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Au/Zr/Ti/C体系的热力学计算

作　者: 李志华
导　师: 金展鹏
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 金刚石薄膜 热力学计算 相形成 金属化工艺 三元系 三元相图 二元相图 界面迁移 热力学研究 薄膜器件
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要


金刚石因为其优良的性能而在散热及电子领域具有广阔的应用前景。为了使金刚石薄膜器件性能得到进一步改善,可以使用相图技术对金刚石的金属化工艺进行科学的指导,并对器件使用过程中各相组成变化、中间相形成和消长、界面迁移等组织结构的演变进行模拟和预测,为开发性能稳定可靠的金刚石薄膜器件和选择合理工艺条件提供重要依据。本文针对多种金刚石薄膜的金属化体系进行了热力学研究: 1.采用CALPHAD技术,运用Thermo-Calc软件包重新优化和计算了Au-Zr二元系。由于采用了更合理的热力学模型,使ZrAu相和端际固溶体与实验数据的拟合非常理想,优化结果比以前计算相图的结果有很大的提高。 2.基于所优化的Au-Zr二元相图和评估的Au-Ti,Zr-C,Au-C和Zr-Ti二元相图,进一步构建和计算了Au-Zr-C和Au-Ti-Zr三元系数据库,并计算了C在Au-Zr和Au-Ti系统中的活度的变化图。 3.通过C与Au-Ti合金的扩散偶实验,结合Au-Ti-C三元相图,总结了Au-Ti-C三元系在高温条件下各相组成变化、中间相形成和消长规律。 4.运用Au-Sn-Ni和Au-Sn-Cr三元相图预测了Ni和Cr作为金刚石热沉金属化体系Ti/Ni/SnAu和Ti/Cr/SnAu的阻挡层的可行性。预测结果与文献报道的结果完全一致。

全文目录


第一章 文献综述  7-25
  1.引言  7
  2.金刚石及其薄膜的形成  7-11
    2.1.碳的同素异构体  7-9
    2.2.金刚石的特性  9
    2.3.金刚石薄膜的制备及其金属化  9-11
  3.相图及相图计算概述  11-13
    3.1.相图及其应用  11
    3.2.相图计算的原理-Gibbs法则  11-12
    3.3.相图计算的产生与现状  12
    3.4.CALPHAD简介  12-13
  4.相图计算方法  13-23
    4.1.实验数据的评估  15
    4.2.热力学模型的选择  15-21
      4.2.1.晶格稳定性  15-16
      4.2.2.多元相Gibbs自由能的表达式  16-21
      4.2.3.特殊性质的处理  21
    4.3.相互作用参数的选择和优化  21-22
    4.4.相平衡的计算方法  22-23
  参考文献  23-25
第二章 Au-Zr二元系的热力学计算  25-34
  1.引言  25
  2.实验数据的评估  25-27
    2.1.实验相图  25-27
    2.2.热力学数据  27
  3.热力学模型  27-28
    3.1.纯组元  27
    3.2.αZr、βZr、Au(fcc)和液相  27
    3.3.化学计量比化合物  27-28
    3.4.ZrAu相  28
  4.结果与讨论  28-32
    4.1.相图  30-31
    4.2.热力学结果  31-32
    4.3.与Xuping Su等优化结果的比较  32
  5.结论  32-33
  参考文献  33-34
第三章 Au-Zr-C三元系的热力学计算  34-45
  1.引言  34
  2.边际二元系  34-37
    2.1.Au-Zr二元系  34
    2.2.Au-C二元系  34-36
    2.3.Zr-C二元系  36-37
    2.4.Au-Zr-C三元系  37
  3.热力学模型  37-38
    3.1.液相  37
    3.2.固溶体相  37-38
  4.计算与讨论  38-44
  参考文献  44-45
第四章 Au-Zr-Ti三元系的热力学计算  45-56
  1.引言  45
  2.边际二元系  45-50
    2.1.Au-Zr二元系  45
    2.2.Au-Ti二元系  45-49
    2.3.Zr-Ti二元系  49-50
  3.热力学模型  50-51
    3.1.溶体相  50
    3.2.(TiZr)_3Au和(TiZr)Au_2相  50
    3.3.(TiZr)Au  50-51
  4.计算与讨论  51-54
  参考文献  54-56
第五章 相图在界面扩散中的应用  56-67
  1.引言  56
  2.C在Au-Ti合金中的扩散  56-62
    2.1.实验方法和步骤  56-57
    2.2.实验结果的预测  57-58
    2.3.实验结果  58-59
    2.4.讨论  59-62
  3.金刚石热沉金属化体系的扩散  62-64
    3.1.金刚石热沉体系简述  62
    3.2.Au-Sn-Ni三元系  62-64
    3.3.Au-Sn-Cr三元系  64
  4.结论  64-66
  参考文献  66-67
总结  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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