Введение 7
1 Анализ литературных данных 8
1.1 Пайка металлов 8
1.2 Галлиевые припои 10
1.3 Взаимодействие галлия и меди 11
1.4 Взаимодействие галлия с фосфором 13
1.5 Основы теории диффузии 14
1.6 Реакционная диффузия в металлах и сплавах, кинетика образования промежуточных фаз 18
1.7 Низкотемпературная пайка разнородных материалов 22
1.8 Применение галлия и припоев на его основе 23
1.9 Двусторонний рост фазы Cu9Ga4в ходе реакций на границе между медной основой и припоями [17] 25
2 Методика исследования 29
2.1 Диаграммы состояния исследуемых систем 29
2.2 Схема эксперимента 32
2.3 Исходные материалы и образцы 33
2.4 Термическое оборудование 34
2.5 Металлографические исследования 36
2.6 Изучение элементного и фазового состава диффузионных зон 38
2.7 Определение микротвердости 40
3 Экспериментальные исследования кинетики фазообразования 42
3.1 Экспериментальные данные 42
3.2 Исследование кинетики фазообразования в системе оловянистая бронза-Ga. Анализ результатов исследования 44
3.3 Элементный и фазовый состав продуктов взаимодействия 49
3.4 Влияние дисперсности частиц оловянистой бронзы на скорость химической реакции 58
3.5 Сравнение скорости роста новых фаз между системами медь-галлий и оловянистая бронза-галлий 59
3.6 Микротвердость фазовых и структурных составляющих 60
3.7 Технологические рекомендации параметров диффузионно-твердеющих паст-припоев оловянистая бронза-Ga 62
4 Расчет параметров реакционной диффузии 64
Заключение 67
Список использованных источников 68
Актуальность работы. Взаимодействия твердых и жидких составляющих диффузионно-твердеющих композиционных припоев на основе легкоплавких металлов важны при разработке новых технологий пайки разнородных материалов и восстановления поврежденных элементов различных ответственных конструкций. Разработка и изучение композиционных паст-припоев на основе галлия, становится все более актуальными.
Использовать галлий как основной компонент для диффузионно-твердеющих паст-припоев (металлических клеев) целесообразно из-за ряда преимуществ: низкая температура плавления, способность хорошо смачивать различные материалы, а также активно вступать в реакции с тугоплавкими металлами и сплавами с образованием интерметаллидных соединений. Наряду с достоинствами, таллиевые пасты-припои имеют недостатки. Главные - это дли-тельное время затвердевания, диффузионная пористость и высокая стоимость.
Цели работы. Определить параметры взаимодействия оловянистой бронзы с жидким галлием. Поиск новых составов наполнителей галлиевых паст припоев, которые при диффузионном затвердевании в интервале температур 140-270 °C дают температуру распая свыше 650 °C.
Задачи. Выполнить комплекс исследований для определения характеристик взаимодействия порошков оловянистой бронзы с жидким галлием, а также определить параметры и продукты взаимодействия.
Объекты исследований. Композиционные составляющие диффузионно-твердеющих галлиевых паст-припоев в системе оловянистая бронза-Ga.
Проведены исследования взаимодействия однофазной оловянистой бронзы с жидким галлием на предмет использования этого диффузионно-твердеющего сплава в качестве пасты-припоя (металлического клея), который при затвердении в интервале температур 140-270 °C даёт температуру распая свыше 650 °C.
Определены кинетические параметры взаимодействия однофазной оловянистой бронзы и жидкого галлия при температурах до 270 °C.
В ходе исследований было установлено, что рост интерметаллидов под-чиняется параболическому закону, где у - толщина слоя новых фаз, т - время контакта, 2р - параметр параболы (характеризует скорость роста, условный коэффициент реакционной диффузии).
В зависимости от температуры взаимодействия определены продукты реакционной диффузии. При взаимодействии оловянистой бронзы с жидким галлием при температуре 140 °C основными фазы Cu9Ga4 и CuGa2, 200 °C и 270 °C образуется промежуточная фаза Cu9Ga4, кроме того, присутствует фаза CuGa2и Cu3Sn.
Рассчитаны параметры реактивной диффузии (D0, Q)при контакте одно-фазной оловянистой бронзы и галлия в интервале температур 30-430 °C.
Наши расчеты для реальных композитов оловянистая бронза-галлий, доказывают, что для затвердевания пасты требуется около 10-12 часов при со-отношении галлия и бронзы 50 %. Для композиции медь-галлий в 2 раза больше, по скорости протекания реакций система оловянистая бронза-галлий соответственно в 2 раза быстрее. Рекомендуемое нами время в полтора-два раза выше расчетного.
