5. Kishino S.: Improved Techniques of Lattice Parameter Measurements Using Two X-Ray Beams, Advances in X-Ray Analysis, 16, 367, 1973, FVoc. of X X I Annual Conference on Applications of X-Ray Analysis, August 2, 4, 1972

6. Shah Jagdeep, Mi l ler B .1., DIGiovanni A .E.; Photoluminescence of A l Go. A s , Jap. J .App!. Phys., 43 , 8 , 3436, 1972 x i - x

7 . rHMej iB$apB ( I > . A . , r 0 B 0 p K 0 B A . B . j K y a o B K H H B . M . , l iHCTy j iB B . Z . : K a T o a o f l K M M H e c u e H -THaH npHCTSBHa K 3JieKTp0HH030Ha0B0My MHKpoaHajiHsaTopy. SaB.JIaO. 7 , 7 6 9 , 1 9 7 2

8. Bojarski Z . : Mikroanalizator rentgenowski, Wyd. Śląsk, 1971.

9. Jaźwiński 5 . , Piskorski M . i inni: Rozmieszczenie Al w warstwach Ga . Al As otrzymywanych metodą epitaksji z fazy ciekłej. Proce ITE, IV , 1, 1971 "

10. Philibert J . , Tixier R.: Electron Penetration and the Atomic Number Correction in Electron Probe Microanal-lysis, Brit. J. AppI. Phys., 1, 685, 1968

11 . Philibert J . : Aspects Quantitatifs de la Microanalyse ó Sonde Electronique, J.Microscopic, 6, 883, 196Z

12. Kaczyński Ł . , Bukowski J . : Sprawozdanie O N P M P Z - 1/ 197a

13. Linnik W . J . : Metoda najmniejszych kwadratów i teoria opracowywania informacji, P W N , Warszawa,1962.

14. Sadowski W. : Statystyka matematyczna, FWE, Warszawa, 1969

Kazimierz WOLSKI, Andrzej SIWIEC

ONPMP

Badania nad technologią, strulcturą i nielctórymi własnościami drutów z brązu srebrowego

Stosowane w elektrotechnice i elektronice materiały konstrukcyjne takie jak mosią-dze, a w szczególności brqzy, oparte w znacznej mierze na bazie miedzi z dodatkami innych składników stopowych / Z n , Sn, Be, Pb, Zr , Fe i Ti/, w wielu wypadkach powinny odznaczać się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i niską opornością właściwą.

Z szeregu tych stopów, które mają wysokie własności wytrzymałościowe można wymienić stopy C u - Be z niewielkimi dodatkami innych składników stopowych, takich jak C o czy N i [ l ,2 ,3 ] oraz stopy C u - Ti. Brązy berylowe C u - Be oraz brązy tytano-we C u - Ti [ 4 , 5 ] utwardzone dyspersyjnie, w połączeniu z przeróbką plastyczną /ciągnione do Z > 7 5 % / , po przesyceniu, a następnie starzeniu mają wytrzymałość na rozciąganie R ^ ^ 120 - 140 kG/mm^, twardość HV 0,la<400 kG/mm^ oraz wydłu-żenie A 2 0 — 1 % . Parametry te według badań przeprowadzonych przez Ciszewskiego i współpracowników są stabilne w czasie [6] i znacznie wyższe od stopów utwardzo-nych dyspersyjnie bez przeróbki plastycznej wykonanej pomiędzy przesycaniem a sta-rzeniem.

30

http://rcin.org.pl

Ciązary m/gone

W miarę rozwoju przemysłu wzrastają wymagania w stosunku do materiałów. Chodzi tu przede wszystkim nie tylko o wysokie własności mechaniczne, ale również o niską oporność elektryczną. Takimi materiałami są ogólnie znane brązy srebrowe /Cu - Ag/ , Stopy te na skalę przemysłową produkuje się w kraju zgodnie z normą BN/0824-02. Druty z tych stopów w stanie utwardzonym mają wytrzymałość około 35 kG/mm^,

co nie zadov/ala producentów nowoczesnych maszyn elektronicznych, a w szczególności producentów pamięci elektronicznych maszyn cyfrowych. Wobec czego w O N P M P przystąpiono do prac nad otrzymaniem materiałów spełniających wymagania odbiorców.

