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RE-Sn-Zn（RE=Pr，Ce）三元体系400℃相图及相关无铅焊料性能测试

作　者: 韩艳美
导　师: 欧阳义芳; 梁建烈
学　校: 广西大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Sn-Zn基焊料相平衡晶体结构
分类号: TG42
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

Sn-Zn基无铅焊料由于熔点最接近传统焊料而备受关注。Sn-Zn系列无铅焊料存在润湿性较差,容易被空气氧化的不足而影响其应用。La、Ce、Pr等稀土元素是Sn-Zn基无铅焊料的维他命,能有效改善Sn-Zn基焊料润湿性和抗氧化性等性能。理解稀土和Sn-Zn基合金元素的相互作用,将为改进无铅焊料的润湿性,抗氧化性等性能提供指导。本文研究Pr-Sn-Zn、Ce-Sn-Zn等两个三元合金体系的相图,以及相关化合物晶体结构精修,并研究微量稀土Ce对Sn-Zn-A1基无铅焊料性能的影响,获得以下重要的研究成果：(1)实验通过X-射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜分析等方法首次测定了Pr-Sn-Zn三元体系400℃等温截面。发现一个新的三元化合物PrSn2Zn2,该化合物属于四方结构,点阵常数为a=0.4459(2),c=1.0337(2)nm,空间群为P4/nmm,与CaBe2Ge2同构。区别于EuSn2Zn2,该化合物在200-800℃范围内并无结构转变,本文还给出新相的粉末数据。实验证实三元化合物PrSnZn、 Pr2SnZn3在400℃温度内稳定存在,研究发现Zn在PrSn3相的固溶度达到16.1%。(2)通过X-射线粉末衍射(XRD)和扫面电镜分析等方法研究了Ce-Sn-Zn三元系合金400℃热力学平衡相关系。研究获得以下结果：确定Ce-Sn-Zn三元体系400℃相关系；确定新的三元化合物CeSn2Zn2晶体结构。研究表明该三元化合物与CaBe2Ge2同构,空间群为P4/nmm,点阵常数为a=4.456(9),c=10.285(1)nm。在200-800℃温度范围内,CeSn2Zn2稳定存在,并无从六方结构到单斜结构的转变,本文还给出新相的粉末数据；实验还测定了Zn在CeSn3中的固溶度为12.7%。(3)采用真空熔炼技术成功制备了Sn-(9-x)Zn-0.02Al-xCe(x=0.02～0.12)的无铅焊料,应用DTA, SEM, XRD等技术分析了焊料的熔点、形貌、微结构及焊料与Cu基板的粘附性等性能,并对微量稀土Ce对焊料的影响机理进行研究。研究表明：添加微量稀土元素Ce能显著改善无铅焊料润湿等方面的性能Sn-(9-x)Zn-0.02A1-xCe有望替代传统焊料成为微电子器件封装焊接材料。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章文献综述  11-18
  1.1 项目研究背景  11-14
  1.2 项目研究的科学意义  14-15
  1.3 实验相图的研究方法  15-16
  1.4 晶体结构的研究方法  16
  1.5 选题背景和研究内容  16-18
第二章 Pr-Sn-Zn三元系400℃等温截面  18-34
  2.1 前言  18-21
    2.1.1 Pr-Zn二元系  18-20
    2.1.2 Pr-Sn二元系  20
    2.1.3 Pr-Sn-Zn相关的三元化合物  20
    2.1.4 二元化合物晶体结构数据  20-21
  2.2 实验过程  21-22
  2.3 结果与讨论  22-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 Ce-Sn-Zn三元系400℃等温截面  34-53
  3.1 前言  34-37
    3.1.1 Ce-Zn二元系  35-36
    3.1.2 Ce-Sn二元系  36
    3.1.3 Sn-Zn二元系  36-37
    3.1.4 二元化合物晶体结构数据  37
  3.2 实验过程  37-38
  3.3 结果与讨论  38-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章微量稀土Ce对Sn-Zn-Al基无铅焊料性能的影响  53-62
  4.1 前言  53
  4.2 实验过程  53-54
    4.2.1 焊料的制备  53-54
    4.2.2 焊料熔点的测定  54
    4.2.3 润湿性能的测定  54
    4.2.4 焊料的X射线和SEM分析  54
  4.3 结果与讨论  54-61
    4.3.1 微量元素Ce对Sn-Zn-Al合金显微组织的影响  54-55
    4.3.2 微量稀土元素Ce对Sn-Zn-Al合金熔点的影响  55-57
    4.3.3 Ce的添加对Sn-Zn-Al焊料润湿性的影响  57-58
    4.3.4 稀土Ce对Sn-Zn-Al焊料/Cu界面反应的影响  58-61
  4.4 本章小结  61-62
参考文献  62-69
第五章总结与展望  69-71
  5.1 研究总结  69-70
  5.2 工作展望  70-71
致谢  71-72
攻读硕士期间发表论文情况  72

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