Wpływ modyfikacji powierzchni tlenku glinu na zwilżalność i wytrzymałość połączenia w układzie Cu/AL203

• Autorzy: Książek M. , Sobczak N. , Mikułowski B. , Radziwiłł W. , Wójcik M.

Warianty tytułu

EN

Influence of surface modification of alumina substrates on wetting - bond strength relationship in Cu/Al2O3 system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono badania wpływu cienkiej warstwy Ti o grubości 800 nm, naniesionej na podłoże z tlenku glinu (metodą PVD) na zwilżalność i własności mechaniczne połączenia w układzie Cu/Al2O3. Metodą kropli leżącej przeprowadzono badania porównawcze kinetyki zwilżania podłoża z pokryciem i bez pokrycia przez ciekłą Cu (99,99%) w temperaturze 1373 K i 1423 K, w warunkach próżni dynamicznej rzędu 0,2 mPa. Badania oddziaływania w układzie Cu/Ti/Al2O3 wykazały, że modyfikacja powierzchni podłoża tlenku glinu tytanem polepsza zwilżalność w układzie Cu/Al2O3. Pomiar wytrzymałości połączenia przeprowadzono metodą ścinania próbek po badaniach zwilżalności, wykorzystując własną metodykę. Wyniki próby ścinania wykazały, że istnieje wyraźna zależność wytrzymałości na ścinanie od temperatury i kąta zwilżania tylko w układzie miedź-pokrycie-tlenek glinu, tj. niższej wartości kąta zwilżania odpowiada wyższa wartość wytrzymałości na ścinanie. Badania strukturalne w układzie Cu/Ti/Al2O3 wykonane metodą mikroskopii optycznej oraz skaningowej wykazały rozpuszczanie pokrycia Ti w Cu i formowanie struktury granicy rozdziału, odpowiadającej wyższej wytrzymałości na ścinanie w porównaniu do układu typu Cu/Al2O3. Przeprowadzone badania oddziaływania tlenku glinu z nałożoną warstwą tytanu z ciekłą Cu w powiązaniu z pomiarem wytrzymałości połączenia pozwoliły na ustalenie optymalnych parametrów dla procesu wytwarzania połączeń metal-ceramika o żądanej strukturze i własnościach mechanicznych.

EN

The subject of the work was to study the effect of Ti thin film on alumina substrates on wetting and bond strength properties in Cu/Al2O3 couples. Applying the sessile drop method, the wetting behaviour of molten Cu (99,99%) on coated and uncoated alumina substrates was studied at 1373 K and 1423 K under a vacuum of 0.2 mPa. The sessile drop samples were used to examine the interface structure and shear strength. The Ti layer of 800 nm thickness improves the wetting properties in Cu/Al2O3 and for all couples the temperature increase results in lower values of contact angle. The shear test demonstrates different wetting-bond strength relationship for coated and uncoated couples. Contrary to Cu/Ti/Al2O3, in Cu/Al2O3 couples higher shear strength was noted for higher contact angle, corresponding to lower temperature of wettability test. The structure characterisation of interfaces by means of optical microscopy and electron microscopy equipped with spectrometric system for microanalysis of chemical composition suggests that positive effect of Ti layer on the improvement of both wetting and bond strength properties in Cu/Al2O3 system results from a favourable change of structure and chemistry of the interface.

Słowa kluczowe

PL

zwilżalność; połączenie metal-ceramika; granica międzyfazowa; wytrzymałość połączenia metal-ceramika

EN

wettability; metal-ceramic joining; interface; interfacial shear strength

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Odlewnictwo - Nauka i Praktyka
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 5, nr 1
• Strony: 4--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Książek M.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Sobczak N.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Mikułowski B.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

autor

Radziwiłł W.

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

autor

Wójcik M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

• Instytut Odlewnictwa, Kraków

Bibliografia

• 1. Burgess I.F., Neugebauer c.A., Flangan G., Moore R.E.: "The direct bonding of metais to ceramics and application in electronics", Electrocomponent Science and Technology, vol. 2, 1976, pp. 233-240.
• 2. Nicholas M.G., Materials Science Forum, 29 (1988), p.127.
• 3. Froumin N., Eisenstein M., Polak M., Scripta Materialia, Vol. 41, No 11 (1), p. 1205.
• 4. Tressler R: .Powierchnosti rozdieła w mietaIliczeskich kompozitach" (red. A. G. Metcalfe), Mir, Moskva, 1978.
• 5. Nicholas M.G., Valentine T.M., Waile M.J., Journal of Materials Science, 15 (1980), p. 2197.
• 6. Kritsalis P, Coudurier L., Eustathopoulos N., Journal of Materials Science, 26 (1991), p. 3400.
• 7. Eustathopoulos N., Drevet B., Journal de Physique III France 4 (1994), p. 1865.
• 8. Sobczak N., Książek M., Stobierski L.: Stabilność i reaktywność azotków w kontakcie z ciekłymi metalami i stopami - Projekt badawczy nr 7T08B04112.
• 9. PN-86/H-04321 Metale. Próba ścinania.
• 10. Beraud c., Courbiere M., Esnout c., Juve D., Treheux D., Journal of Materials Science, 24 (1989), p. 4545.
• 11. Chidambaram PR, Meier A., Edwards G.R, Materials Science and Engineering A206 (1996), p. 249.
• 12. Chatain D., Coudurier L., Eustathopoulos N., Review of Applied Physics 23 (1988), p. 1055.
• 13. Książek M., Sobczak N., Mikułowski B., Radziwiłł w., Surowiak I.: Wetting-bond strength relationship in AJ/AJ203 system - Proceedings International Conference HIGH TEMPERATURE CAPILLARITY, Kurashiki, Japan, 2001, p. 14.
• 14. Sobczak N., Książek M., Radziwiłł w., Stobierski L., Mikulowski B., Wetting-bond strength relationship in AJAIN system - Proc. Int. Conf. HIGH TEMPERATURE CAPILLARTTY, Kurashiki, Japan, 2001, p. 90. Nicholas M.G., Peteves S.D., Scripta Metallurgica et Materialia Vol. 31 No 8 (1994), p. 1091
• 15. Nicholas M. G., Peteves S. D., Scripta Metallurgica et Materialia. Vol. 31, no 8 (1994), p.1091.