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AuGe12合金可以用作封裝材料，由于其共晶熔點(diǎn)溫度較低，使得整個釬焊過程可以在較低的溫度環(huán)境下完成，此外，其具有良好的耐腐蝕性、導(dǎo)電性以及抗拉強(qiáng)度，使其成為微電子器件封裝和半導(dǎo)體管芯釬焊的首選材料。

    鑄錠的凝固組織形態(tài)、致密度、成分偏析等對后續(xù)加工工藝及最終的制件品質(zhì)具有重要影響。傳統(tǒng)的鑄錠生產(chǎn)主要采用金屬型鑄造，其生產(chǎn)過程是非連續(xù)的，且凝固組織、成分及致密度在軸向和徑向上都是不均勻的，而且由于在錠頭和錠尾處存在縮孔及縮松等缺陷，需切頭去尾，降低了鑄錠的實(shí)際利用率。而連續(xù)鑄造不僅提高了生產(chǎn)效率，減少材料的消耗和浪費(fèi)，而且使材料的內(nèi)部冶金品質(zhì)得到極大改善。

    由于Ge的晶體點(diǎn)陣為金剛石結(jié)構(gòu)，AuGe12合金較脆，常規(guī)方法無法加工。水平連鑄AuGe12合金可以減少或者避免加工，直接連鑄成所需直徑，可降低損耗，節(jié)約人工，提高AuGe12合金品質(zhì)。本課題研究了連鑄過程中通入N2氣量對AuGe12合金的組織和偏析的影響，并對其進(jìn)行了分析。

1  試驗材料及方法

1.1試驗原料及設(shè)備

    試驗采用RVSIII型連鑄機(jī)；采用KGPS-50/4.0中頻爐進(jìn)行熔煉；采用SPM-S3400N掃描電鏡進(jìn)行組織觀察，N：采用99. 999%的高純無氧氮?dú)�，Au和Ge的純度都≥99. 99%。

1.2試驗操作流程

    以高純Au與高純Ge為原料，按配比稱量后用中頻爐預(yù)熔，混合均勻后澆注于金屬型中，獲得的AuGe12坯錠作為連鑄的原料，通過連鑄獲得直徑為4 mm的坯材，整個過程使用高純N2氣保護(hù)。從鑄坯的中段處截取試樣，使用鑲樣機(jī)鑲樣并打磨拋光試樣，采用SPM-S3400N型掃描電鏡對試樣進(jìn)行檢測。重點(diǎn)考察連鑄過程中通入不同N2氣量對AuGe12的組織及偏析的影響。

2  試驗結(jié)果與討論

2.1   AuGe12合金組織能譜分析

    表1為水平連鑄AuGe12合金的工藝參數(shù)。按照表1工藝條件，在未通N2的情況下對AuGe12合金進(jìn)行了連鑄，獲得的棒坯取樣后的電鏡照片見圖1，分別對淺色（區(qū)域3）、灰色（區(qū)域2）和黑色（區(qū)域1）進(jìn)行元素能譜分析。圖2為各個區(qū)域能譜分析圖。

    通過能譜分析可知，電鏡掃描圖區(qū)域1、2為Au與Ge的混溶部分，兩種元素的摩爾分?jǐn)?shù)比較接近，混溶效果明顯。區(qū)域3為富Au固溶體。

2.2  凝固結(jié)晶組織

    圖3是不同通N2量條件下AuGe12合金的SEM圖。從圖3a可以看到，未通N2時，存在較大的呈枝晶狀的富Au區(qū)，在富Au枝晶的間隙處Au與Ge混溶較好；當(dāng)通入N2為1 MPa時，相較未通N2時富Au的枝晶狀尺寸減小，Au與Ge混溶區(qū)擴(kuò)大。隨著通人N2氣量的增大，富Au的枝晶趨于消失，AuGe12合金互溶部分兩相組織分布均勻，呈細(xì)小的等軸晶粒狀，見圖3c和圖3d。由于石墨水冷銅模復(fù)合鑄型具有強(qiáng)大的冷卻能力，在鑄坯冷卻前沿提供了較大的溫度梯度和過冷度，延長晶粒析出時結(jié)晶潛熱釋放過程，破壞枝晶生長的條件。隨著通入N2氣量的增加，攪拌作用增強(qiáng)，使得熔融的AuGe12合金枝晶細(xì)化，枝晶間距變短，逐步演變?yōu)榈容S晶。

2.3成分偏析

    偏析對鑄件性能的危害明顯，由于成分的不均會造成組織上的差別，造成沖擊韌度及塑性降低，還會導(dǎo)致耐腐蝕性能的降低等。

    試驗先對水平連鑄AuGe12合金進(jìn)行無N2氣連鑄，而后逐步通入N2氣連鑄，考察通N2氣量對偏析程度的影響。對AuGe12合金試樣不同位置取樣，利用化學(xué)溶解方法將AuGe12合金中的Ge元素溶解。

    為獲得定量分析的結(jié)果，取η作為合金斷面上的局部偏析度．計算公式如下：

式中，C1為取樣點(diǎn)位置的溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；C2為液態(tài)金屬中該元素的濃度�？梢杂嬎愠鯝uGe12合金的成分偏析情況，見表2。

    由表2可以看到，當(dāng)不通N2氣時，Ge元素在合金內(nèi)的分布非常不均勻。隨著通入N2氣量的增加，Nz氣對熔池的保護(hù)以及攪拌作用逐漸明顯，合金試樣的偏析狀況明顯改善。當(dāng)通入N2氣量為3 MPa時，Ge元素在合金內(nèi)分布均勻，同心圓中心處偏析度在1%～2%范圍內(nèi)，偏析度很小�？梢钥吹�，連鑄過程中通入N2氣量的增加可以明顯改善AuGe12合金的偏析程度。

3  結(jié)  論

    (l)連鑄過程中隨著通入N2氣量的增加，攪拌作用增強(qiáng)，使得熔融的AuGe12合金凝固時枝晶細(xì)化，枝晶間距變短，逐步演變?yōu)榈容S晶。

    (2)連鑄過程中隨著通入N2氣量的增加可以明顯改善AuGe12合金的偏析程度。摘要采用水平連鑄制備了AuGe12合金，重點(diǎn)考察了鑄造過程中氮?dú)饬繉﹁T錠合金組織和偏析的影響。結(jié)果表明，連鑄過程中隨著氮?dú)馔ㄈ肓康脑黾�，攪拌作用增�?qiáng)，使得熔融的AuGe12合金晶枝細(xì)化，晶枝間距變短，逐步演變?yōu)榈容S晶。且隨著氮?dú)馔ㄈ肓康脑黾�，AuGel2合金的偏析程度明顯改善。

4、摘要

采用水平連鑄制備了AuGe12合金，重點(diǎn)考察了鑄造過程中氮?dú)饬繉﹁T錠合金組織和偏析的影響。結(jié)果表明，連鑄過程中隨著氮?dú)馔ㄈ肓康脑黾�，攪拌作用增�?qiáng)，使得熔融的AuGe12合金晶枝細(xì)化，晶枝間距變短，逐步演變?yōu)榈容S晶。且隨著氮?dú)馔ㄈ肓康脑黾樱珹uGel2合金的偏析程度明顯改善。