石墨烯纳米片对Sn-58Bi钎料显微组织和性能的影响

文中通过粉末冶金法在Sn-58Bi钎料中添加不同质量分数的石墨烯纳米片（GNSs）,以分析GNSs含量对Sn-58Bi钎料显微组织和性能的影响.结果表明,添加GNSs,对Sn-58Bi钎料熔点无明显影响;随着GNSs添加量提高,Sn-58Bi钎料的密度和显微维氏硬度先升高后降低;通过对比添加质量分数为0.05%的GNSs前后Sn-58Bi钎料/铜基板钎焊接头抗剪强度发现,添加GNSs后,由于能够起到细晶强化和弥散强化两方面作用,从而使钎焊接头抗剪切断裂能力提高.     

石墨烯纳米片增强铝基复合材料的制备与性能

采用高能球磨、放电等离子烧结以及热挤压工艺制备含量为5.0％(体积分数)的石墨烯增强铝基复合材料.分别采用X射线光电子能谱、透射电镜及拉伸试验研究挤压态复合材料的显微组织与力学性能,发现5.0％(体积分数)的石墨烯分散在铝晶界上,并且未与铝基体发生界面反应.最终,挤压态复合材料的屈服强度和抗拉强度高达462 MPa和4...     

石墨烯纳米片增强的Sn-58Bi/Cu焊点可靠性（英文）

将不同含量(0%,0.025%,0.05%,0.075%,0.1%,0.2%,质量分数)的石墨烯纳米片(GNSs)添加到Sn-58Bi低温钎料中,研究了GNSs对钎料熔化温度、润湿性能、剪切强度、显微组织和界面反应的影响。结果表明:添加GNSs可以改善Sn-58Bi钎料焊点的润湿性能和抗剪切强度,但对其熔化温度的影响较小。随着GNSs的添加,钎料得到了相对细化的显微组织,界面金属间化合物(IMC)的厚度明显降低,并逐渐趋于平整。另外,随着GNSs的加入,Sn-58Bi钎料的剪切断裂模式从脆性断裂转变为脆性和韧性混合的断裂模式,这与其抗剪切强度的变化是一致的。因此,添加微量的GNSs是增强Sn-58Bi/Cu焊点可靠性的有效途径。     

石墨烯纳米片增强银基复合材料

采用粉末冶金方法成功制备了石墨烯增强块状银基复合材料。在V型混粉机中混粉制得含银-0.2%石墨烯纳米片(质量分数)复合粉末并使用冷等静压在200 MPa条件下将复合粉末压制成形。使用热等静压在750℃/100 MPa条件下烧结获得石墨烯纳米片增强银基复合材料,然后在850℃条件下进行热挤压获得丝材,挤压比为40。用SEM、TEM和静态拉伸试验等研究了复合材料的微观结构和力学性能,结果表明,复合材料中石墨烯分布均匀,银基体与石墨烯之间界面结合良好。与未增强的银基体相比,银-0.2%石墨烯纳米片复合材料具有显著提高的强度而不损失塑性,表明石墨烯纳米片是银基复合材料理想的增强相。复合材料断口形貌显示出大量韧窝和撕裂棱,其断裂特征为典型的韧窝聚合型延性断裂。     

SiC纳米线对Ni-Cr-P钎料及Ni-Cr-P/Q235焊点组织与性能影响

采用具有优良高温强度、高热导率、高耐磨性能和耐腐蚀性能的SiC纳米线为Ni-Cr-P钎料的添加物,研究了钎料/焊点的组织与性能。结果表明,钎料的组织由Ni(Cr)固溶体、Ni₃P固溶体以及Ni(Cr)和Ni₃P共晶组织组成,微量的SiC纳米线可以显著细化基体组织,使焊点抗剪切强度提高29.6%。SiC纳米线的添加使钎料的熔化温度提高约4℃,显著促进钎料在Q235基板表面的润湿性,增幅达到12.5%。然而,过量添加SiC纳米线会显著粗化基体组织,降低钎料的润湿性和焊点的抗剪切强度。在不同SiC含量的Ni-Cr-P钎料中,Ni-Cr-P-0.1SiC钎料/焊点具有明显的优越性。     

Yb元素对BAg30硬钎料及焊点组织与性能的影响

研究了Yb元素对Ag30-Cu-Zn-Sn（BAg30）钎料热性能、润湿性和微观组织的影响,分析了焊点的剪切强度和断口形貌,优化了钎料组分。结果表明,BAg30钎料添加1%（质量分数,下同）Yb后可以显著降低钎料液相线-固相线差值,促进钎料在钢基板表面的润湿性,细化微观组织。然而,当Yb添加量超过1%后,过量的Yb元素会降低钎料的性能,粗化微观组织。通过焊点剪切测试,BAg30-1% Yb钎料的焊点抗剪切强度和断裂形貌表现出明显的优越性,抗剪切强度相较于BAg30钎料焊点明显提高,断口形貌出现均匀细小的韧窝,表现为韧性断裂机制。     

