基于纳米活性结构的不互溶W-Cu体系直接合金化及其热力学机制

利用纳米多孔活性结构诱导和促进W和Cu直接合金化，主要包括3步骤：首先，通过两步阳极氧化和还原退火在W表面制备纳米多孔结构；然后，在纳米多孔W上电沉积Cu层；最后，在近Cu熔点温度(980℃)下退火，得到W/Cu层状复合材料/连接件。W/Cu界面的表征结果表明，2种金属间的扩散距离约为27 nm,W和Cu之间成功实现直接合金化。同时，针对此前建立的不互溶金属直接合金化热力学模型存在的问题，改进了表面能和压力能的计算方法，解决了表面原子层数选用导致表面能结果具有随意性的问题和热力学计算中的单位尺度问题，实现了基于纳米活性结构的不互溶W-Cu直接合金化的热力学计算。热力学计算结果表明，W表面纳米多孔化之后W-Cu体系的表面能大幅提升，可以作为W和Cu直接合金化的热力学驱动力。分析认为，除具有高表面能的晶面增多之外，纳米结构形状也是W表面纳米化后表面能提高的主要原因之一。