W／Cu功能梯度材料的热应力优化设计

运用有限元软件对W／Cu梯度材料进行了热应力优化设计，结果表明，在30MW／m^2的表面热流负荷下，经过优化设计的W／Cu功能梯度材料有较好的热应力缓和效果，与非梯度材料相比等效热应力降低了62．3％，表面工作温度下降了50℃；与单纯金属W相比，W／Cu梯度材料的表面工作温度较之大幅度降低445℃。     

W/Cu梯度功能材料板稳态热应力分析

采用解析法研究了W/Cu梯度功能材料板的残余热应力和在稳态梯度温度场下的工作热应力的大小和分布状况。结果表明:随着成分分布指数的增加,残余热应力与工作热应力的最大值先减小后增大,当成分分布指数(P)取1时,达到最小值;随着梯度层数的增加,热工作热应力的最大值逐渐减小,但当梯度层数达到6时,随着梯度层数的增加,缓和效果并不明显;当梯度层厚度增加到5 mm时,工作热应力的最大值约为非梯度材料工作热应力最大值的50%。     

W/Cu功能梯度材料的制备及应用

W/Cu功能梯度材料性能优异应用广泛,以W/Cu功能梯度材料的制备方法为研究对象,探讨不同制备方法存在的优缺点,包括熔渗法、粉末冶金法及等离子喷涂法。作为等离子体材料应与等离子体相适应,耐热冲蚀。在电子领域中,其一侧应满足与基板的封接问题,另一侧满足高导热、低热膨胀系数的要求。目前虽然研发出多种新工艺、新技术,但需进一步了解其控制因素及影响机理,另外每种工艺适用范围比较小,需开发高效、低成本、适用广、易控制的制造工艺。     

偏滤器第一壁W/Cu FGM的热应力模拟与优化设计

采用有限元ANSYS软件对偏滤器第一壁W/Cu FGM进行热应力模拟分析,并对其参数进行优化设计。结果表明,优化后的梯度层应力较无梯度层时得到了极大的缓和,最大等效应力值降低58%。最优化的梯度层层数为5,Cu浓度分布指数为0.4;同时在10 MW/m2的表面热流冲击下,表现出较好的抗热冲击能力     

W/ODS铁素体钢功能梯度材料热应力分析

目的 研究W/ODS铁素体钢功能梯度材料（W/ODS FGM）服役条件下的热应力,期望获得较合理的W/ODS FGM材料设计,以达到热应力优化的效果。方法 采用有限元分析方法,结合偏滤器的服役条件,通过改变W/ODS FGM材料梯度层成分分布指数p、梯度层厚度HFGM以及金属W涂层厚度HW,探索各参量的变化对热应力大小及分布的影响。结果 梯度层成分分布指数p值增大,梯度层的应力值会随之增大,而W层的热应力先减小后增大。当p=0.5时,最大热应力出现在梯度层的中段;当p=1、2时,最大应力由FGM层中段转移至FGM/W层的交界处。梯度层厚度HFGM增大,涂层的热应力会大幅提高。梯度层厚度较厚或较薄都会导致热应力在FGM/W交界处集中。W涂层厚度HW增大,会导致W/FGM界面的热应力增大,增添了涂层自身的不稳定性。结论 梯度层成分分布指数和厚度的增大均会引起涂层热应力的增大,并导致最大热应力区的转移。W涂层的增厚会使结构的热应力增大,且最大应力值位于W/FGM界面,不利于涂层寿命的提高。HW=HODS=1 mm、HFGM=8 mm、p=0.5和HW=HODS=1 mm、HFGM=4 mm、p=1的最大热应力区位于梯度层中段,且后者的最大应力值小于前者,故HW=HODS=1 mm、HFGM=4 mm、p=1的结构较优。     

化学镀和粉末冶金法制备W/Cu梯度热沉材料

用化学镀法和粉末冶金的方法制备高致密的W/Cu梯度热沉材料。用场发射扫描电镜观察了材料的组织结构、界面和断口形貌。对材料的机械性能也进行了表征,如抗弯强度和显微硬度。结果表明材料每一层都很致密且组织结构均匀。从截面上材料成分呈梯度分布,每层之间没有明显的界面。三层W/Cu梯度热沉材料的相对密度可达99.2%。散热层、过渡层和封接层的显微硬度值分别是200、210和240 HV。抗弯实验结果所示封接层和散热层作为承重抗弯表面时的抗弯强度分别是428.5MPa和480.7MPa。     