Takimi materiałami są stopy na bazie miedzi z dodatkiem srebra /do 8 % A g / i niewiel-kich ilości innych składników stopowych /Z r , Ti, Fe, M n , N i / . W O N P M P wykonano

szereg stopów, z których w pierwszej kolejności wymienić należy CuAg7 i CuAg5Zr 0,1. Technologia obróbki tych stopów jest podobna do technologii stosowanych w produkcji brązów berylowych [2] i brązów tytanowych [4].

Oprócz wymienionych stopów przedmiotem opracowania są i inne materiały /stopy C u ze zwiększoną zawartością Z r , M n , N i / , a wyniki tych badań zostaną przedsta-wione w następnych publikacjach.

Układ podwójny miedź - srebro /rys, 1/ jest układem z eutektyką roztworów stałych granicznych,

w którym znane są rozpuszczalności graniczne zarówno Cu jak i A g . Metale te /Cu , A g / krystalizują w tej samej sieci, a więc w ukła-dzie regularnym centrowanym ście-nnie RCS [7 ,10 j . Zgodnie z ukła-dem równowagi Cu - Ag brązy srebrowe mogą być poddawane utwardzaniu dyspersyjnemu. Prze-sycanie tych stopów przeprowadza-my z temperatur zbliżonych do 800°C w wodzie, a najwłaściwszą temperaturą starzenia jest tempera-tura 400°C, przy czym fazą utwar-dzającą jest roztwór stały miedzi w srebrze oC [8,9].

B A D A N I A W t A S N E

o 20 30

ino 'C HjOU

1 1 1 1 : 1 1 1 1 1 I

top

anf V

BOO s — 77 P' A

TOO

600

W

Mr / a a

3i ia

>f 1 » 1 TOO

600

W

/ TOO

600

W / i / 300

200

300

200 035®.

1

1 >9ęiM

I>sa0 40 JO 60 Ciężary atomohf

70 m 90 Cu

Rys. 1. Układ równowagi Cu - A g [ l ]

W O N P M P proces technologiczny stopów CuAgZ i CuAgSZr 0 ,1 ,a więc wytopy, kucie, młotkowanie, ciągnienie i obróbkę cieplną prowadzono według uprzednio opracowanej technologii. Technologia ta umożliwiła otrzymanie drutów o średnicy 100 ym, których parametry wytrzymałościowe / R ^ ' ^^VO,l,A2o/ znacznie przewyż-szały produkowany dotychczas w kraju drut z brązów srebrowych.

Proces topienia prowadzono w piecu indukcyjnym firmy Balcersa typu V S G - 1 0 , w próżni lO^Tr, w tyglu grafitowym o pojemności około 8 kg. Przygotowany uprzed-nio wsad w postaci rafinowanej miedzi beztlenowej M O O B i rafinowanego srebra A g O /oraz Zr w postaci proszku produkcji ZSRR - w przypadku stopu CuAgSZr 0 ,1/ podda-no topieniu, a następnie odlaniu do wlewnicy stalowej. Po skórowaniu i odcięciu

31

http://rcin.org.pl

jamy usadowej wlewki poddano kuciu swobodnemu na gorąco na młocie typu M S - 60, następnie młotkowaniu do j? 17 mm no młotkownicach RME-1 i RME-3 .

Wyżarzanie między operacyjne w procesie kucia i młotkowania wykonano w piecu komorowym PSK-1 w temperaturze 850°C w czasie 2 0 - 6 0 minut. Po młotkowaniu pręty ponownie skórowano oraz ciągniono do ^ 3 mm na ciągarce ławowej typu RIWJ-3. Dalsze ciągi do fH 100 jum wykonano na ciągarce bębnowej własnej konstrukcji. W y ż a -rzanie międzyoperacyjne /po zgniotach Z > 9 0 % w procesie ciągnienia/ wykonano w piecu próżniowym firmy SLEE, w próżni 10"^ Tr, lub w piecu własnej konstrukcji w próżni 10 T 10"^ Tr; stosowano tu temperaturę wygrzewania 640°C i czasy w grani-cach 30-90 minut.

