Au-Sn共晶合金熔体混合非平衡凝固组织演变及非规则异常共晶形成研究

本项目以Au-Sn共晶合金为研究对象，基于对合金凝固的前期实验研究和理论分析，提出采用高低温两相熔体混合控制凝固组织的非平衡凝固新方法，通过深入研究Au-Sn共晶合金熔体混合非平衡凝固中组织演变，探明Au-Sn二元共晶合金熔体混合非平衡凝固下的初生相析出规律，分析合金凝固组织中两相共晶组织的形态转变及形成条件，揭示非规则异常共晶的形成机制，提出抑制初生相和显著细化共晶凝固组织的熔体混合非平衡凝固优化控制工艺技术。本项目研究将进一步揭示和丰富二元共晶合金非平衡凝固条件下的共晶生长和非规则异常共晶形成的基本规律，探索非平衡凝固新材料制备的新技术新方法，为有效提高二元共晶合金凝固组织性能和加工性能提供理论和实验指导。

Au-Sn共晶合金具有优良的导电导热性和焊接强度高及抗热疲劳性能好等优点，是广泛用于高可靠微电子和光电子器件封装的关键钎焊材料。然而Au-Sn共晶合金是复杂的化合物-化合物型的共晶，合金本征脆性大，加工制备出符合微电子器件使用要求的箔材非常困难。采用特种快速凝固和深过冷凝固技术，可有效细化合金的铸态组织，抑制初生相的形成，是解决金锡合金难加工问题的根本途径。因此，深入研究Au-Sn共晶合金熔体混合非平衡凝固和深过冷凝固的组织演化及非规则共晶的形成具有重要的科学意义和技术研究价值。. 本项目采用高低温熔体混合这种特殊深过冷凝固方法，深入研究了Au-20Sn共晶合金熔体混合非平衡凝固组织演变及非规则共晶的形成。对比分析了熔体混合关键凝固参数：高温液相温度、低温液相温度、高低温液相两相质量配比等对合金熔体混合凝固组织的影响；探明了Au-Sn共晶合金在熔体混合非平衡凝固过程中的组织演化规律和非规则共晶的形成条件；揭示了熔体混合中初生相的形成规律和非规则共晶的形成机制。研究发现，采用适当的高低温熔体混合处理，在金锡合金中可获得非规则共晶，而适当改变高低温熔体混合的工艺参数，可以获得细小全层片共晶。并且采用包覆循环过热的深过冷凝固技术，首次研究了Au-Sn共晶合金的深过冷能力和凝固组织演化，获得了过冷度△T 为58K（△T>0.2Tm)的深过冷，并深入分析揭示了金锡共晶合金深过冷凝固中非规则共晶的形成机制。. 以上研究成果，对深入揭示化合物-化合物共晶型共晶合金的凝固行为及非规则共晶的形成规律等金属凝固的基础科学问题有重要的学术价值，同时，对有效改善金锡共晶合金凝固组织，提出优化的合金深过冷凝固工艺，从而提高合金的成形加工性能奠定了良好的理论和实验基础，项目研究成果对实现Au-Sn共晶合金钎焊薄材的精密成形加工具有良好的推广应用前景。