Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 与Cu钎焊工艺与连接机制研究

发布时间：2022-12-08 04:05

　　Bi₂Te₃基热电材料,在室温附近拥有着最高的热电优值,热电性能最佳,研究最广,应用最为成熟。为了实际应用需求,要将热电材料与电极连接组成热电器件,热电器件的热电转换效率受到热电材料本身以及接头连接质量的共同影响。本课题主要研究了Bi_0.5Sb_1.5Te₃与Cu电极的钎焊工艺及连接机制。本文采用SnBi钎料,实现了Bi_0.5Sb_1.5Te₃与Cu的连接,钎焊接头典型界面结构为Bi_0.5Sb_1.5Te₃/SnTe+SnSb/β-Sn+Bi-Rich/Cu₆Sn₅/Cu₃Sn/Cu。研究了界面组织和接头力学性能随工艺参数的变化规律。随着钎焊温度的提高以及保温时间的延长,接头抗剪强度呈现先上升后下降的趋势。在钎焊温度180℃,保温时间3min时,接头的最大强度为7MPa。接头的断裂位置为B... 

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 碲化铋热电材料连接现状
        1.2.1 碲化铋热电材料简介
        1.2.2 碲化铋热电材料连接现状
    1.3 增强体复合Sn基钎料现状
    1.4 石墨烯研究现状
        1.4.1 石墨烯简介
        1.4.2 石墨烯在钎焊中的研究现状
    1.5 本课题的研究内容
第2章 试验材料、设备及方法
    2.1 试验材料
    2.2 试验设备
        2.2.1 钎焊连接设备
        2.2.2 电镀设备
        2.2.3 蒸镀设备
        2.2.4 钎料熔炼设备
        2.2.5 接触电阻测试设备
    2.3 试验过程
        2.3.1 钎焊工艺流程
        2.3.2 电镀工艺流程
        2.3.3 蒸镀工艺流程
    2.4 界面组织分析及性能测试
        2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)分析
        2.4.2 X射线衍射(XRD)分析
        2.4.3 力学性能测试
第3章 Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3与Cu的钎焊连接
    3.1 引言
    3.2 SnBi钎料连接Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3与Cu的典型界面组织
    3.3 钎焊工艺参数对于钎焊接头的影响
        3.3.1 钎焊温度对界面结构组织的影响
        3.3.2 保温时间对界面结构组织的影响
    3.4 工艺参数对接头力学性能影响
        3.4.1 钎焊连接参数对接头力学性能的影响
        3.4.2 接头断裂形式分析
    3.5 Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/SnBi/Cu服役模拟
    3.6 Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/SnBi/Cu钎焊接头形成机制
    3.7 本章小结
第4章 Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3 表面阻隔层设计及与Cu的连接
    4.1 引言
    4.2 Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3 的表面镀膜钎焊连接
        4.2.1 Ni镀层的制备方式选择
        4.2.2 电镀时间对于接头界面形貌及力学性能的影响
        4.2.3 制备Ni镀层的接头典型界面组织
    4.3 钎焊工艺参数对Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/Ni与 Cu接头的影响
        4.3.1 钎焊温度对于接头界面的影响
        4.3.2 保温时间对于接头界面的影响
    4.4 接头力学性能
        4.4.1 工艺参数对接头力学性能的影响
        4.4.2 接头断裂形式
    4.5 金属Ni镀层的服役模拟
        4.5.1 时效过程中接头界面的组织变化
        4.5.2 时效过程中接头力学性能的变化
        4.5.3 Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/Ni/SnBi/Cu钎焊接头形成机制
    4.6 复合镀层的设计及服役模拟
        4.6.1 Ni/Ti/Ni复合镀层的典型界面组织
        4.6.2 Ni/Ti/Ni复合镀层的服役模拟
        4.6.3 Ni/Ti/Ni复合镀层的力学性能
        4.6.4 Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/Ni/Ti/Ni钎焊接头形成机制
    4.7 本章小结
第5章 接头电性能测试及石墨烯复合钎料设计
    5.1 引言
    5.2 接触电阻测试
        5.2.1 接触电阻测试原理
        5.2.2 接头接触电阻测试结果
    5.3 石墨烯复合钎料制备及性能
        5.3.1 石墨烯复合SnBi钎料
        5.3.2 石墨烯增强SnBi钎料典型界面组织分析
        5.3.3 复合钎料接头接触电阻测试
    5.4 复合钎料降低电阻机制
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]热电材料中的晶格热导率[J]. 沈家骏,方腾,傅铁铮,忻佳展,赵新兵,朱铁军.  无机材料学报. 2019(03)
[2]世界能源转型与发展——低碳时代下的全球趋势与中国特色[J]. 罗佐县,许萍,邓程程,杨宁,王殿铭.  石油石化绿色低碳. 2019(01)
[3]石墨烯应用研究进展[J]. 张文毓,全识俊.  传感器世界. 2011(05)
[4]热电制冷技术的研究进展与评述[J]. 胡韩莹,朱冬生.  制冷学报. 2008(05)
[5]热电材料热压烧结技术研究[J]. 李瑜煜,张仁元.  材料导报. 2007(07)

博士论文
[1]电化学沉积法制备薄膜Bi2Te3基热电材料[D]. 裘武军.浙江大学 2011

硕士论文
[1]Cu和Zn元素的添加对SnBi无铅焊料合金性能的影响[D]. 尹恒刚.重庆大学 2013



本文编号：3713514