半导体光电子材料与器件之Helios课件-2-4材料显微组织观察和分析.ppt

金属显微组织观察和分析 材料名称：工业纯铝 99.7%Al处理过程：5mm金属模(室温)700℃浇注 随模冷却 各部分形成过程： 表层细晶区：由于强烈过冷和型壁处的非均匀形核而形成的细小的方向杂乱的等轴晶粒；很薄，已被机械加工去掉。 柱状晶区：由于过冷度变小，出现一次轴垂直于型壁（散热最快的方向）的晶体优先生长，从而形成铸造织构或结晶织构。 中心等轴晶区：形成机制有不同观点，大致可认为由于溶液对流将表层细晶带入中心区域而成为等轴晶的晶核等。 铸锭中上部最后凝固，形成粗大等轴晶。 缩孔：由于金属在凝固时发生体积收缩，使铸锭内形成收缩孔洞。缩孔可分为集中缩孔和分散缩孔两类，分散缩孔又称为疏松。 影响因素 定向散热：定向散热越快，越有利于柱状晶的形成。 有效形核剂：加入有效形核剂有利于中心等轴晶的形成，且使晶粒细化。 搅动：搅动有利于中心等轴晶的形成，且使晶粒细化。 浇注温度：浇注温度越高，由于溶液对流而进入中心区域的晶核被熔化，因而中心等轴晶不容易形成，相应地，柱状晶发达。 反应扩散 当某种元素通过扩散，自金属表面向内部渗透时，若该扩散元素的含量超过基体金属的溶解度，则随着扩散的进行，会在金属表层形成中间相（也可能是另一种固溶体），这种通过扩散形成新相的现象称为反应扩散或相变扩散。 以Cu/Cu-Al扩散偶为例，对该现象进行观察 反应层可分为β’化合物层和α固溶体层。 随保温时间的延长，反应层变厚。 保温时间相同时，保温温度较高的反应层厚度加大，主要因为： 温度升高，扩散加快； 温度升高，β相区变宽，形成β’的浓度范围变宽. 匀晶相图（Ni－Cu合金） 共晶相图（Pb－Sb合金） 包晶相图（ Sn － Sb合金） Cu-30%Ni的室温组织（匀晶转变） 树枝晶 形成机理：由于凝固时选择结晶，晶体前沿液体中出现成分过冷，形成负的温度梯度，再加上冷速较快，溶质原子来不及充分扩散。 对性能的影响：对铸造高温合金有益，能够提高高温强度；对一般的塑性变形合金锻压时，会增加形变阻力。 消除方法：可用扩散退火的方法减小或消除，使溶质原子充分扩散。 Pb-Sb室温组织(8wt.%Sb;13wt.%Sb;30wt.%Sb) Sn-Sb室温组织（12wt.%;20wt.%） Fe-C相图及室温平衡组织 材料名称：8Sb-92Pb处理过程：铸态金相组织： α+(α+β)共晶 材料名称：13Sb-87Pb处理过程：铸态 慢冷金相组织： (α+β)共晶 材料名称：30Sb-70Pb处理过程：铸态 慢冷金相组织：β+(α+β)共晶 材料名称：12Sb-88Sn处理过程：铸态金相组织： (β-Sn )+β′Ⅱ+β′Ⅰ(少量) + (β-Sn) Ⅱ(少量) 材料名称：20Sb-80Sn处理过程：铸态金相组织： (β-Sn)+ β′＋ β′Ⅱ+β-Sn Ⅱ(少量) * * 1.浇注和凝固条件对铝锭组织影响 处理过程：15mm金属模(室温)700℃浇注 随模冷却注：模厚增加，定向散热加快，柱状晶较发达。 处理过程：15mm金属模(室温)900℃浇注 随模冷却注：浇注温度升高，等轴晶形成困难，柱状晶发达。 处理过程：15mm金属模(室温)700℃浇注后搅拌注：搅拌使定向散热减弱，并增加非均匀形核的程度，有利于中心等轴晶的形成，并细化晶粒。 处理过程：15mm金属模(室温)加A2O3700℃浇注随模冷却注：加入有效形核剂，非均匀形核增加，有利于中心等轴晶的形成，并使晶粒细化。 处理过程：15mm金属模(室温)700℃浇注 模底水冷 注：定向散热有利于柱状晶的形成 处理过程：15mm砂模(室温)700℃浇注 随模冷却注：定向散热差，不利于柱状晶的形成，全部为较为粗大的中心等轴晶。 2.固体金属中的扩散 材料名称：Cu-12%Al/Cu处理过程：800 ℃保温0.5小时水冷浸蚀剂 ：8%CuCl2氨水溶液 材料名称：Cu-12%Al-Cu处理过程：800 ℃保温1小时水冷侵 蚀 剂 ：8%CuCl2氨水溶液 材料名称：Cu-12%Al-Cu处理过程：800 ℃保温2小时水冷侵 蚀 剂 ：8%CuCl2氨水溶液 材料名称：Cu-12%Al-Cu处理过程：900 ℃保温0.25小时侵 蚀 剂 ：8%CuCl2氨水溶液 材料名称：Cu-12%Al-Cu处理过程：900 ℃保温1小时侵 蚀 剂 ：8%CuCl2氨水溶液 材料名称：Cu-12%Al-Cu处理过程：900 ℃保温2小时侵 蚀 剂 ：8%CuCl2氨水溶液 3.二元合金显微组织分析 材料名称：30Ni-70Cu处理过程：铸态金相组织：树枝状偏析的单相固溶体 材料名称：30Ni-70Cu处理过程：铸态 900℃退火金相组织