系合金热物理性能的变化趋势和范围,以图对该合金的成分和性能设计与控制提供初步的理论依据。     

钨铜合金棒材的旋锻加工性能研究

液相烧结和熔渗是制备钨铜合金的两种主要工艺,采用旋锻对钨铜合金进行压力加工是进一步提高材料致密度、物理及力学性能,以及制备大长径比棒材的重要方法.对采用熔渗法与钨铜复合粉末液相烧结制备的W-10％Cu原料坯条进行旋锻试验,并通过烧结机理、室温拉伸测试与拉力测试断口检测等方式对旋锻加工中发现的差异问题进行系统分析,以此得出熔渗与钨铜复合粉末液相烧结这两种方法制备的钨铜合金坯料不同旋锻加工性能的原因分析及各自适用场合的相关结论.通过本次研究,我们了解到钨铜合金加工性能和制备工艺的关联性,以后就可以根据钨铜合金用途来设计制备方式和制备工艺.     

水热合成法制备细颗粒钨铜氧化物复合粉体

钨铜氧化物复合粉末前驱体是制备高性能钨铜合金的关键.本文采用水热合成法制备钨铜合金前驱体-钨铜氧化物复合粉体,利用水热合成与共沉淀原理,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和光谱分析仪,研究了不同试剂与制备工艺对复合粉体成份与形貌的影响.研究结果表明,与传统方法相比,水热法工艺简单、易操作,是制备钨铜氧化物复合粉体的良好方法.以偏钨酸铵为原料制备的钨铜氧化物复合粉体颗粒在2～10 μm之间,易团聚;钨酸钠为原料制备的复合粉体颗粒细小,但分布不均.粉体中的铜含量与混合溶液组成及其pH值有很大关系.     

Mo-Cu和W-Cu合金的制备及性能特点

讨论了采用熔渗法制备高密度钨铜和钼铜合金, 综合其密度、比热容、热膨胀系数、导热系数等基本数据, 比较了合金的热物理性能及其应用上的特点. 结果表明: 与W-Cu合金相比, Mo-Cu合金从热力学角度考虑制备更困难, 采用特殊工艺方可获得高致密性;Mo-Cu合金质轻且散热速率和稳定性优良, 与常用基片材料Al2O3、芯片材料GaAs的热膨胀匹配性更好.     

钨铜合金化学镀镍磷镀层腐蚀行为的研究

采用浸渍失重试验法和动电位极化曲线研究了钨铜合金镀层基材和钨铜合金表面化学镀Ni-P合金镀层在不同腐蚀介质溶液中的腐蚀行为。结果表明:化学镀Ni-P合金在质量分数为3.5%NaCl溶液、人工模拟汗液和体积分数为10%H2SO4溶液中的耐蚀性能好于钨铜合金;化学镀Ni-P合金浸入质量分数为3.5%NaCl溶液后其表面便开始形成钝化膜,但此钝化膜不完整,随着浸泡时间的延长,钝化膜不断生长,能在较长时间内(29d)对钨铜合金起到保护作用。     

高速压制技术(HVC)在制备W-15Cu合金中的应用

在熔渗法制备W/Cu合金的过程中,采用细钨粉(1.85μm)制备的钨铜合金与采用粗粒度钨粉制备的钨铜合金相比组织更均匀,产品性能也更好.但以细钨粉为原料,采用传统压制工艺很难得到相对密度达到72.40%的W85骨架,因而得不到成分为W-15Cu的合金.本试验采用高速压制技术(HVC)成功获得相对密度达到72.40%的细粉W85骨架,然后在氢气炉中,1 400℃高温熔渗制备得到W85/Cu合金.采用扫描电镜(SEM)对钨铜复合材料的组织和成分进行观察与分析,并测定材料的密度、气密性、热导率和热膨胀系数.结果表明:采用高速压制技术结合熔渗工艺制备的W-15Cu材料相对密度达到99.5%;热导率为177W/(m·K),气密性(He吸附)为1.0×10-9Pa·m3·s-1和热膨胀系数(150℃)为6.9×10-6/K,各项性能指标均达到相应热沉材料的要求.     

烧结钼钢和钨钢的烧结机理及性能

为了在不同的载荷形式下得到最佳的拉伸强度、延伸率、疲劳强度和耐磨性等,对材料进行了添加铬、钼和钨的试验,由于成本关系,合金元素的含量一般为1—4wt％。对于Fe—X—C型低合金钢,X(Cr、Mo和W)的含量为1—4wt.％,C的含量为0.5—1.0wt.％。其组织经瞬时液相烧结就     

熔铸-扩散法制备黄铜/钨铜功能梯度材料的研究

对用熔铸-扩散法制备的黄铜，钨铜功能梯度材料进行了研究，对界面区域的元素成分分布和微观组织结构进行了分析，对界面区域的电导率、结合强度及抗脉冲大电流损伤性能进行了测试。结果表明：用该法制备的黄铜，钨铜功能梯度材料，界面区域由成分和组织渐变的三层结构组成；电导率在界面区域呈渐变分布趋势，没有出现电导率突变现象；这种结构缓解了因热性能不匹配而造成的热应力，提高了黄铜与钨铜合金的结合强度；界面的抗脉冲大电流损伤性能良好。     

