基于Al_Ni自蔓延反应热源的复合焊料快速凝固组织研究

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1、分类号学号M201670941学校代码10487密级硕士学位论文基于Al/Ni自蔓延反应热源的复合焊料快速凝固组织研究学位申请人：邹卓玲学科专业：材料工程指导教师：吴丰顺教授答辩日期：2018.5AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringTheEffectofSelf-propagatingExothermicReactiononMicrostructureofCo

2、mpositeSolderCandidate:ZhuolingZouMajor:MaterialsEngineeringSupervisor:Prof.FengshunWuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2018华中科技大学硕士学位论文摘要在无铅焊料中掺杂增强相纳米颗粒是一种改善焊点组织、提高焊点力学性能的有效方法。但是在传统回流焊接过程中，增强相在熔融的复合焊料中易排出，使得复合焊料焊点的增强相残留很低，影

3、响增强相对复合焊料焊点的增强效果。而Al/Ni薄箔自蔓延反应可作为反应热源，使得复合焊料在快速熔化和凝固过程中，增强相来不及排出，可以更大比例的保留在凝固后的复合焊料中。在薄箔自蔓延放热环境下，复合焊料升降温速率极快，焊料内部形成了较大的温度梯度，薄箔自蔓延反应热源条件下焊料熔化与凝固过程高度非平衡，因此，研究薄箔自蔓延反应热源条件下复合焊料显微组织有重要意义。本文通过机械混合和SPS真空烧结的方法制备了分别掺杂了不同比例的非反应型增强相ZnO纳米颗粒、反应型增强相纳米Ni粉以及复合型增强相镀Ni-C

4、NTs增强相的复合焊料。经过冷轧后得到的复合焊料片在Al/Ni薄箔自蔓延反应热源作用下快速熔化和凝固，观察复合焊料最终凝固后的显微组织。研究基于Al/Ni薄箔自蔓延反应热源条件下，不同种类以及比例的增强相掺杂对复合焊料凝固组织影响。通过显微组织分析，复合焊料片未熔化区域呈现原始的焊料颗粒形貌，而熔化区的晶粒明显细化。与热源的距离越近，晶粒越细。对比未掺杂的焊料在Al/Ni薄箔自蔓延反应热源下的快速凝固组织，掺杂了不同增强相的复合焊料片熔化区内的晶粒均细化。添加了非反应型的ZnO纳米颗粒增强相后，由于Z

5、nO不与焊料基体反应并且ZnO纳米颗粒存在自身硬度，使得复合焊料的延展性降低，轧制后的焊料片内部存在大量微裂纹影响复合焊料熔化过程中热量在复合焊料中的传递，并且在熔化区边界形成裂缝。此外，熔化区边界和内部都未发现ZnO纳米颗粒的聚集。掺杂反应型的Ni纳米增强相后，复合焊料熔化区晶粒会随着添加量的增高而变大，在掺杂量为0.2wt.%时，晶粒长大最明显。当掺杂复合型镀Ni-CNTs后，添加比例从0.06wt.%升高到0.2wt.%，复合焊料片内熔化区晶粒均没有出现组织长大的现象。关键词：复合焊料，显微组织

6、，增强相，自蔓延燃烧反应，Al/Ni薄箔I华中科技大学硕士学位论文AbstractDopingreinforcementinlead-freesolderisanexcellentwaytoimprovethemicrostructureandthemechanicalpropertiesofcompositesolderjoints.However,inthetraditionalreflowsolderingprocess,thereinforcementiseasilyprecipitatedi

7、nthecompositesolder.Itmakesthereinforcementhaveaverylowresidualrateinthecompositesolder,whichaffectstheenhancementoftherelativecompositesolderjoint.TheAl/Nifoilself-propagatingexothermicreactioncanbeusedasthereactionheat,makesthecompositesolderinrapidme

8、ltingandsolidificationprocess.Sothatalargeproportioncanberetainedinthecompositesolderaftersolidification.Inthin-filmself-propagatingandexothermicenvironments,thecompoundsolderhasaveryrapidrateoftemperatureriseandfall,alargetemper