PDF《功率超声对 ！＂#$% 合金凝固过程中 溶质偏析的抑制效应 ！》

功率超声对 !"#$% 合金凝固过程中 溶质偏析的抑制效应! 高学鹏!) ") 李新涛") 郄喜望") 吴亚萍") 李喜孟") 李廷举!) # !) (大连理工大学三束材料改性国家重点实验室及材料科学与工程学院, 大连 !!$%"&) ") (大连理工大学原材料特种制备重点实验室, 大连 !!$%"&) ("%%$ 年'月!! 日收到;

"%%$ 年$月"" 日收到修改稿) 研究了功率超声作用下, 直径为 合金键合线水平连铸坯的微观组织形貌以及溶质元素在基体 中的分布情况/实验结果表明: 在功率超声作用下, 铸坯的凝固组织得到了细化, -.

元素在! ()*) 基体中的固溶度及 其分布的均匀性得到了提高, 溶质偏析得到了抑制/ 从功率超声对)*+!,-.合金凝固过程中的溶质扩散, 结晶温度 间隔, 液穴形态, 温度场和流动场以及合金微观组织形貌的影响出发, 尝试性地对功率超声抑制溶质元素微观偏析 的机理进行探讨性的解释和说明/ 关键词:功率超声,水平连铸,合金,溶质偏析 &!'':0!1%2,$&3',&11' !国家自然科学基金 (批准号: '%&3&%'') 资助的课题/ # 通讯联系人/ 4+(5.*: 678*.9:*86/ ;

:8/ 引言键合线是构成集成电路封装外壳的重要组成部 分, 是把集成电路芯片和框架连接起来的桥梁/随着 电子事业的飞速发展, 对集成电路键合线的质量提 出了更高的要求, 超细、 超长的键合线需求量迅速增 长/合金具有密度小, 价格便宜等优点, 是 生产集成电路键合线的重要原材料 [!―1] / 采用常规 工艺制备的铸坯, 表面粗糙, 凝固组织粗大, 且偏析 现象严重, 在拉拔时经常发生断裂现象, 这已成为制 约键合线生产的技术瓶颈/近年来, 在金属的凝固过 程中施加超声振动 [&―0] 来改善合金质量的研究较 多, 通过功率超声在液体中的声空化、 声流等效应, 提高金属的形核率与流动性, 溶质偏析得到了有效 抑制/ 4?@.= [3] 等人在连续铸造过程中, 用超声波处 理)!+-. 合金, 取得了良好的效果, 尤其是当变质处 理和超声处理联合作用时, 对-. 相的细化作用更为 显著/ 最近, 李新涛 [0] 等人将功率超声成功应用于 )*+!,-. 合金键合线铸坯水平连续铸造过程中, 细 化了合金的凝固组织, 改善了铸坯的表面质量, 抑制 了溶质元素的微观偏析, 为键合线的制备工艺开辟了 新的领域/但是, 受各方面条件的制约, 对于功率超声 的抑制机理方面的报道尚不多见/本文在大量研究工 作的基础上 [0] , 通过考察功率超声对)*+!,-.合金凝 固过程中的溶质扩散, 结晶温度间隔, 液穴形态, 温 度场和流动场以及合金微观组织形貌的影响规律, 尝试性地对功率超声抑制溶质元素微观偏析的机理 进行探讨性的解释和说明/ "> 实验方法及材料 实验装置如图 ! 所示, 由超声波发生装置、 保温 炉、 结晶器、 冷却系统及牵引系统组成/ 电阻保温炉 尺寸为 0% (( A !%% (( A !"% ((/结晶器由 &' 号钢 外套和石墨模具组成, 石墨模具内径为 !% ((/ 超声 波换能器频率为 "">1 @BC, 功率在 %―!%%% D 之间 连续可调/波导杆采用不锈钢材质制作, 为防止污染 金属液, 表面涂镀 " ! ( 厚的 E.F 膜, 由保温炉顶部 导入金属液/在二冷区采用喷水的方法冷却, 冷却水 直接喷在铸坯上/ 实验所用材料采用纯 )* 和)*+-. 中间合金按一 定比例配制而成, 在工频电阻炉内熔化至 3$%G浇注 到保温炉内保温 "% (.=, 当温度降为 3"%G时开始拉 坯, 同时施加功率超声, 初始拉坯速度为 $% ((H(.=, 稳定后缓慢提高为 !%% ((H(.=, 冷却水量为 &% IHJ/ 第'$ 卷第"期"%%3 年"月!%%%+1"K%H"%%3H'$ (%") H!!00+%3 物理学报)LE) MBN-OL) -OFOL) PQ*/'$, FQ/", R;