石墨烯纳米片增强镁基复合材料力学性能及增强机制

采用分子动力学方法(MD)对单层石墨烯纳米片(GNPs)与单面及双面Ni包覆单层GNP (Ni-GNP、NiGNP-Ni)增强镁基复合材料(GNP/Mg、Ni-GNP/Mg、Ni-GNP-Ni/Mg)在单轴拉伸作用下的力学性能进行了研究,并与含有空位缺陷的双面Ni包覆单层GNP (Ni-defected GNP-Ni)及双面Ni包覆多层GNPs (Ni-n GNPs-Ni)增强镁基复合材料(Ni-defected GNP-Ni/Mg、Ni-n GNPs-Ni/Mg (n为GPNs层数))拉伸性能进行了对比。研究结果表明:GNPs的加入可以显著增强镁基复合材料的力学性能,与单晶Mg相比,GNP/Mg纳米复合材料在300 K及应变速率为1×10⁹ s^-1时的拉伸强度和弹性模量分别提高了32.60%和37.91%,而Ni-GNP-Ni/Mg的拉伸强度和弹性模量分别提高了46.79%和54.53%;此外,Ni-defected GNP-Ni/Mg复合材料的弹性模量和拉伸强度较GNP/Mg有较大的提高,但其断裂应变提高的幅度较小;而Ni-GNP/Mg复...     

Ag和Zn对Sn58Bi钎料润湿性及焊点组织的影响

采用感应熔炼方法制备钎料,研究了Ag,Zn元素添加对Sn58Bi钎料润湿性与焊点组织的影响,并对时效处理后的焊点界面金属间化合物(Intermetallic compounds,IMCs)的组成及生长规律进行了分析。结果表明,添加的Ag或Zn可与Sn分别生成Ag3Sn,Ag5Zn8,并可显著减少钎料中枝晶含量与细化钎料组织,但不能显著促进Sn58Bi钎料的润湿性。而共同添加的Ag,Zn并不能使得钎料组织发生细化并降低钎料的润湿性。共同添加的Ag和Zn使得焊点界面处形成Cu8Zn5+Ag5Zn8的复合IMCs层,该复合IMCs层可显著的减小IMCs的初始厚度,并降低其生长速度。     

纳米Ag颗粒对Sn-58Bi无铅钎料组织及焊点可靠性的影响

研究了纳米Ag颗粒对Sn-58Bi钎料焊点微观组织、界面金属间化合物、铺展性能以及力学性能的影响。结果表明:添加Ag颗粒可以细化焊点组织,复合钎料的组织随Ag颗粒含量的增加呈先细化后粗化的趋势;Ag颗粒的添加使界面金属间化合物的厚度增大,复合钎料的界面金属间化合物的厚度随Ag颗粒含量的增加而增加;Ag颗粒的添加可以改善钎料的铺展性能,复合钎料的铺展性能随Ag颗粒含量的增加呈先增大后减小的趋势;适量Ag颗粒的添加可以改善焊点的拉伸性能,随着Ag颗粒含量的增加复合钎料焊点的拉伸性能呈先上升后下降的趋势;Ag的最佳添加量0.5%(质量分数)。     

超声熔铸法制备石墨烯纳米片增强ADC12复合材料的显微组织及力学性能（英文）

采用高能超声熔铸法制备石墨烯纳米片增强ADC12铝基复合材料,并对其显微组织及力学性能进行研究。实验结果表明,高能超声可有效促进石墨烯纳米片在熔体中的均匀分散,同时石墨烯纳米片的加入能细化α(Al)相和Si相。得到较优的石墨烯纳米片添加量是0.9%(质量分数),较优的超声时间是12min,在该参数下制备的复合材料抗拉强度、屈服强度和显微硬度分别为256.8 MPa、210.6 MPa和HV 126.0,与相同条件下的基体合金相比分别提高30.5%、42.7%和34.8%。基体中加入石墨烯纳米片后,其断裂机制逐步由脆性断裂向韧性断裂转变。良好界面的结合和分散性的改善使得复合在基体中的石墨烯纳米片能更好地发挥细晶强化、位错强化和载荷转移强化作用。     