Do analizy chemicznej pobrano próbki z góry, ze Środka i z dołu wlewka. Anal iza ta wykazała niewielkie odstępstwa od składu procentowego materiałów wsadowych.

Badania metalograficzne prowadzono w Pracowni Badań Przemian Fazowych Z - 1 O N P M P , na mikroskopie Neophot 2 przy powiększeniach 250 - 500x. Ptóbki do badań trawiono przy pomocy odczynnika o następującym składzie chemicznym: 1 g C r 0 3 oraz 100 ml H 2 O .

N a rys. 2 przedstawiona jest mikrostruktura stopu CuAg5ZrO,l po młotkowaniu do ^ 17 mm, na ryS. 3 po ciągnieniu z ^ 17 mm do ^ 5 mm oraz przesyceniu z temperatury 770°C, a na rys. 4 po ciągnieniu do 0 250 jam z uprzednim wyżarzeniem drutu /w tem-peraturze 640°C w czasie 40 minut przy fi 5 mm.

Badania wytrzymałościowe Rm i A20 wykonano na zrywarce niemieckiej firmy W P M , typu FM -30 . Pomiary wykonano na odcinku I = 200 mm trzykrotnie, a za wynik przyjęto Średnią atytmetyczną z pomiarów. Pomiaru mikrotwardoSci HV 0,1 dokonano za pomocą aparatu pomiarowego produkcji NRF , firmy Zwick /Pmax ~ kG/ . Dla każdej badanej próbki wykonano po kilkanaScie odcisków, a za wynik przyjęto Jednią arytmetyczną z pomiarów. Pomiaru opornoSci właSciwej dokonano przy użyciu mostka RLC na odcinkach drutów o długoSci 330 mm. Na każdej próbce wykonano kilkanaScie pomiarów, a Średnie arytmetyczne z tych pomiarów przedstawiono w tabeli oraz na wykresie/rys. 5/.

Technologia ciągnienia drutu w stanie przesyconym do zgniotów Z ^ 9 0 % umożliwia uzyskanie znacznie wyższych własnoSci mechanicznych niż po wyżarzaniu, a następnie ciągnieniu. Po takiej technologii drut miał wytrzymałoSć na rozciąganie R^ w grani-cach 1 1 0 - 1 2 0 kG/mm2, HV O, 1 340 kG/mm2 oraz A20 - WłasnoSci te znacznie obniżają się po wyżarzaniu drutów o Średnicy 100 jłm /w nociągu/ w temperaturach 280 - 42a C .

Obróbka cieplna tego drutu w końcowym etapie musi być prowadzona w takich warunkach czasowych i temperaturowych, aby uzyskać ctut prosty o optymalnych własnościach m e c h a n i c z n y c h .Wyniki tych badań dla drutu ze stopu CuAg7 i CuAg5Z rO , l o Średnicy 100 jom po wyżarzaniu w różnych temperaturach i stałym czasie wyża-rzania równym 5 minut przedstawione są w tabeli, a zależnoSć wytrzymałoSci na rozciąganie R^^, wydłużenia A20 • mikrotwardoSci HV 0,1 od temperatury wyżarzania przedstawiono na rys. 5.

N a podstawie wyników badań można stwierdzić, że w miarę wzrostu temperatury wyżarzania /po przesyceniu i ciągnieniu drutu/ własnoSci mechaniczne znacznie obniżają się. Wiadomo również, że w procesie takiej obróbki nakładają się dwa zja-wiska - proces starzenia i procesy aktywowane cieplnie. IVoces starzenia powoduje

32

http://rcin.org.pl

Rys. 4 . Mikrostruktura stopu CuAg5ZrO, l po ciągnieniu do j2i 250 ^m z uprzednim wy-żarzaniem drutu /w temperaturze 640 C w czasie 40 minut/ przy 0 5 mm, pow. 250x

http://rcin.org.pl

3a

3b

Stop

u C

uA

gSZ

rO,!

