等温时效对新型Sn-Ag基复合钎料显微组织和力学性能的影响

研究了等温时效对Sn-3.5Ag共晶钎料及其复合钎料的力学性能和显微组织变化的影响。为了弥补传统复合钎料制备和服役中强化颗粒容易粗化的问题, 制备了不同种类最佳配比的具有纳米结构的有机无机笼型硅氧烷齐聚物(POSS)颗粒增强的Sn-Ag基复合钎料。对钎焊接头在不同温度（125、150、175℃）下进行时效,通过SEM和EDAX分析了钎料与基板间金属间化合物层(IMC)的生长情况。结果表明, 经过不同温度时效,复合钎料钎焊接头界面处金属间化合物的生长速率比Sn3.5Ag共晶钎料慢, 复合钎料的IMC生长的激活能分别为80、97和77kJ/mol,均高于Sn3.5Ag共晶钎料。经过150℃时效1000h后,复合钎料钎焊接头的剪切强度分别下降了22%、13%和18%,下降幅度相当或明显小于Sn-3.5Ag钎料钎焊接头。      

新型纳米结构颗粒增强无铅复合钎料性能

为了解决传统复合钎料制备中强化颗粒容易粗化的问题,提高无铅复合钎料的性能,选用共晶Sn-3.5Ag、Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料作为基体,3种不同类型具有纳米结构的有机-无机笼型硅氧烷齐聚物(POSS) 颗粒作为增强相而制成复合钎料。研究了复合钎料的铺展性能、钎焊接头的力学性能和抗蠕变性能。结果表明,复合钎料的润湿性能均优于基体钎料的润湿性能,复合钎料钎焊接头的剪切强度和蠕变断裂寿命均明显提高。在相同条件下,Sn-Ag-Cu基复合钎料钎焊接头的性能优于Sn-Ag基复合钎料钎焊接头。      

Sn-XAg-0.5Cu无铅钎料熔化特性、润湿性及力学性能研究

应用差示扫描量热(DSC)法、润湿平衡分析技术和拉伸试验,研究了Sn-XAg-0.5Cu(X=0.1~3.0)无铅钎料合金的熔化特性、润湿性能及力学性能。实验结果表明:所有钎料合金的开始熔化温度均为217.3℃;随合金中Ag含量增加,熔化温度区间变窄。钎料的润湿铺展面积和润湿力随Ag含量的增加而先显著增加,而后趋于稳定;对润湿铺展面积和润湿力(或润湿时间)产生显著影响的阈值Ag含量为1.0%(质量分数,下同)。Ag含量在0.5%~3.0%时,随着Ag含量的增加,钎料的断后伸长率逐渐下降,而抗拉强度和0.2%屈服强度均逐渐增加。     

应力对Ag颗粒增强SnCu基复合钎料蠕变性能的影响

使用搭接面积为1mm2的单搭接钎焊接头,研究了恒定温度下应力对Ag颗粒增强SnCu基复合钎料钎焊接头蠕变寿命的影响,结果表明:Ag颗粒增强SnCu基复合钎料的蠕变抗力优于99.3Sn0.7Cu基体钎料;随着应力的增大,复合钎料及其基体钎料钎焊接头的蠕变寿命均呈下降趋势,且应力对复合钎料钎焊接头蠕变寿命的影响比基体钎料明显.     

纳米材料增强复合钎料的研究进展

综合评述了纳米材料增强复合钎料的研究与应用现状。首先介绍了纳米材料增强复合钎料的制备方法,讨论了机械混合法与原位合成法的工艺及特点,然后分别从金属颗粒、氧化物或其他化合物及碳纳米材料3个方面来介绍纳米材料对复合钎料微观组织及性能的影响。重点指出了具有优异性能的碳纳米管与石墨烯材料增强复合钎料的研究进展,并对其发展趋势进行分析和展望。     

纳米结构强化的新型Sn-Ag基无铅复合钎料

通过外加法向Sn-3.5Ag钎料中加入质量分数为1%,2%和3%的纳米级多面齐聚倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxanes,POSS)颗粒制备无铅复合钎料.系统研究POSS颗粒的显微组织,钎料的熔化特性、润湿性能和力学性能.结果表明:POSS颗粒的加入并没有改变Sn-Ag基复合钎料熔化温度.复合钎料的铺展面积均有所增加,润湿角有所下降,表现了良好的润湿性.POSS颗粒的加入显著提高钎料钎焊接头的剪切强度.     