Cu/Sn-58Bi/Cu焊点电迁移行为研究

采用双辊快速凝固技术制备了Sn-58Bi钎料薄带,并制备Cu/Sn-58Bi/Cu线性焊点。使用电子探针(EPMA)及能谱分析(EDS)研究焊点在电流密度为1×10^4 A/cm^2(25℃)下界面金属间化合物(IMC)、元素扩散与钎料基体组织演变规律。结果表明,随着通电时间延长阳极界面处的IMC层的形状从扇贝状转变为锯齿状,阴极界面处的IMC层由扇贝形变为不规则,其厚度逐渐增加。阳极由于Bi的偏聚形成了富Bi层,Sn在阴极偏聚,基体共晶组织(Bi+β-Sn)粗化。基于线性拟合可知,阳极和阴极的界面IMC层的生长系数n分别为0.263和0.442,其生长机制可归结为体积扩散。     

Intermetallic Reactions in Reflowed and Aged Sn-58Bi BGA Packages with Au/Ni/Cu Pads

The reflow of Sn-58Bi solder joints in a BGA package with Au/Ni/Cu pads has been performed by employing various temperature profiles, which results in the formation of (Au_0.66Ni_0.34)(Sn_0.82Bi_0.18)₄ intermetallic flakes in the solder matrix. The reflow operation performed at a peak temperature of 180 °C for a melting time of 80 s gives a ball shear strength of 9.1 N, which decreases drastically to lower values between 6.4 and 4.6 N after further aging at temperatures from 75 to 125 °C. Double layers of intermetallic compounds with the compositions of (Au_0.30Ni_0.70)(Sn_0.90Bi_0.10)₄/Ni₃Sn₄ can be found at the solder/pad interfaces of the aged Sn-58Bi solder joints. Ball shear testing of the reflowed specimens shows ductile fracture through the solder matrix, which changes to brittle cleavage fracture mainly along the (Au_0.30Ni_0.70)(Sn_0.90Bi_0.10)₄ intermetallic layer after aging at various temperatures. The measurement of ball shear strengths (S) reveals a linear relation with the thicknesses (X) of (Au_0.30Ni_0.70)(Sn_0.90Bi_0.10)₄ intermetallic layers: S = 7.13 − 0.33X.     

Co对Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料接头显微组织和服役可靠性的影响

研究了高温对SnAgCu+xCo(x=0,0.1,0.2,0.45,1.0,x为质量分数%,下同)复合钎料接头显微组织和力学性能的影响。用差热分析法(DSC)分析了Co对钎焊接头过冷度和凝固相的影响。与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料相比,焊后SnAgCu+xCo(x=0.1,0.2)复合钎料界面金属间化合物层厚度减小,接头剪切强度提高。经150℃保温500h后,SnAgCu+xCo复合钎料接头剪切强度均高于Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料接头,说明Co的添加可以改善SnAgCu钎料的服役可靠性。经DSC分析,Co的添加会提高SnAgCu钎料合金的凝固点,从而降低其过冷度。综上,Sn-3.0Ag-0.5Cu-0.2Co复合钎料接头的力学性能和服役条件下的可靠性最佳。     

Cu/Sn-58Bi/Cu焊点在电迁移过程中晶须和小丘的生长

利用SEM和EDS研究了Cu/Sn--58Bi/Cu焊点在电流密度为5×10³ A/cm², 80℃条件下晶须和小丘的生长. 通电540 h后, 在焊点阴极界面区出现了钎料损耗, 同时形成了晶须, 而在阳极Cu基板的钎料薄膜上形成了大量弯曲状晶须和块状小丘. EDS检测表明, 这些 晶须和小丘为Sn和Bi的混合物. 通电630 h后, 阳极上的晶须和小丘数量明显增多, 原来形成晶须的尺寸和形状没有变化, 阴极界面处 形成Cu₆Sn₅金属间化合物. 上述现象表明: 电迁移引发了金属原子的扩散迁移, 从而在阳极Cu基板上形成了一层钎料薄膜. 钎料薄膜中金属间化合物的形成导致压应力的产生, 促使晶须和小丘生长, 而阴极钎料损耗区域内晶须的形成与Joule热聚集有关.     