R

ys.

3.

Mik

rost

rukf

um

sto

pu C

uA

g5

ZrO

,1

po c

iągn

ien

iu z

^ 17

mm

do

mm

ora

z p

o m

łotk

owan

iu,

po

w.

250x

p

rze

syce

niu

z t

empe

ratu

ry

770°

C:

a -

po

w.

25

0x

, b

- p

ow

. 50

0x

http://rcin.org.pl

WY

NIK

I B

AD

AŃ

W

ŁA

SN

OJ

Cl

ME

CH

AN

ICZ

NY

CH

I

OP

OR

NO

ŚC

I D

IA

DR

UT

ÓW

O

3

RE

DN

ICY

100

jum

ZE

ST

OP

OW

C

uA

g7

!Cu

Ag

5Z

rO,1

P

O W

YŻ

AR

ZA

NIU

W

RO

ŻN

YC

H

TE

MP

ER

AT

UR

AC

H

I S

TA

ŁY

M C

ZA

SIE

f

=5

MIN

UT

Tab

ela

Tem

pera

tura

C

zas

wyż

arz

a-

Wyt

rzym

ałoś

ć no

M

ikro

twar

doS

ć W

ydłu

żen

ie

Op

orn

ość

w

łaic

iwa

wyż

arza

nia

ni

a fo

zciq

san

ie

10-7

J T

[°

Cj

trm

in

J R

„[k

G/

mm

2]

HV

0,1

[k

G/

mm

''j

[%]

ę[

am

.

10-7

J

Cu

Ag

7 C

uA

g5

ZrO

,l

Cu

Ag

7 p

uA

g5

ZrO

,1

Cu

Ag

7 :u

Ag5

ZrO

,1

Cu

Ag

7 C

uA

g5

ZrO

,l

28

0 5

10

1,5

8

9,0

31

7 2

85

0,9

0

,8

0,2

2 0

,22

30

0 5

96

,0

86

,5

317

281

0,9

0

,8

0,2

1 0

,22

310

5 9

2,5

7

9,5

31

5 2

85

0,9

0

,9

0,2

0 0

,22

340

5 8

4,5

7

5,0

31

7 28

0 1,

0 1,

0 0

,20

0,2

1 35

0 5

79

,0

74

,5

313

272

1,0

1,1

0,1

9 0

,22

37

0 5

69

,0

68

,5

29

6 26

3 1

,5

1,7

0,1

9 0

,21

40

0 5

63

,5

58

,5

268

248

2,8

2

,6

0,1

9 0

,21

42

0 5

54

,0

57

,0

224

23

5 5

,8

5,3

0

,19

0,2

0

co

co

http://rcin.org.pl

wzrost wfeisnoici mechanicznych, a procesy aktywowane cieplnie obniżają te własności, wynika więc z tego, że procesy aktywowane cieplnie biorą tu górę nad procesem starzenie.

5a 5b

Rys. 5. ZaleinoSć R̂ ^ [ kG/mm^] , A20 [% ] , HV 0,1 [kG/mm2Joraz oporności właSci-wej -ę f i i i -m* 10-7] od temperatury wyżarzania dla brązów srebrowych: a - CuAg7 , b - C u A g S Z r 0 ,1

W N I O S K I K O Ń C O W E

1. Porównując oba brązy CuAg7 o razCuAgSZr 0,1 należy stwierdzić, iż zarówno własności mechaniczne jak i oporność tych stopów mają podobne wartości /stop CuAgSZ r 0 ,1 wykazuje nieznacznie niższą wytrzymałość i mikrotwardość/.

2 . Brązy CuAg7 i CuAgSZr 0,1 pozwalają na stosowanie dużych zgn iotów/Z > 9 0 % / oraz rzadkich wyżarzeń między operacyjnych.

3 . Otrzymane z powyższych stopów druty o średnicy 100 )jm/wg technologii podanej w tekście artykułu mają dobre własności wytrzymałościowe, bardzo dobrą oporność właściwą oraz prostość.

