单晶银、铝的制备及层错能对冷拔变形组织的影响

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银是电和热的优良导体,具有优异的信号传输和热传导性能,而铝同样作为导体,具有价格便宜、材质轻、导电性能好等特点,两者广泛应用于集成电路中的封装引线制备。随着半导体技术、集成电路和电子元器件质量的突破,封装技术越来越受到人们的重视。同时,对封装技术采用的材料也提出了越来越高的要求。多晶银和铝中由于存在大量晶界,对信号传输过程产生较大的信号衰减作用,而单晶银、铝则不存在晶界,能够显著提高信号传输效果,因此,高质量单晶银、铝的制备广泛受到关注。本文重点研究了单晶银、铝的制备工艺,讨论了固液界面、抽拉速度和温度等工艺参数对单晶制备的影响,并借助电子背散射衍射对制备的银、铝单晶进行了表征。同时,由于银和铝的层错能存在显著差异,而层错能作为材料的本征属性显著影响材料的形变组织和织构演变,实际应用过程中银、铝必须通过冷拔变形来提高其力学性能才能作为传输信号线材来使用,故很有必要明确层错能对两种面心立方材料冷拔形变组织和织构演变的影响。因此,本文借助于电子背散射衍射和透射电子显微镜分析了银和铝的宏观裂化、微观组织和织构演变,通过对比分析,揭示了层错能对FCC金属冷拔形变组织的影响,并对比分析了强织构铝线材在冷拔形变组织和织构演变的温度依赖性。单晶银和铝的制备结果表明:<111>单晶银的最优化工艺参数为:镓铟合金液面距隔热板距离为2.7mm,保温温度1400。C时,最优抽拉速度为1μm/s。<110>单晶铝的最优化工艺参数为:镓铟合金液面距离隔热板为15.5mm,保温温度865℃,最优抽拉速度为1μm/s。采用EBSD技术对制备<111>银单晶和<110>铝单晶进行了表征,结果证实了两种材料中均没有晶界,反极图成像也证实了银单晶具有蓝色<111>织构取向,铝单晶具有绿色<110>织构取向。银线材冷拔变形结果表明,在冷拔变形后,晶粒表现出显著的宏观裂化。随着应变量的增大,晶粒沿冷拔方向被拉长。在高应量下形成纤维状组织。在冷拔的过程中,随着应变量的增加,<111>和<100>织构组分都呈现先增大后减小的变化状态;应变量达到2.77时,形成较为稳定的<100>+<111>双丝织构组分,但是织构组分中还存在大量复杂织构。多晶银的界面失配角分析结果表明,在低应变量下,多晶银以位错滑移为主;中等应变下,位错滑移与形变孪生机制相互竞争共同控制组织变形;高应变下,变形主要以孪生为主。TEM结果表明,低应变下,多晶银以平面滑移为主,当应变量为0.28时,位错呈现“离散”分布,没有观察到位错缠结;中等应变下,多晶银形变组织中出现与冷拔方向不平行的高密度位错墙和微带。当应变量为0.94时,组织观察到剪切带的出现;当应变量高于1.96时,形成与冷拔方向平行的GNBs。铝线材形变分析结果表明,在高应变量下同样形成了稳定的<100>+<111>双丝织构组分,复杂织构组分含量较少。银和铝的冷拔组织对比发现,层错能对两种FCC金属存在显著影响。两种材料高应变下虽然都产生<100>+<111>双丝织构组分,但是银在高应变依然存在大量复杂织构组。同时,组织演变过程中,变形机制也存在差异。铝的主要变形机制为位错滑移,而银在低应变下以位错滑移变形为主,高应变下,银主要通过形变孪生协调变形。强织构铝线材形变温度的相关性研究结果表明:高温(80℃)和液氮温度下冷拔变形均形成<100>+<111>双丝织构组分,但是,降低形变温度显著提高了<111>织构组分的稳定性。界面失配角分析结果表明,两种温度下变形均在5°左右形成一个失配角峰,但是,峰的高度存在显著差异,表明降低形变温度可以促进材料的变形,提高材料中的位错密度。
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