实用Nb_3Sn超导线电镜样品制备的新技术

本文报导了一种制备“Nb管富Sn法”实用Nb_3Sn超导线TEM样品的新技术用JEM—200CX电镜观察了Nb_3Sn/Nb、Nb_3Sn/CuSn以及Nb_3Sn晶粒和晶界形貌,在晶粒尺寸较大的区域中观察到大量叠栅(Moire)条纹并有许多位错存在。在添加合金元素Mg后的Nb_3Sn晶粒中发现了Mg—Nb—O化合物沉淀相。这些观察结果有助于我们深入认识Nb_3Sn材料中的磁通钉札机理以及合金元素的作用机理。     

一种制备大面积扩散Nb_3Sn超导薄膜透射电子显微(TEM)样品的新方法

用背面防护漂浮减薄法制备了扩散Nb_3Sn超导膜的大面积(毫米~2)TEM样品。JEM—200cx电子显微镜对样品的观察表明,这种新的TEM制样方法是成功的。它将有助于直接观察研究与实用Nb_3Sn超导材料相近的扩散薄膜的微结构,探讨磁通线钉扎机理。一、扩散Nb_3Sn薄膜TEM样品的制备扩散Nb_3Sn薄膜是在钼衬底上顺序分层蒸上Nb—Sn—Cu,然后经约800℃扩散形成A15结构的Nb_3Sn层。     

EPMA对Nb_3Sn超导材料研究Ⅴ:Cu-Nb-Sn定量分析标准曲线方法

七十年代前生产的电子探针大都没有配上电子计算机,定量分析计算多采用脱机校正或手算查表的方法。本文给出Cu—Nb—Sn三元合金及Cu—Nb、Cu—Sn二元合金的校正计算标准曲线,使这三种合金样品的定量分析能够快速、准确地从曲线上查出。标准曲线是在设定Cu的浓度C_(Cu)为某一个值时,对Nb和Sn的浓度C_(Nb)和C_(Sn)进行组合,采用ZAF校正后反算出相应的X射线强度比K_(Nb)和K_(Sn)。将K对C作图。以5％的浓度间隔,设定20个Cu的浓度,制作了Cu—Nb-Sn三元合金的K_(Nb)～C_(Nb)和K_(Sn)～C_(Sn)标准曲线各20根。同时制作了Cu—Nb和Cu—Sn二元合金的K—C标准曲线,如图1和2。标准曲线使用条件为:出射角20°、加速电压25KV、测量线系Cu—K_α、Nb—L_α、Sn—L_α。使用步骤:(1)假设K_(Cu)为C′_(Cu),由K_(Nb)、K_(Sn)直接从Cu—Nb—Sn合金的K～C曲线上查出一次校正浓度值C~1_(Nb)和C~1_(Sn)。(2)从Cu—Nb合金的K_(Cu)～C_(Cu)曲线上查出C_(Cu)(Nb)以及从Cu—Sn合金的K_(Cu)～C_(Cu)曲线上查出C_(Cu)(sm),将C~1_(Nb)和C~1_(Sn)归一化为C~0_(Nb)和C~0_(Sn)由下式计算Cu的一次校正浓度值为:     

扩散Nb_3Sn膜晶粒非均匀性与位错界面的电子显微观察

用电子显微镜(JEM-200cx)对扩散Nb_3Sn超导薄膜的微结构进行了观察,结果表明薄膜内的Nb_3Sn晶粒呈现明显的非均匀性,同时观察到大量的几乎贯穿整个晶粒的叠栅图形(Moire')。这一观察结果有助于Nb_3Sn超导材料的临界电流机理的研究,对于高磁场临界电流理论进行合理的修正。一、扩散Nb_3Sn膜的TEM样品观察结果与其高磁场载流特性。用脉冲场测量了扩散Nb_3Sn膜高场载流特性Jc～B曲线,并根据高场钉扎标度律作出高场标度行为如图1所示。用背面防护漂浮减薄法将相应的扩散膜制成TEM样品,通过大面积的电镜观察发现Nb_3Sn的晶粒很不均匀,在千埃量级的大晶粒晶界上存在百埃量级的微细晶粒,如图2所示,同时观察到大量的叠栅图形其中相当多的叠栅条纹几乎贯穿整个晶粒,如图3.图4.所示。     

