Введение 5
1 Анализ литературных данных 6
1.1 Физико-химические основы пайки металлов и других материалов 6
1.2 Технические требования к припоям 9
1.3 Галлиевые припои 11
1.4 Основы теории диффузии 13
1.5 Реакционная диффузия в металлах и сплавах, кинетика образования
промежуточных фаз 16
1.6 Кинетика образования промежуточных фаз в композиционных
пастах-припоях на основе галлия 18
2 Методика исследований 21
2.1 Диаграммы состояния исследуемой систем 21
2.2 Схема эксперимента 24
2.3 Исходные материалы и образцы 24
2.4 Термическое оборудование 27
2.5 Металлографические исследования 27
2.6 Изучение элементного и фазового состава диффузионных зон 28
2.7 Определение микротвердости 32
3 Результаты исследований; особенности кинетики реакционной
диффузии при контакте однофазной латуни с жидким галлием 33
3.1 Экспериментальные данные 33
3.2 Исследование кинетики роста фаз в системе (Cu, Zn)-Ga 34
3.3 Элементный и фазовый состав продуктов взаимодействия 41
3.4 Микротвердость фазовых и структурных составляющих 47
3.5 Ожидаемые технологические параметры диффузионно-твердеющих
паст-припоев (Cu, Zn)-Ga 50
4 Расчет параметров реакционной диффузии 51
Заключение 54
Список использованных источников 55
В современной области машиностроения все большую популярность приобретает разработка и изучение композиционных паст-припоев на основе галлия и других легкоплавких компонентов. Изучая взаимодействие жидких и твердых составляющих диффузионно-твердеющих композиционных припоев решается такие вопросы как - возобновление разнообразных ответственных конструкций и изделий, которые были, повреждены в ходе эксплуатации; раз-работка новых технологий пайки различных металлов и других материалов, в зависимости от сферы их применения.
Основная предпосылка данной работы - это исследование ускоренного затвердевания галлиевых паст припоев; поиск новых наполнителей, которые будут отвечать заданным требованиям и превосходить по техническим характеристикам известных составов.
Как и у любой другой технологии у нее есть свои достоинства и недостатки. Использование галлия в роли основного компонента для диффузионно-твердеющих паст-припоев дает такие преимущества как: высокая смачиваемость заданной поверхности; низкая температура плавления; возможность активного взаимодействия с тугоплавкими металлами и их сплавами. К минусам относят высокую стоимость, пористость в результате диффузии и длительное время затвердевания пасты-припоя.
Проведены исследования взаимодействия однофазной латуни 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 600 °C.
В ходе исследований было установлено, что рост интерметаллидов подчиняется параболическому закону, где у - толщина слоя новых фаз, т - время контакта, P - параметр параболы (характеризует скорость роста, условный коэффициент реакционной диффузии).
В зависимости от температуры взаимодействия определены продукты реакционной диффузии. При взаимодействии латуни с жидким галлием при температурах 140 °C, 200 °C и 270 °C образуются промежуточные фазы типа QrGai, CuGa2 и CusGa.
Рассчитаны параметры реактивной диффузии (D0, Q)при контакте однофазной латуни и галлия в интервале температур от 50 °C до 300 °C.
Выяснили, что скорость образования промежуточных фаз в системе ЛбЗ-Ga больше в 5-6 раз чем в системе Cu-Ga в исследованном интервале температур.
Проведенные исследования показали принципиальную возможность использования порошков однофазных латуней в качестве основного наполнителя низкотемпературных галлиевых паст-припоев для ускорения их диффузионного затвердевания в обычной атмосфере без дополнительных флюсов.
