電磁場對Al-1％Si鋁合金凝固控制.pdf

1、Al-1％Si合金是一種重要的集成電路用合金材料，它主要用于電子封裝連接芯片與外部的鍵合線，集成電路硅襯底上的金屬化功能薄膜材料，將Al-1％Si合金均勻濺射到硅襯底上，然后刻出集成電路板上的導(dǎo)電線路。它的這些用途，決定了Al-1％Si合金鑄坯要具有很高的質(zhì)量，鑄坯凝固組織要細小均勻，鑄坯中溶質(zhì)Si元素的分布不能存在嚴重偏析問題。本文根據(jù)Al-1％Si合金的這些用途和要求，分別采用中頻電磁場和脈沖磁場的方法，以制備高質(zhì)量Al-1％Si合

2、金鑄坯為目的進行研究，主要內(nèi)容如下:
　　采用1000Hz，30.4kW中頻電磁場對連鑄過程中的高純Al-1％Si合金進行處理，利用電磁場產(chǎn)生的強烈電磁擾動作用細化和改善鑄坯的凝固組織。實驗結(jié)果表明，采用本實驗中的中頻電磁場可以明顯細化鑄坯的凝固組織，使鑄坯的凝固組織細小均勻化。普通連鑄鑄坯(DCC)與中頻電磁場處理軟接觸電磁連鑄鑄坯(EMCC)相比，其中的Al-Si共晶相由在粗大晶粒的晶界上聚集分布變?yōu)樵诩毿【Я５木Ы缂熬?nèi)呈細

3、小的顆粒狀和短棒狀彌散分布。晶粒的細化及Al-Si共晶相的分布特點使鑄坯綜合力學(xué)性能得到很大的提高，高純Al-1％Si合金DCC鑄坯標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的平均抗拉強度與EMCC鑄坯標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣相比，由64.1 MPa提高到106.3 MPa，抗拉強度提高約65.8％;標(biāo)準(zhǔn)試樣延伸率由21.2％提高至30.7％，延伸率提高約44.8％。中頻電磁場還可以有效抑制高純Al-1％Si合金鑄坯中溶質(zhì)Si元素的偏析程度，在宏觀偏析方面，使溶質(zhì)Si元素在整個

4、鑄坯內(nèi)比較均勻的分布;在微觀偏析方面，使共晶Si由在粗大晶界上聚集分布變?yōu)樵诩毿【Ы缂熬?nèi)均勻彌散分布，提高α-Al基體中溶質(zhì)Si元素的含量，使其在α-Al基體中的質(zhì)量百分數(shù)由DCC鑄坯中的約0.40％提高至EMCC鑄坯中的0.47％，溶質(zhì)Si元素的偏析程度得到抑制。
　　采用不同強度的脈沖磁場處理Al-1％Si合金熔體，利用脈沖磁場產(chǎn)生的周期性脈沖振蕩作用，促進合金熔體的溫度場和溶質(zhì)場趨于均勻化，使鑄型壁上游離出大量的晶核，增加

5、合金熔體凝固時的形核率，最終使鑄坯的凝固組織得到細化和改善。研究結(jié)果表明，在鑄坯幾何尺寸較小時，脈沖磁場的細化效果與所施加的脈沖勵磁電流大小有關(guān)，脈沖細化效果隨所施加的脈沖勵磁電流的增大呈現(xiàn)出先增強，后減弱，而后又增強的振蕩變化規(guī)律。同時，脈沖磁場對合金凝固組織中溶質(zhì)Si元素的偏析程度及共晶Si的形貌也有影響，施加脈沖磁場處理后，隨著所施加的脈沖勵磁電流的增加，合金中的共晶Si在晶界上的偏聚程度逐漸減弱，α-Al基體中溶質(zhì)Si的固溶度越