C/C材料表面ZrB2-SiC功能梯度涂层残余应力分析

目的以C/C复合材料为基体,设计ZrB_2-SiC功能梯度材料。方法利用Ansys软件对等离子喷涂ZrB_2-SiC功能梯度涂层在沉积过程中产生的残余应力进行数值模拟,分析成分分布指数p和梯度层厚度t对梯度涂层残余应力的影响;并通过基于悬臂梁理论的热应力解析,计算与基体接触的涂层在涂层与基体厚度比λ不同时的残余应力值。结果模拟分析结果表明,在涂层与基体的界面,梯度层的厚度对轴向压应力影响不大,径向压应力和切向应力均随厚度的增加而增大,在边缘区域应力集中较为严重,易产生层间破坏;纯ZrB_2层为表面层,其应力主要为径向压应力,且沿径向逐渐减小至0,到边缘处又突变为拉应力,并随p的增大而减小。对比解析法分析可得两者计算的与基体接触的涂层内部的残余应力随λ的增大都是逐渐降低的,这符合涂层内部的应力分布原理。根据优化设计,获得功能梯度材料在各梯度层厚度d为0.1~0.2 mm,成分梯度指数为4时的热应力变化缓和效果较好。结论基于悬臂梁理论的解析解可以很好地评估热应力,并验证了该模拟的正确性。     

熔渗-焊接法制备W/Cu功能梯度材料的研究

采用熔渗－焊接法经过工Ｗ骨架制备,渗Ｃｕ及热压焊接三个步骤制备出Ｗ／Ｃｕ功能梯度材料,并对Ｗ／Ｃｕ梯度过渡层的显微结构进行了观察,对Ｗ／Ｃｕ功能梯度材料的热震性进行了测试。     

316L不锈钢/Cu梯度复合材料的残余热应力分布

为了得到合理的316L不锈钢/Cu梯度复合材料结构,基于316L不锈钢/Cu复合材料的微观组织与宏观结构建立相应的单胞模型和复合材料模型,并采用有限元软件ANSYS对两种模型进行残余热应力的数值模拟,分析复合材料内的等效应力和主应力的分布规律。结果表明:对于单胞模型,残余热应力分布形态不仅与不锈钢球溶解程度相关,而且与其溶解形态也有关系,并且随着不锈钢的溶解,平均等效应力的大小分布发生了转移,较大的平均应力从基体转移到了增强体。对于复合材料模型,随着不锈钢球的溶解,梯度复合区内的等效应力呈梯度减小分布,表现为平滑的应力过渡,因此,可以在复合区与铜相接连处得到缓和的热应力分布。     

纤维结构W/Cu触头材料的制备

采用织网叠层法,以钨丝为纬线,铜丝为经线编织二维网,将网与铜坯叠放在一起,于真空烧结炉中熔渗的真空熔渗工艺制备纤维结构W/Cu触头材料。试验给出了该工艺的主要工艺参数。与粉末冶金制造的W/Cu触头材料的烧蚀性能作对比,从触头表面在电弧烧蚀后的熔层形貌分析表明,纤维结构W/Cu触头材料呈现较好的抗烧蚀特性。     

Design Optimization of Pillar Bump Structure for Minimizing the Stress in Brittle Low K Dielectric Material Layer

Cu pillar bump offers a number of advantages for flip chip packaging,compared to the conventional solder bump.However,due to its rigidity structure,Cu pillar bump introduces a lot of stress to the chip,which causes the failure of packaging structures,especially for the advanced node devices which typically have brittle low K dielectric material.In this paper,for the first time we propose two types of Cu pillar structures to reduce the stress.The first Cu pillar structure has bigger Cu dimensions at the base.The other one is designed to add an additional Cu pad under the Cu pillar bump.Finite element analysis is used to study the stress of the both structures,and it is found that with the increase in pillar bump contact area over the chip surface,the stress decreases in both structures.Results also indicate that the Cu pillar bump undercut induces higher stress,and thin Cu_6 Snss intermetallic compound has less impact on the stress during flip chip mount reflow.The study provides a novel way to improve the reliability by reducing the stress in the Cu pillar bump related packaging.     