从碱浸出液中萃取钨稀释剂的筛选及对萃取性能的影响

测定了从我国某炼油厂选用的几种不同组分的石油馏分及国内常用的煤油用于季胺盐萃取钨作稀释剂的一些物理性能(包括密度、粘度、闪点) ,并与国外胺类萃取剂常用的稀释剂SC-150进行了比较 ;考察了各稀释剂用于碳酸型季胺盐萃取钨时 ,对萃取剂萃取性能的影响。结果表明 :所选三种石油馏分与煤油和SC -150物理性能相似 ,用作季胺盐萃取钨时动力速度较快 ,1min内达到萃取平衡 ;用于萃取钨时 ,石油馏分作稀释剂比煤油作稀释剂的分相性能更好 ,其中有两种分相时间小于4min,可供工业生产选用 ;稀释剂对萃取饱和容量和钨与杂质的分离系数影响不大。     

添加钨对TiAI抗氧化性能的影响

住友金属工业公司的穴田博之等人通过在TiAl合金中适当添加钨的试验,证明了钨可改善TiAl合金的抗氧化性能,同时,探讨了含钨的TiAl合金表面抗氧化机理。 试验采用Ti-34.5wt％Al,钨添加量为(1～6)wt％。为了便于比较,还制备了不加钨的Ti-34.5Al二元合金。制备合金的原料选用海绵钛、板状或箔状铝和钨粉。熔炼是在非自耗式钨电极熔炼炉中进行的,经三次熔炼制成120g重的合金锭。在真空     

稀土和稀土氧化物对钨铜电触头材料性能影响的对比分析

利用粉末冶金技术制备出添加不同含量稀土和稀土氧化物的W-Cu电触头材料,比较稀土和稀土氧化物对W-Cu合金物理性能、力学性能的影响,同时利用金相显微镜观察组织形貌。结果表明,添加稀土单质较添加稀土氧化物更能提高W-Cu材料的相对密度、硬度及导电性能;而且W-Cu合金中最适宜的稀土添加量(质量分数)为3%。     

Densification and structural change of mechanically alloyed W-Cu composites

Fine-grained, high-density (97+ pct of theoretical density (TD)), 80W-20Cu wt pct (58W-42Cu at. pct) composites have been prepared using nonconventional alloying techniques. The W and Cu precursor powders were combined by a high-energy ball-milling procedure in air or hexane. The mechanically alloyed W+Cu powder mixtures were then cold pressed into green compacts and sintered at 1523 K. The milling medium and milling time were varied to increase product densities with a concomitant order-of-magnitude decrease in grain size. For densification, air was found to be a more effective medium than hexane. From microhardness measurements, it was concluded that the W-Cu alloys were dispersion and solution hardened, but were sensitive to entrapped residual impurities. X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and scanning electron micros-copy (SEM) analyses were used to demonstrate that the as-milled and sintered W-Cu alloy structures were metastable, decomposing into the starting W and Cu components upon heating at or above 723 K.     

熔渗CuW材料的超声无损探伤研究

以CuW材料为例，研究其组织中缺陷的超声无损探伤方法。在分析了CuW材料的组织及缺陷特点后，认为多次反射法比较适合，据此对探头频率、对比试块的结构、探伤灵敏度等参数和评价方法进行了研究。结果表明：探头型号5p10的检测效果最好，最佳的检测灵敏度为厚度10mm三次底波至满屏80％高度时对应的灵敏度，对不同牌号的CuW材料可以通过调整检测灵敏度，参照同一标准进行评价。     

铝含量对封严涂层用铜铝骨架合金热性质影响的第一性原理计算

CuAl 合金是重要的可磨耗封严涂层骨架材料,Al 含量会对涂层的性能产生显著影响。为了明确不同 Al 含量对可磨耗封严涂层的热性能产生的影响,文章采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,使用特殊准随机结构对 Al 含量从 0 至 18.750at.% 的 α 相的铜铝二元合金进行了建模,并结合准谐近似方法研究了其弹性常数、熔点、热膨胀系数、比热容等性质。利用真空感应熔炼法制备了 Al 名义含量为11.0at.%、15.0 at.%、18.9 at.% 三组不同组分的铜铝合金,对其熔点、热膨胀系数与比热容进行了实验表征。计算结果表明,随着 Al 含量的增加CuAl 无序固溶体的熔点呈下降趋势,CuAl 合金的热膨胀系数呈升高趋势,CuAl 合金的定压比热容先升高后降低,计 算值与实验测量值符合良好。本工作可以为铜铝合金涂层成分设计提供一定理论与实验数据参考。     

