固态扩散过程中的Kirkendall效应(英文)

在二十世纪四十年代,柯肯达尔(Kirkendall)发现,在二元固溶体中,扩散过程不能简单地用一种扩散系数来描述它,人们必须考虑到两种物质的扩散系数的不同。他的发现改变了以往的扩散理论和数据的处理方式。基于他的这种扩散理论成功解释了Kirkendall平面的行为。但是,多相扩散和扩散过程中组织形貌的演变是很复杂的,需要从物理化学的途径才能解决。从理论和工艺的角度来看,二元或多元体系中的相互作用是关键问题。本文综述了Kirkendall效应的发现以及最近的进展,及其在材料科学中的应用前景。     

扩散温度对TC4合金表面Cu/Ni复合镀层结构及腐蚀性能的影响

论文采用扩散热处理研究了Cu/Ni/Ti复合镀层不同温度下的扩散行为,分析了扩散层结构,并讨论了扩散过程对镀层结构及腐蚀性能的影响。结果表明：由于Cu/Ni/Ti原子之间的互扩散,形成稳定的扩散层,可以有效提高镀层表面耐蚀性能;随着热扩散温度上升到700℃,膜层结构致密,在扩散层中形成了NixTiy金属间化合物及少量的CuxTiy金属间化合物,镀层表面的耐蚀性最好;温度升高到800℃时,在膜层界面处引发了Kirkendall效应,所形成的Kirkendall空位相互聚集长大,形成裂纹或孔洞,使得镀层疏松多孔,从而低了耐蚀性。     

三极管内引线键合失效分析

本文结合某三极管内引线键合失效的实例,利用扫描电镜、能谱分析等手段,研究了三极管Au-Al键合系统中一种典型的脱键失效模式,结果表明,在器件内部水汽及电场、温度的共同作用下,从由于Kirkendall效应而在Au-Al键合界面间形成的,且与器件内部气氛相通的微裂纹处发生Al的电化学腐蚀,由于腐蚀产物的体积膨胀效应,最终导致发射极内引线与引线柱之间脱键失效.建议严格控制器件的生产工艺环境以及内引线的键合工艺,防止类似失效故障的发生.     

Cu/Ni固相扩散界面的研究

采用彩色金相技术对“嵌入式”Cu/Ni扩散偶真空扩散处理时的界面迁移现象进行了观测,并研究了Cu/Ni界面间的扩散行为。结果表明,扩散偶在退火温度1123~1223K、保温时间25~150h(0·9×105~5·4×105s)的工艺条件下反应,Cu/Ni界面间结构由α/β转变为α/α′/β,其中α′为扩散层,实质是成分不均匀的固溶体,Cu/Ni界面间扩散行为是Kirkendall效应的一种显现,即界面上Cu和Ni元素均发生了扩散,但主要是Cu原子向Ni层的扩散。最后在试验数据基础上发现,扩散层厚度L与退火时间t之间满足抛物线L=K(t/t)n关系。     

铜/钢爆炸焊接板浸铝铸件中铝/钢界面裂纹的形成与扩展

采用铜/钢爆炸复合板浸铝铸造的方法制取了铝/钢铸件.用扫描电子显微镜对复合铸件中铝/钢界面裂纹的形成以及这些裂纹在不同热处理制度下和拉剪测试时的扩展形为进行了分析.研究表明,浸铝铸造后的裂纹主要存在于波侧面的Fe2Al5层中,且大部分平行于波形界面.当试样经过300～600℃,30min退火空冷后,裂纹从波侧面扩展到波谷和波峰,同时在波形界面的块状FeAl3相中也出现平行于波形界面的裂纹.铝和钢的热膨胀系数有较大差异,而在界面导致残余热应力是造成界面裂纹产生和扩展的主要原因.由于铝、钢接触反应时的Kirkendall效应使Fe2Al5层中产生较多的微孔,同时也由于该中间层较厚,因此微裂纹往往在该层中产生和扩展.拉剪测试后的断口分析表明材料主要沿铝/钢波形界面失效.     

高温下渗铝层次外层/过渡层界面空洞带的形成过程

通过高温氧化试验和扫描电镜观察，研究渗铝钢在800℃氧化后次外层，过渡层界面空洞的形态、分布和生成过程，测定空洞平均直径和深度随氧化时间的变化。结果表明，空洞侧面常含有特殊的结晶学小平面，其可能达到的平衡形状在某种程度上依赖于合金晶粒的晶体几何；随氧化时间增加，空洞形态逐渐由圆币型向多边型演变，其分布由沿三维圆锥面立体分布转变为二维平面分布；空洞的生长可以划分为快速生长和稳定生长两阶段；空洞带深度随时间先快速增加而后保持不变。探讨了界面空洞的形成机制和空洞带的形成过程。     

电光晶体研究进展

电光效应就是晶体折射率随外加电场而发生变化的现象。这种效应在光调制领域中有广泛的应用,可以制作激光器件,如高速电光开关、电光偏转器等。介绍了电光晶体的类型,以及电光晶体的研究现状和发展趋势。比较详细地介绍了偏硼酸钡晶体（1985年由我国科学家发现的第一个＂中国牌＂晶体）、磷酸钛氧钾和磷酸钛氧铷晶体、硅酸镓镧晶体等的特性和应用。最后提出了有关电光晶体研究的建议和展望,指出,必须从理论和实际两个方面来开展对电光晶体的研究,争取有所突破。     

变电站特殊电缆用Cu-Nb合金热变形过程中的显微组织演变

研究了变电站特殊电缆用Cu-Nb合金在热变形过程中的组织演变。结果表明,当应变较大铌丝间的铜基体减小到纳米尺寸时,铌丝卷曲,硬度和界面密度显著提高。有旋转晶体出现在纳米铜基体内,由于尺度效应在纳米铜基体内形成了位错,且回复再结晶受到抑制。尺度效应可分为纳米铜基体回复再结晶受抑制而其他铜基体先回复再结晶、纳米铜基体回复再结晶、纳米铜基体长大,以及铌丝球化和粗化长大3个阶段。     

Sn/Cu互连体系界面和金属间化合物层Kirkendall空洞演化和生长动力学的晶体相场法模拟

采用二元合金晶体相场模型模拟研究了Sn/Cu互连体系Cu/Cu3Sn界面及金属间化合物层中Kirkendall空洞形成和形貌演化及长大过程,对Kirkendall空洞生长的微观机制进行了剖析,同时还模拟和分析了界面Cu3Sn层厚度和杂质含量对Kirkendall空洞形貌和生长动力学的影响.研究表明,Kirkendall空洞的生长过程由4个阶段组成:Cu/Cu3Sn界面形成大量原子错配区,原子错配区迅速成长为空洞,空洞的长大及随后的空洞合并生长.Kirkendall空洞优先在Cu/Cu3Sn界面处形核,其尺寸随时效时间的延长而增大,并在时效后期空洞的生长伴随有空洞的合并.Cu3Sn层厚度增加和杂质含量增多均使得Kirkendall空洞数量和生长指数增加以及尺寸增大,并且2种情况下空洞数量随时间的变化均呈现先增后减的规律.     

Kirkendall效应和空心纳米晶体的人工合成

<正>5反Kirkendall效应[9,28]经典的Kirkandall效应反映的是合金中组元元素在成分浓度梯度下引发空位的净流量,以一定的扩散速度越过扩散偶界面。或解释为:在退火的扩散偶条件下,在溶质原子的区域中诱发产生空位点缺陷的浓度改变。反Kirkendall效应则倒过来为[9]:由空位(或间隙原子)的扩散迁移区域中诱发产生溶