添加Nb_2O_5、CoO的BaTiO_3系介质陶瓷ε_r-t稳定原理

在研究添加少量Nb_2O_5、CoO的BaTiO_3基X7R介质陶瓷过程中,发现该系材料有富Nb和无Nb的“晶粒壳-晶粒芯”的显微结构。在此基础上,结合对Nb_2O_5添加作用的分析,探讨了该系统ε_r-t稳定的原理。并提出了该系统呈〔Ba(Ti_(1-x-y)Nb_xCo_y)O_3〕_i-BaTiO_3多相复合的介稳状态的看法。     

Cu/Sn/Cu界面元素的扩散行为研究现状

从老化过程的界面作用和Cu/Sn/Cu界面元素扩散行为等方面,综述了国内外研究动态与进展。随后,着重介绍了老化过程Sn基钎料和Cu基板的界面反应和柯肯达尔孔洞形成的影响因素,并且柯肯达尔孔洞的形成与界面组分元素的扩散直接相关。最后指出了Cu/Sn/Cu焊点扩散行为研究中存在的问题,提出采用实验与分子动力学模拟相结合的方法开展研究,为以后界面元素扩散的研究起到启发作用。     

Mg-Al-Zn-Sn合金时效析出的γ相颗粒数密度的测定

Mg-9.0wt.%Al-1.0wt.%Zn-4.0wt.%Sn合金样品在523 K温度下时效后,析出大量γ-Mg17Al12颗粒。利用会聚束电子衍射的方法测量样品的厚度,进而计算γ相颗粒的数密度Nv。结果表明在Mg-9.0wt.%Al-1.0wt.%Zn-0.2wt.%Mn合金中,添加一定量的Sn元素后促进了γ-Mg17Al12相颗粒的析出。     

BiSbCuSn高温无铅软钎料物理性能及润湿性能研究

研制开发熔点在250～450℃之间的高温无铅软钎料一直是钎焊领域一大难题。熔点为300℃左右的Bi5Sb2Cu钎料因润湿性能和导电性能不良而受到限制。本文通过在Bi5Sb2Cu中添加不同含量Sn形成新型BiSbCuSn四元合金,来改善Bi5Sb2Cu合金的润湿性能和物理性能。结果表明：在Bi5Sb2Cu钎料合金中添加2-↑10wt．％Sn,BiSbCu钎料合金熔点呈下降趋势且幅度较大,但仍在250～450℃之间,润湿性能和导电性能明显改善。当Sn含量为10wt．％时,（Bi5Sb2Cu）10Sn钎料合金润湿性能和导电性能最好。     

Sn4+替代Nb5+对Bi2(Zn1/3Nb2/3)2O7陶瓷性能的影响

采用固相反应法制备了Bi2(Zn1/3Nb2/3)2O7(BZN)微波陶瓷,并借助XRD、SEM及LCR4284测试仪,研究了Sn4+取代Nb5+对BZN陶瓷显微结构和介电性能的影响。结果表明:随着Sn4+替代量的增加,微观形貌中出现棒晶;选取20～80℃,100 kHz时的εr计算,介电常数温度系数由205×10–6/℃逐渐减小到–240×10–6/℃;当替代量x(Sn4+)为0.16时,样品出现介电弛豫现象;随着测试频率的增加,介电弛豫峰向高温移动。     

Zn_(0.7)Co_(0.3)(Ti_(1-x)Sn_x)Nb_2O_8陶瓷微波介电性能研究

采用传统固相法制备Zn0.7Co0.3(Ti1-xSnx)Nb2O8(x=0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35)微波陶瓷。研究了Sn取代Ti对Zn0.7Co0.3(Ti1-xSnx)Nb2O8微波介质陶瓷的物相结构与介电性能的影响。XRD研究表明,Zn0.7Co0.3(Ti1-xSnx)Nb2O8陶瓷主晶相为ZnTiNb2O8,有极少杂相Zn0.17Ti0.5Nb0.33O2存在;随着Sn含量的增加,陶瓷晶格常数增大,晶胞体积变大,陶瓷密度增大;电子扫描显微镜(SEM)显示随着Sn含量增加陶瓷结构致密;相对介电常数εr逐渐变小,温度系数τf逐渐变小,Q×f值逐渐增大;当Sn含量为0.35时,烧结温度为1 080℃,εr=30.5,Q×f=46 973GHz,τf=-45.4×10-6/℃。     