温度对Cu颗粒增强复合钎料蠕变性能的影响

蠕变性能是影响钎焊接头可靠性的重要指标之一.采用搭接面积为1 mm2的单搭接钎焊接头,在恒定载荷下,测定了Cu颗粒增强锡铅基复合钎料钎焊接头的蠕变寿命,分析并讨论了温度对该复合钎料蠕变寿命的影响.结果表明:Cu颗粒增强的锡铅基复合钎料的蠕变抗力优于传统63Sn37Pb共晶钎料;钎焊接头蠕变寿命随温度的升高而降低,并且温度对复合钎料钎焊接头蠕变寿命的影响较传统63Sn37Pb钎料明显.     

再流条件对Ni颗粒增强复合钎料组织形态的影响

主要针对不同的再流次数带来的不同热输入对Ni颗粒增强复合钎料IMC形态的影响进行了深入研究。由前一阶段研究表明，决定Ni颗粒增强复合无铅钎料组织变化的关键因素是钎料的钎焊温度与钎料熔点的温度差△T以及在熔点以上保温时间t。其本质即外界对钎料的热输入量的大小。随着热输入的增加，Ni颗粒周围的IMC以及钎料/基板界面处的IMC都相应变化发展。由于Ni颗粒的加入。基板＼钎料界面层的结构形态均与Sn-Ag共晶钎料有较大不同，Ni与cu6Sn5的相互作用起到了关键影响。界面层厚度的变化随再流次数增加呈现线性增长。     

Ag颗粒含量对SnCu基复合钎料性能的影响

利用颗粒增强原理研制了新型Ag颗粒增强SnCu基复合钎料,研究了Ag颗粒不同含量对复合钎料性能影响.结果表明:当Ag含量(体积分数)为5%时,复合钎料铺展面积最大,润湿角最小,钎焊接头蠕变寿命最长,比基体钎料提高23倍.     

Ag颗粒增强复合钎料钎焊接头蠕变断裂及强化机理研究

测定了不同应力和温度下Ag颗粒增强复合钎料及基体钎料63Sn37Pb钎焊接头蠕变寿命,分析了Ag颗粒增强复合钎料及基体钎料钎焊接头蠕变断裂机理.表明:Ag颗粒增强复合钎料钎焊接头蠕变寿命优于基体钎料;Ag颗粒表面Ag-Sn金属间化合物形成及Ag颗粒对富Pb层阻碍作用是复合钎料钎焊接头蠕变性能提高的主要因素;钎焊接头Cu基板上一薄层富Pb相区形成是蠕变裂纹主要原因.     

纳米Ag颗粒/In-3Ag复合焊料的微观组织演变

通过外向法制备纳米Ag颗粒/In-3Ag复合焊料, 研究在多次回流过程中, 添加不同含量的纳米Ag颗粒对In-3Ag焊料焊点基体组织和界面IMC层(intermetallic compound)的影响规律, 采用SEM、HRTEM、能量色散仪(EDS)和电子探针(EPMA)分别对焊点基体及IMC层的微观结构及成分进行观察和分析。研究结果表明: 纳米Ag颗粒能诱发晶粒成核, 多次回流后, 复合焊料基体中颗粒状二次相AgIn₂没有明显长大现象; 通过塞积扩散通道和表面吸附效应, 纳米Ag颗粒能显著抑制焊料界面IMC层在多次回流过程的生长; 纳米Ag颗粒的合适添加量为0.5%(质量分数,下同), 当添加1%时, 颗粒团聚, 导致界面处出现球形AgIn₂, 降低焊料的力学性能。     

Process optimization and microstructural analysis of aluminum based composite reinforced by multi‐walled carbon nanotubes with various aspect ratios

The dispersion of carbon nanostructures in metallic matrix with strong bonding is a very important challenge to achieve a composite with high mechanical properties. In this work, the effect of aspect ratio of reinforcement phase, weight percent and using improved mechanical alloying process and sonication on the well dispersion of multiwalled carbon nanostructures (MWCNTs) were investigated. Moreover, the hot pressing conditions were optimized by factorial design technique to achieve the highest relative density. Field emission scanning electron microscopy (FE‐SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X‐ray diffraction were used to analyse the microstructure. Also, the particle size of the grain structure of composite containing multi‐walled carbon nanotubes determined for evaluating the influence of aspect ratio on grain growth. The results verified that by using conventional method of alloying, grinding process and agglomeration of 2 wt% multi‐walled carbon nanotubes with long length can be occurred. By decreasing the weight percent of multi‐walled carbon nanotubes to 1 wt%, dispersion process progressed slightly. Short length multi‐walled carbon nanotubes showed more clustering and minor damage in both 1 and 2 wt%. By using modified design of alloying (using magnet), both types of multi‐walled carbon nanotubes dispersed better than conventional design in the matrix with good bonding at initial times.