4 . Dodatek cyrkonu w ilości 0 , 1 % w stopach CuAgSZr 0,1 nie zwiększa ich własności mechanicznych. W porównaniu ze stopem CuAg7 własrraści te są nawet niższe, zwła-szcza po wyżarzaniu w niskich temperaturach /patrz tabela/.

5. Zdaniem autorów produkowane w O N P M P druty z brązów srebrowych mogą spełnić warunki stawiane materiałom podłoża do cienkowarstwowych elementów pamięci E M C .

34

http://rcin.org.pl

LITERATURA

1 . Wesołowski K . : Metaloznawstwo t. I I I , WNT, Warszawa 1966.

2 . C i szewski B. i współpracownicy: Sprawozdanie W A T . Badania drutów z brązu berylowego /praca nie pub-l ikowana/. Warszawa 1970

3 . Wol sk i K . : Opracowanie technologii produkcji drutów ze stopu CuBe2Co 0 , 2 . Sprawozdanie O N P M P H - 1 9 7 0 , II i 111-1972 /praca nie publikowana/

4 . Wolsk i K . : Badania nad technologią, strukturą i niektórymi własnościami brązu tytanowego. Mater ia ły Elektroniczne 6, 1974

5. Beger A . , Friedrich E.: Neue Htłtte 16, 8 , 1971

6 . C i szewski B. i współpracownicy: Sprawozdanie W A T . Badanie struktury i własności f izycznych cy l indrycz-nych cienkich warstw mognetycznych oraz ich podłoża. Etap I, 1972 /praca nie publ ikowana/

7.Barreau G . , Brunei G . , Cizeron G . , Lacombe P.: Etude de la diffusion dans le système C u - A g : Hétérodi-ffusion et diffusion chimique. Influence de faibles teneurs en C r , Te, Ti et Z r , ajoutées au cuivre. Referat zgłoszony na Dn i Francuskiego Stowarzyszenia Metalurgicznego. Paryż, październik 1970

8. Patej T. i współpracownicy: Sprawozdanie W A T . Badanie struktury i własności f izycznych cyl indrycznych warstw magnetycznych oraz ich podłoża. Etap I I , 1973 /praca nie publikowana/

9 . Scharfenberger W . , Schutrumpf A . i Borchers H.: Diskontinuierliche Gefugereaktionen bei der Losegluhung von Kupfer - Silber -Legierungen. Metal l , 23, 11 . Monachium 1969

10.C i szewsk i B.: Fizyka kryształów. Defekty struktury krystalicznej 5, 11 . W A T , Warszawa 1973

Marła PAWŁOWSKA

ONPMP

Skaningowy mikroskop elektronowy jako narzędzie badań w teclinoiogii materiałów pomocniczych i elementów półprzewodnikowych

Rozwiązywanie wielu problemów nauki i techniki związane jest z koniecznok:ią badania i kontroli małych fragmentów lub całych systemów, składających się z małych zespołów. Skaningowy mikroskop elektronowy ¡est cennym narzędziem badań, ponieważ z dużą głębią osłroSci pozwala na wykonywanie takich obserwacji w szerokim zakresie powiększeń. W literaturze naukowej i technicznej istnieje wiele prac, zarówno prze-glądowych [ l ,2 ] - ogólnie omawiających zasadę pracy, budowę i wykorzystanie ska-ningowych mikroskopów elektronowych, jak i specjalistycznych [ 3 ,4 ,5 ,6 ,7 ] poświęco-nych wybranym zagadnieniom, w rozwiązaniu któr/ch mikroskop skaningowy odegrał ważną rolę. N a łomach Biuletynu Informacyjnego - Półprzev/odniki[s] opublikowany był artykuł E.Sadłowskiej o roli skaningowego mikroskopu elektronowego w dziedzinie bodań niezawodności elementów półprzewodnikowych. Podaje on przegląd literaturowy prac związanych z tym problemem, omawia również szczegółowo zasadę pracy mikros-kopu skaningowego i sposoby detekcji obrazów.

35

http://rcin.org.pl