纳米颗粒增强复合钎料研究

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1、摘要随着电子工业的发展．电子产品向小型化、轻量化、高精度及高可靠性的方向发展，并且可能在严酷的环境中服役，这就要求电子信息产品中的钎焊接头具有良好的显微组织稳定性、力学性能，特别是具备较高的抗蠕变性能。研究表明通过在钎料中加入纳米颗粒，形成纳米颗粒增强复合钎料，不仅可以保持原有基体钎料良好的钎焊工艺性能，而且可以改善钎料的力学性能，特别是提高钎料的抗蠕变性能。论文选择Sn．37Pb、Sn一0．7Cu钎料作为基体钎料，通过添加微量纳米氧化物颗粒、纳米金属颗粒形成颗粒增强复合钎料。研究了纳米颗粒增强复合钎料的制备工艺和钎焊接头钎焊工艺，对不同纳米颗粒及不同含量对复合钎料物理性能、钎焊工

2、艺性能、力学性能、蠕变性能的影响进行了分析，并且进行了钎料及钎焊接头显微组织、钎焊接头蠕变断口的分析。研究表明，当纳米颗粒Ah03、Ti02、Ag含量小于3v01％，纳米颗粒cu含量小于Iv01％时，纳米颗粒的添加对Sn．37Pb钎料合金的熔化温度影响不大。复合钎料与Sn-37Pb钎料的电导率相当，复合钎料的钎焊工艺性能与Sn．37Pb钎料的钎焊工艺性能相当。微量纳米颗粒的添加可以显著提高Sn．37Pb钎焊接头的蠕变断裂寿命。本论文研究了Sn一37Pb钎料和Sn一0．7Cu钎料中加入各种含量不同种类的纳米颗粒条件下，复合钎料钎焊接头蠕变寿命与温度和应力之间的关系。分析了复合钎料钎焊

3、接头蠕变裂纹的产生、蠕变变形特征和蠕变断口形貌。复合钎料钎焊接头与基体钎料钎焊接头蠕变寿命的差别随温度及加载应力的升高而下降。基于蠕变试验数据，确定了应力指数和蠕变激活能，建立了Sn．37Pb钎料北京工业大学工学搏七学位论文和含有3v01％纳米颗粒Ag的Sn-37Pb基复合钎料钎焊接头的高温稳态蠕变的本构方程。在低应力下，Sn．37Pb钎料和含3v01％Ag的Sn一37Pb基复合钎料钎焊接头的应力指数H分别为3．4和3．0：激活能Q分别为57．15kJ／mol和68．33k．1／mol。在高应力下，Sn．37Pb钎料和含3v01％Ag的Sn-37Pb基复合钎料钎焊接头的应力指数n分

4、别为4．9和4．5；激活能9分别为45．23kJ／tool和61．72kJ／mol。应力指数和激活能可以反映出含有3v01％纳米颗粒Ag的Sn-37Pb基复合钎料钎焊接头的蠕变性能优于Sn．37Pb钎料钎焊接头的蠕变性能。本论文对纳米颗粒Ag提高Sn．37Pb钎料钎焊接头蠕变抗力的机制进行了讨论。纳米银颗粒的加入，可以在枝晶界处形成化合物相，降低枝晶界的界面能，增加位错攀移的激活能，从而降低了位错攀移的速率。在纳米银颗粒的表面形成一薄层的金属间化合物A印sn，它增强银颗粒与基体间的结合，可以起到晶界强化作用。由于这种化合物在高温下能够稳定存在，从而抑制了原子的扩散和晶粒的长大。本论

5、文还对纳米A1203、Ag颗粒增强的Sn-0．7Cu基无铅复合钎料的钎焊工艺性能、力学性能以及抗蠕变性能进行了研究。研究表明，纳米颗粒lv01％～5v01％A1203、0．5v01％～3v01％Ag的Sn一0．7Cu基复合钎料的铺展面积均与Sn一0．7Cu钎料铺展面积相当，表明复合钎料的钎焊工艺性能均较好。含有3v01％A1203及含lv01％Ag纳米颗粒的Sn-0．7Cu基复合钎料钎焊接头的剪切强度比sn-0．7Cu钎料钎焊接头的剪切强度提高约1．5倍；复合钎料钎焊接头蠕变寿命比Sn-0．7Cu钎料钎焊接头的蠕变寿命有显著提高。特别在较高温度下，蠕变寿命的提高比Sn-37Pb基复

6、合钎料明显。关键词：纳米颗粒，复合钎料，蠕变寿命，本构方程-II-AbstractAlongwiththedevelopmentofelectronicindustries，electronicproductsputforwardminiaturizationwithhi曲precisionandreliability．Inadditiontheproductsmayworkundersevereserviceconditions．Therefore，thesolderjointsshouldhaveexcellentpropertiesonthestabilityofmicros

7、tructures，goodmechanicalproperties，especiallyhighcreepresistance．InvestigationindicatesthatthellanO—particlesenhancedcompositesoldernotonlykeepsgoodsolderabilityofthebasesolderalloysbutalsoimprovesitsmechanicalproperties，especiallythecr