A quantitative dendrite growth model and analysis of stability concepts

While a number of cellular automaton (CA) based models for dendrite growth have been proposed, none so far have been validated, casting doubt on their quantitative capabilities. All these models are mesh dependent and cannot correctly describe the influence of crystallographic orientation on growth morphology. In this work, we present an improved version of our previously developed CA based model for dendrite growth controlled by solutal effects in the low Péclet number regime. The model solves the solute and heat conservation equations subject to the boundary conditions at the interface, which is tracked with a new virtual front tracking method. It contains an expression equivalent to the stability constant required in analytical models, termed stability parameter, which is not a constant. The process determines its value, changing with time and angular position during dendrite formation. The article proposes solutions for the evaluation of local curvature, solid fraction, trapping rules, and anisotropy of the mesh, which eliminates the mesh dependency of calculations. Several tests were performed to demonstrate the mesh independence of the calculations using Fe-0.6 wt pct C and Al-4 wt pct Cu alloys. Computation results were validated in three ways. First, the simulated secondary dendrite arm spacing (SDAS) was compared with literature values for an Al-4.5 wt pct Cu alloy. Second, the predictions of the classic Lipton-Glicksman-Kurz (LGK) analytical model for steady-state tip variables, such as velocity, radius, and composition, were compared with simulated values as a function of melt undercooling for Al-4 wt pct Cu alloy. In this validation, it was found that the stability parameter approaches the experimentally and theoretically determined value of 0.02 of the stability constant. Finally, simulated results for succinonitrile-0.29 wt pct acetone (SCN-0.29 wt pct Ac) alloy are compared with experimental data. Model calculations were found to be in very good agreement with both the analytical model and the experimental data. The model is used to simulate equiaxed and columnar growth of Fe-0.6 wt pct C and Al-4 wt pct Cu alloys offering insight into microstructure formation under these conditions.     

轧膜成形制备W-Cu层状功能梯度材料及其性能研究

以W粉和电解Cu粉为原料,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂,通过有机基轧膜工艺制备出3种组成的单层生坯(Cu质量分数分别为25%、50%、75%),再叠层共轧,制备出了具有不同粘结剂含量的W-Cu层状梯度材料生坯,之后在H2气氛中烧结,获得了W-Cu层状梯度材料,考察了粘结剂含量与制备工艺条件对材料显微组织和性能的影响。结果表明,通过单层轧制、叠层共轧共烧可以制得层状梯度W-Cu复合材料;粘结剂含量对W-Cu层状梯度材料的致密度和性能有着明显的影响。当粘结剂质量分数为6%时,轧膜坯有较好的成形性,且成形坯的孔隙率较低;所得多层生坯经1 150℃烧结后相对密度达93.11%;所得梯度W-Cu材料有良好的物理、力学性能。     

W-Cu(Mo-Cu)复合材料的研究进展

W-Cu或Mo-Cu两相复合材料具有较高的导热性和较低的热膨胀系数,在大功率器件中被视为一种很好的热沉材料。近年来,有关W-Cu或Mo-Cu作为电子热沉材料的研究在国内外已有一些报道。作者主要就近几年钨铜复合材料研究的几个主要热点问题进行综述报道。分析认为,梯度结构功能材料、纳米结构材料以及注射成形工艺在钨铜复合材料领域中的应用是当今钨铜电子材料发展的主要方向,同时对国内外最新研究进行了归纳总结,指出了今后发展的主要动向。     

W-15Cu合金制备中钨骨架孔隙控制的研究

钨铜复合材料是由高温烧结钨骨架经渗铜制成的两相假合金,钨骨架中的孔隙形态和大小将直接影响材料的性能.本文分别以添加硬脂酸和诱导铜的方法对钨粉进行处理,W-15Cu骨架孔隙在压制成形过程中得到了精确控制,钨骨架经熔渗后制成W-15Cu合金.用扫描电镜观察材料的显微结构,并测出材料的密度、气密性,研究了钨粉成形性与钨铜合金密度的关系.结果表明,添加硬脂酸和诱导铜不会带入杂质,能改善钨粉的成形性能,可以获得组织均匀、致密度高的W-15Cu复合材料.     

液相烧结制备电力开关用W-7Cu-xNi合金微观组织及性能分析

为了提高电力开关用W-7Cu合金的综合性能,通过添加Ni元素方式对其进行加强,以液相烧结、机械球磨方式制备得到包含不同Ni含量的W-Cu合金。通过实验测试手段对其微观组织及物理性能进行了施压测试分析。研究结果表明：逐渐提高Ni含量后,形成了更大尺寸W颗粒,相邻颗粒间距降低。W-Cu-4%Ni合金界面形成更优润湿角,获得具有连续网状分布的Cu相,改善了W-Cu组织的分布均匀性,此时Ni元素已经完全与Cu相相溶。当Ni含量提高后,W-Cu合金获得了更大的硬度与致密度,热导率下降,相对密度增加。当加入4%的Ni时,致密度达到了95.6%,热导率从161 W/(m·K)降低为96.4 W/(m·K),获得了致密度更大合金。