Sn在Cu(111)上欠电位沉积的现场STM研究

本文用现场扫描隧道显微镜（in-situ STM)研究Sn在Cu(111）上的欠电位沉积（underpotential deposition UPD)过程,实验结果表明：Sn原子在Cu(111)表面上的UPD首先在晶面的边缘处发生,随后向晶面的其余地方发展并取代吸附在表面的SO4^2-,这一过程伴随着显著的台阶轮廓的变化,在Sn的UPD层溶出过程中,台阶边缘形状发生了更剧烈的变化。并且观察到凹洞的出现,表明Sn与Cu (111)基底形成了表面合金。     

Cu_3Ti-Ag-Cu活性金属封接法

在研究Ti—Ag—Cu法封接区域的物相转变的基础上,发展而成一种新的活性金属封接法—Cu_3Ti—Ag—Cu法。封接所使用的粉态Cu_3Ti,是从Ti—Cu或Ti—Ag—Cu合金中制取的。实验表明,Cu_3Ti—Ag—Cu法在封接强度、耐热冲击性能等方面均优于Ti—Ag—Cu法,平均封接强度可达1220公斤/厘米~2;对1毫米厚的无氧铜零件与95％Al_2O_3瓷的平封试验件,基本上能耐室温到500℃热冲击三次。封接样品经X射线分析,其过渡层为Cu_2(Ti,Cu)_4O。最后,对Cu_3Ti—Ag—Cu法95％Al_2O_3瓷与无氧铜封接的反应过程进行了初步的探讨。     

自然时效和Cu含量对AlMgSi（Cu）合金时效硬化行为的影响

利用硬度测试和透射电子显微镜观察,对Cu含量分别为0.0%、0.15%、0.8%（wt.%）的AlMgSi合金进行了较系统地显微组织结构和时效硬化行为研究。热处理状态为固溶淬火后直接180℃人工时效及固溶淬火后自然时效两周再180℃人工时效。结果表明：添加Cu可以抑制自然时效对180℃人工时效硬度峰值的负面作用;与固溶淬火后先自然时效两周再180℃人工时效峰值样品比较,固溶淬火后直接180℃人工时效峰值样品中针状析出相的数量密度较大;含0.15%Cu的合金峰值时效样品中只观察到β″析出相,而含0.8%Cu的合金峰值时效样品中观察到β″和Q″析出相;与不含Cu和含0.15%Cu的合金比较,含0.8%Cu的合金时效峰值出现时间延迟。这种现象与Q″相的析出有关,因为析出Q″相需要额外的时效时间。     

时效温度下钎料的稀土相CeSn3表面Sn晶须生长

于Sn3.8Ag0.7Cu钎料中添加过量的稀土Ce会在其内部形成大尺寸的稀土相CeSn3,将稀土相CeSn3暴露于空气中,研究在时效处理过程中时效温度对其表面Sn晶须生长的影响规律.结果表明:时效温度对稀土相CeSn3表面Sn晶须的生长产生显著影响.室温时效20 min后,其表面会形成少量的白色Sn颗粒:75℃时效20...     

微波功率器件中AuGe合金焊接界面特征

在微观尺度上,焊点的可靠性取决于焊料同焊盘之间界面反应生成的界面金属间化合物(IMC)的结构。通过金锗合金焊点的界面反应及微观结构随环境的变化表征了焊点的可靠性,研究了AuGe合金焊料与不同金层厚度的Ni/Au焊盘共晶焊接后其界面特征,同时总结了AuGe合金焊料在Cu和Ni等常见焊盘上的焊接润湿性及其焊接界面特征。切片分析结果显示,在共晶焊接后,厚金样品焊接界面冷却时焊料层析出富Au相形成不规则焊接结合层,Au层厚度减薄50%～60%;薄金样品的Au层全部消失,并在界面处形成很薄的一层富Ni的NiGe化合物。实验结果显示,厚Au层样品未出现Ni向焊接层扩散的现象和NiGe化合物的生成,厚Au层起到了阻挡层作用;薄金样品时,Ni通过互扩散缓慢与Ge形成NiGe化合物,在长期使用中焊接层会通过元素扩散等形式演变,使整个焊接层转变为含氧化层、富P层、NiGe层和AuCuGe合金层等多层结构的IMC,降低了焊点强度,严重影响焊接层可靠性。这说明IMC在焊接过程中主要以界面化学反应方式形成,服役过程中主要以元素扩散方式演变。     