Pr对Sn58Bi钎料微观组织和性能的影响

通过在Sn58Bi合金钎料中添加Pr制备了新型无铅钎料,用该钎料进行焊接后,测定了Pr添加量对焊后钎料的晶格变化、润湿性和钎焊接头抗拉强度的影响。XRD衍射结果表明,Pr的添加能够导致钎料晶格畸变。SEM结果表明,微量Pr的添加可以抑制Bi相长大粗化,细化钎料晶粒。润湿性能研究表明,随着Pr量的增加,Sn58Bi 钎料的润湿性有所改善,当添加质量分数为1.5% 的Pr时,钎料的铺展率由81.97%扩大到88.41%,增加了7.86%;钎料力学性能显示,未添加Pr时钎焊接头抗拉强度为7.631 8 MPa,而随着Pr的加入,其抗拉强度增加,当添加质量分数为1.5%的Pr,钎焊接头抗拉强度最大为11.126 3 MPa,提高了45.79%。综合表明,适量Pr的添加可以有效改善Sn58Bi钎料的组织结构、润湿性和抗拉强度。创新点： (1)添加微量稀土元素制备Sn58BiPr无铅焊料。(2)Pr的掺入可使焊料晶格畸变、细化焊料晶粒。(3)添加Pr能有效改善焊料的润湿性和抗拉强度。     

工艺条件对颗粒增强复合钎料组织性能的影响

选用微米级Cu、Ni颗粒作为增强相外加到Sn-3.5Ag共晶基体钎料中制成颗粒增强Sn-Ag基复合钎料。主要利用电子显微镜研究不同工艺条件下,复合钎料钎焊接头内部增强颗粒周围金属间化合物(IMCs)形貌的演变情况,并分析了增强颗粒形态变化对复合钎料钎焊接头力学性能的影响。结果表明,随着升温速率的降低,Ni增强颗粒周围金属间化合物的形态由向日葵状转变为多边形状;Cu增强颗粒周围金属间化合物的形态始终保持大瓣向日葵状。此外,降温速率对Cu、Ni颗粒周围金属间化合物的形态没有影响。从而分析了不同工艺条件下增强颗粒周围金属间化合物形态的演变规律,以及对复合钎料钎焊接头剪切强度的影响。     

电迁移促进Cu/Sn-58Bi/Cu焊点阳极界面Bi层形成的机理分析

研究了Cu/Sn-58Bi/Cu对接接头焊点在电流密度为5×103～1.2×104A/cm2条件下钎料基体中阳极界面Bi层的形成机理.电迁移过程中,Bi元素为主要的扩散迁移元素,在电迁移力的作用下由阴极向阳极进行迁移.由于Bi原子的扩散迁移速度比Sn原子要快,促使Bi原子首先到达阳极界面.大量的Bi原子聚集在阳极界面时,形成了压应力,迫使Sn原子向阴极进行迁移,于是在阳极界面处形成了连续的Bi层.阴极处由于金属原子的离去,形成了拉应力,导致了空洞和裂纹在界面处的形成.Bi层的形态主要分为平坦的Bi层和带有凹槽的Bi层.Bi原子进行扩散迁移的通道有三种:Bi晶界、Sn晶界和Sn/Bi界面.随着电流密度和通电时间的增加,Bi层的厚度逐渐增加.电迁移力和焦耳热的产生成为Bi原子扩散迁移的主要驱动力.     

Sn-3.0Ag-0.5Cu-xNi无铅焊料及焊点的性能

研究了Ni元素对Sn-3.0Ag.0.5Cu无铅钎料熔点、润湿性、拉伸性能及焊点性能的影响.结果表明,镍的添加对Sn-3.OAg-0.5Cu钎料的润湿性有所改善,添加量为0.03%～0.1%时,随着镍含量的增加,润湿时间逐渐递减,润湿力逐渐增大,镍含量在0.05%时润湿时间最短,镍含量在O.1%时润湿力最大.但当镍含量到0.15%时,润湿时间反而增长,润湿力下降;镍提高了合金的抗拉强度、断后伸长率及焊点的抗剪强度.当镍含量为0.05%时,抗拉强度最高,当镍含量为0.1%时,断后伸长率和抗剪强度最高,扫描断口表现为明显的韧性断裂特征;镍的添加量为0.05%~0.1%效果较好.     

Cu/Sn-58Bi-xEr2O3/Cu钎焊接头微观组织和力学性能的研究

研究了不同含量的纳米Er2O3颗粒对Sn-58Bi钎料的铺展性能、钎焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,添加微量的纳米Er2O3颗粒细化了Sn-58Bi钎料的微观组织、改善了Sn-58Bi钎料的铺展性能和力学性能。当纳米Er2O3颗粒的添加量为0.075%(质量分数)时,Sn-58Bi复合钎料得到了最佳的铺展性能, 比Sn-58Bi钎料的铺展系数增大了5.1%;当添加量为0.05%(质量分数)时,Sn-58Bi钎料的组织明显细化且到了最大的抗拉强度89 MPa,比Sn-58Bi共晶钎料的抗拉强度增大了11.5%。