铀表面Al/Ti复合镀层热应力的有限元分析

对铀表面Al/Ti复合镀层的热应力进行了热弹塑性有限元分析,表明Ti镀层内为压应力,Al镀层内为拉应力,并达到铝的屈服强度,靠近试样侧边,存在边缘效应引起的应力分布不均匀性,离试样侧边2倍镀层厚度处,不均匀性逐渐消失,试样侧边U-Al界面剪切应力大于中部区域.对沉积温度、镀层厚度及镀层力学性能对镀层热应力和塑性应变的研究表明,随着沉积温度升高,镀层内热应力和塑性应变明显增大,减薄Al镀层和增厚Ti镀层可降低镀层内热应力和塑性应变,Al镀层屈服强度及Ti镀层弹性模量对镀层热应力和塑性应变有重要影响.     

LaMgAl11O19热障涂层退火过程残余热应力分布及涂层热稳定性的数值模拟

目的 研究退火过程中La Mg Al₁₁O₁₉热障涂层内部残余热应力的分布情况及其对热障涂层热稳定性的影响机理。方法 基于等离子喷涂制备的La Mg Al₁₁O₁₉/YSZ双热障涂层物理模型,采用Abaqus建立数值仿真模型,通过温度位移耦合计算,系统分析不同退火温度下LaMgAl₁₁O₁₉热障涂层内部残余热应力的分布情况。通过扫描电镜,观察退火前后涂层表面及断面的微观组织形貌。根据数值模拟结果及涂层SEM图像,分析残余热应力对LaMgAl₁₁O₁₉热障涂层热稳定性的影响,探究引起涂层裂纹损伤失效的影响因素。结果 数值模拟结果显示,La Mg Al₁₁O₁₉热障涂层内部的残余热应力以径向应力为主,其值远大于轴向应力及剪切应力。退火中,径向残余热应力在径向距离0～2.4mm内缓慢增长到最大值,而在x=2.4mm至径向边缘范围内急剧降低。退火后,在涂层径向边缘位置出现应力集...     

高热负荷对钨铜材料工作应力分布影响的研究

采用高热负荷实验并结合有限元计算考察和分析了热流密度对钨铜合金工作应力分布的影响。结果表明：钨铜材料作为过渡层可以降低工作应力,当热流密度为1 MW/m2时,在钨板与铜块间焊接W60Cu合金作为过渡层,可使最大应力值比没有过渡层降低36%左右;工作时最大应力出现在两侧焊接层附近,并随热流密度增大而增大;钨铜合金（W60Cu）作为过渡层的试样在两焊缝处的应力,上部焊缝应力较大,下部焊缝应力较小。     

自蔓延预热爆炸固结Mo／Cu功能梯度材料的研究

设计并采用自蔓延燃烧预热，水介质缓冲双向爆炸固结的方式制备了Mo／Cu功能梯度材料（FGM），观测了Mo／Cu FGM的显微组织并分析了固结过程。对各层的密度、硬度、电导率等进行了测量和分析。发现随着Cu含量的增多，材料的密度平缓递减但相对密度逐渐增大，硬度降低，电导率升高。相对密度从Mo层的94．2％到Cu层的98．4％，试样整体的相对密度达95．5％。Mo／CuFGM第1层与第2层间的剪切强度为214．8MPa；Mo／CuFGM第3层，第4层的热导率分别为204．76W·m^-1·K^-1和249．71W·m^-1·K^-1。     

大型轧钢机机架凝固过程温度场应力场模拟分析

采用FDM/FEM集成分析系统,对152 t轧钢机机架凝固过程中的温度场和应力场进行了模拟计算;根据温度场计算显示了机架凝固过程中补缩通道变化情况。机架应力场模拟包括铸件凝固、冷却及落砂后冷却整个过程。以凝固过程中准固相区的等效应力与强度的比值分布规律为依据,对该铸件的热裂倾向性进行了预测,给出了危险区的位置。还给出了机架的残余应力和变形。模拟结果与实际生产情况较为吻合。