电子封装中Cu/Cu_3Sn/Cu焊点的制备工艺及组织演变

采用电镀的方法在Cu基板沉积4μm厚Sn层作为钎料,在不同参数下对双钎料Cu/Sn+Sn/Cu三明治结构进行钎焊连接,得到可形成全Cu_3Sn焊点的最优工艺参数组合为:Ar气保护下300℃,3 h,1 N。然后研究了全Cu3Sn焊点形成过程中不同金属间化合物(Cu_6Sn_5和Cu_3Sn)的生长形貌和界面反应机理。结果表明,钎焊10 min后在Cu-Sn界面形成了扇贝状的Cu_6Sn_5,并且在Cu基板与Cu_6Sn_5之间有一层很薄的Cu_3Sn出现,Cu/Cu_3Sn和Cu3Sn/Cu_6Sn_5界面较为平整。随着时间延长,上下两层Cu6Sn5相互接触并融为一体,直至液态Sn完全被消耗,而Cu_3Sn通过消耗Cu_6Sn_5而快速增长,直到界面区全部形成Cu_3Sn。     

Al-Mg-Si-Cu合金中晶界和晶内析出相粗化规律的研究

采用显微硬度测试仪、扫描电镜和透射电镜观察及能谱分析,研究了Al-0.5Mg-1.0Si-0.8Cu(wt.%)合金的晶界析出规律和晶内析出相的粗化机制。结果表明:180℃时效处理的Al-0.5Mg-1.0Si-0.8Cu(wt.%)合金晶界处存在富Si相和Q相两类不连续分布的析出相,它们的尺寸分别约为1 mm和几十纳米;时效0.5 h时晶界处有少量富Si相,时效5 h时晶界富Si相明显增多,时效36 h时富Si相开始粗化且间距变大,再进一步时效其形貌和分布变化不大;晶界Q相与相邻晶粒铝基体的界面取向关系是:[510]Al//[1120]Q;时效36 h晶内开始出现粗化析出相,且随时效继续进行合金晶内析出大量粗化相,存在明显的晶界无析出带现象。晶内粗化析出相主要含有Si元素,呈片状、球状和棒状3种形貌。其中,棒状Si析出相是沿〈001〉Al方向生长的,且〈112〉Si//〈001〉Al,{111}Si//{010}Al。     

SnAgCuY钎料高温时效过程的显微组织演化

研究了无铅钎料合金Sn3.8Ag0.7Cu高温时效过程中显微组织,特别是金属间化合物(IMC)的演化规律,以及稀土Y的添加对其产生的影响。结果表明:在高温时效过程中合金内部组元发生扩散与重组,伴随着共晶组织的逐渐溶解,新的IMC在组织内部呈球形弥散析出。结晶初期形成的具有规则形状的较粗大的IMC逐渐发生解体,树枝状富Sn相逐渐取代共晶组织成为受腐蚀的对象。随着时效时间的延长,合金内部各组元的成分也在不断发生变化。     

含TSV结构的3D封装多层堆叠Cu/Sn键合技术

研究了利用Cu/Sn对含硅通孔(TSV)结构的多层芯片堆叠键合技术。采用刻蚀和电镀等工艺,制备出含TSV结构的待键合芯片,采用扫描电子显微镜(SEM)对TSV形貌和填充效果进行了分析。研究了Cu/Sn低温键合机理,对其工艺进行了优化,得到键合温度280℃、键合时间30 s、退火温度260℃和退火时间10 min的最佳工艺条件。最后重点分析了多层堆叠Cu/Sn键合技术,采用能谱仪(EDS)分析确定键合层中Cu和Sn的原子数比例。研究了Cu层和Sn层厚度对堆叠键合过程的影响,获得了10层芯片堆叠键合样品。采用拉力测试仪和四探针法分别测试了键合样品的力学和电学性能,同时进行了高温测试和高温高湿测试,结果表明键合质量满足含TSV结构的三维封装要求。     

Si3N4陶瓷与钢的真空钎焊研究

本文研究了Cu—Sn—Ti,Cu—In—Ti,Cu—Cr,Cu—Ge—Ti铜基活性钎料钎焊Si_3N_4陶瓷与钢。结果表明,四种铜基无银钎料均可实现Si_3N_4陶瓷与钢的连接,Cu—Sn—Ti,Cu—In—Ti的钎焊接头的剪切强度较高,它们合适的钎焊工艺参数分别为1373K×600s,1323K×600s。钎焊接头的X射线衍射分析,波谱分析表明活性钎料连接陶瓷与金属的机制是钎料中活性元素(Ti、Cu)向陶瓷界面扩散并与之发生化学反应而实现接合。