关键词：
高纯Al-1%Si合金
中频电磁场
脉冲磁场
力学性能
溶质偏析
摘要：
Al-1%Si合金是一种重要的集成电路用合金材料,它主要用于电子封装连接芯片与外部的键合线,集成电路硅衬底上的金属化功能薄膜材料,将Al-1%Si合金均匀溅射到硅衬底上,然后刻出集成电路板上的导电线路。它的这些用途,决定了Al-1％Si合金铸坯要具有很高的质量,铸坯凝固组织要细小均匀,铸坯中溶质Si元素的分布不能存在严重偏析问题。本文根据Al-1%Si合金的这些用途和要求,分别采用中频电磁场和脉冲磁场的方法,以制备高质量A1-1%Si合金铸坯为目的进行研究,主要内容如下：
采用1000Hz,30.4kW中频电磁场对连铸过程中的高纯A1-1%Si合金进行处理,利用电磁场产生的强烈电磁扰动作用细化和改善铸坯的凝固组织。实验结果表明,采用本实验中的中频电磁场可以明显细化铸坯的凝固组织,使铸坯的凝固组织细小均匀化。普通连铸铸坯(DCC)与中频电磁场处理软接触电磁连铸铸坯(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变为在细小晶粒的晶界及晶内呈细小的颗粒状和短棒状弥散分布。晶粒的细化及Al-Si共晶相的分布特点使铸坯综合力学性能得到很大的提高,高纯Al-1%Si合金DCC铸坯标准拉伸试样的平均抗拉强度与EMCC铸坯标准拉伸试样相比,由64.1MPa提高到106.3MPa,抗拉强度提高约65.8%;标准试样延伸率由21.2%提高至30.7%,延伸率提高约44.8%。中频电磁场还可以有效抑制高纯Al-1%Si合金铸坯中溶质Si元素的偏析程度,在宏观偏析方面,使溶质Si元素在整个铸坯内比较均匀的分布;在微观偏析方面,使共晶Si由在粗大晶界上聚集分布变为在细小晶界及晶内均匀弥散分布,提高α-A1基体中溶质Si元素的含量,使其在α-A1基体中的质量百分数由DCC铸坯中的约0.40%提高至EMCC铸坯中的0.47%,溶质Si元素的偏析程度得到抑制。
采用不同强度的脉冲磁场处理Al-1%Si合金熔体,利用脉冲磁场产生的周期性脉冲振荡作用,促进合金熔体的温度场和溶质场趋于均匀化,使铸型壁上游离出大量的晶核,增加合金熔体凝固时的形核率,最终使铸坯的凝固组织得到细化和改善。研究结果表明,在铸坯几何尺寸较小时,脉冲磁场的细化效果与所施加的脉冲励磁电流大小有关,脉冲细化效果随所施加的脉冲励磁电流的增大呈现出先增强,后减弱,而后又增强的振荡变化规律。同时,脉冲磁场对合金凝固组织中溶质Si元素的偏析程度及共晶Si的形貌也有影响,施加脉冲磁场处理后,随着所施加的脉冲励磁电流的增加,合金中的共晶Si在晶界上的偏聚程度逐渐减弱,α-AI基体中溶质Si的固溶度越来越高,共晶Si的形貌也逐渐由细长的条状变为细小的块状。
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