Cu-Cr-Zr合金相图的热力学计算及实验研究

论文摘要

铜基合金由于其优异的导电性,主要被用作集成电路引线框架材料。随着近几年电子工业的高速发展,人们对引线框架铜材料的性能有了新的要求,一般认为其强度应大于600MPa,导电率大于80%IACS。Cu-Cr-Zr系合金以其大于590MPa的强度和大于80%IACS的导电率等优异性能在高强高导铜合金应用领域有着显著的优势,并被一致认为是最具有魅力的高强高导铜合金。提高Cu-Cr-Zr系合金高强高导性能的关键在于合金元素Cr、Zr的加入量的选择和热处理工艺的确定,以达到高温时合金元素能最大限度地固溶于Cu基固溶体中,而在室温时又能尽量多的从固溶体中析出的效果。而相图则是综合体现材料的化学成分、热处理制度和相析出关系的图形,它是新材料开发、合金成分设计、制备工艺选择的基本依据。本研究采用CALPHAD（Calculation of Phase Diagram）技术,选择和建立合适的热力学模型,在实验数据的基础上,通过优化和查阅已知的热力学参数,建立了比较准确和完备的Cu-Cr-Zr三元数据库,利用Thermo-calc软件,对Cu-Cr-Zr合金体系进行热力学参数优化和相平衡计算,根据相平衡关系,分析了合金在不同温度、不同成分下的析出相,并通过Thermo-calc软件的TCW窗口模拟了不同成分合金的凝固过程。为了验证模拟结果的正确性,将5个相同成分（Cu-0.3wt.%Cr-0.1wt.%Zr）的试样分别在（1000℃、970℃、960℃、855℃、845℃）,保温90min处理,并对试样做了X射线衍射分析,实验结果与模拟结果吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相图计算的发展历史和研究现状
• 1.2.1 相图计算的发展历史
• 1.2.2 相图计算的研究现状
• 1.3 相图计算软件概况
• 1.4 Thermo-calc相图软件介绍
• 1.4.1 Thermo-calc软件各模块的功能及关系
• 1.4.2 Thermo-calc 数据库
• 1.5 Cu-Cr-Zr系合金的Thermo-calc研究概况
• 1.6 本文主要的研究内容
• 第2章 Cu-Cr-Zr合金数据库的建立
• 2.1 Cu-Cr-Zr相图热力学计算的理论基础
• 2.2 热力学模型
• 2.2.1 理想溶液模型（Ideal Solution Model）
• 2.2.2 正规溶液模型（Regular Solution Model）
• 2.2.3 亚正规溶液模型（Subregular Solution Model）
• 2.2.4 亚晶格模型（Sublattice Model）
• 2.2.5 化合物能模型（Compound-energy Model）
• 2.3 Cu-Cr-Zr数据库的建立
• 2.3.1 Cu-Cr数据库的建立
• 2.3.2 Cu-Zr数据库的建立
• 2.3.3 Cr-Zr数据库的建立
• 2Zr相自由能表达式的建立'>2.3.3.1 α-Cr₂Zr相自由能表达式的建立
• 2Zr相自由能表达式的建立'>2.3.3.2 β-Cr₂Zr相自由能表达式的建立
• 2Zr相自由能表达式的建立'>2.3.3.3 γ-Cr₂Zr相自由能表达式的建立
• 2.3.4 Cr-Cr-Zr数据库的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 Cu-Cr-Zr合金相图的计算及实验验证
• 3.1 Cu-Cr合金相图的计算
• 3.2 Cu-Zr合金相图的计算
• 3.3 Cr-Zr合金相图的计算
• 3.4 Cu-Cr-Zr三元系相图的计算
• 3.4.1 Cu-Cr-Zr三元系富铜区垂直截面图
• 3.4.2 Cu-Cr-Zr三元系等温截面图及富铜角截面图
• 3.5 Cu-Cr-Zr系合金成分设计
• 3.6 Cu-Cr-Zr系合金凝固过程的热力学模拟
• 3.7 Cu-Cr-Zr系合金相图热力学模拟的实验验证
• 3.7.1 合金成分选择
• 3.7.2 实验方案
• 3.7.3 实验结果
• 3.8 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