ИСТИНА

Проект направлен на исследование смачиваемости металлических поверхностей легкоплавкими металлическими расплавами, создание модели, позволяющей прогнозировать величину равновесных краевых углов смачивания и направленно влиять на смачиваемость и адгезию через состав расплава и модификацию подложки. Несмотря на большой экспериментальный материал, накопленный в данной области, она остается практически эмпирической – количественно прогнозировать смачиваемость практически не возможно. Предполагается, что разрабатываемая модель будет базироваться на линейной зависимости работы адгезии от теплоты смешения для данного расплава на различных подложках. В ходе работы планируется определить краевые углы смачивания, поверхностную энергию твердое/газ и рассчитать межфазную энергию на границе металл / расплав на нескольких модельных системах не образующих интерметаллидов (Pb/Cu, Pb/Ni, Pb/Al, Sn/Al, Sn/Zn) и формирующих интерметаллические соединения (Sn/Cu, Sn/Fe, Al/Ni). Возможность количественно оценивать краевой угол смачивания имеет важное значение для формирования фундаментальных принципов оптимизации важных технологических процессов – пайки, жидкофазного спекания, металлизации погружением

The project aims to study the wettability of metal surfaces fusible metal melts, creating a model to predict the value of the equilibrium boundary wetting angles and directions to influence the wettability and adhesion through the composition of the melt and the substrate modification. Despite the large amount of experimental material accumulated in this field, it has remained largely empirical - quantitatively predict the wettability is almost impossible. It is expected that the developed model will be based on the linear dependence of the work of adhesion of the heat of mixing for the melt on various substrates. During work will determine the contact angles of wetting the surface energy of the solid / gas and calculate the interfacial energy at the metal / melt in several model systems do not form intermetallic compounds (Pb / Cu, Pb / Ni, Pb / Al, Sn / Al, Sn / Zn ) and forming the intermetallic compound (Sn / Cu, Sn / Fe, Al / Ni). The ability to quantify the contact angle is important for the formation of the fundamental principles of optimization of important processes - soldering, the liquid-phase sintering, metallization by immersion

По результатам 1 года выполнения проекта: 1. Подготовлен к работе блок генерации атомарного водорода. Определены условия раскисления Cu, Zn. 2. Запущена и откалибрована установка по измерению поверхностного натяжения твердых поверхностей методом нулевой ползучести 3. Подготовлена к работе печь для отжига образцов в токе водорода 4. Интерферометр на базе МИИ-4 подготовлен для 3-d сканирования поверхности. Разработан оригинальный алгоритм определения параметров канавок термического травления 5. Подготовлены поли- и монокристаллические образцы меди (100, 111, 110) со средней шероховатостью не более 5 нм. Впервые будут получены данные по структуре и подвижности пленок-прекурсоров свинца на поверхности меди в зависимости от ориентации подложки и температуры в диапазоне 450-800 K 6. На медных фольгах будет впервые получен значительный массив данных (порядка 1000 границ зерен) по разориентациям границ и величинам двугранных углов термического травления. Отработана методика введения в медные фольги заданного количества свинца. Подготовлены медные фольги, содержащие различные количества свинца в виде твердого раствора, для экспериментов по измерению поверхностной энергии методом нулевой ползучести. 7. Разработана оригинальная методика получения интерметаллических образцов CuSn. Подготовлены образцы интерметаллидов в виде массивных образцов и пленок на поверхности Cu. 8. Методом МД моделирования гомогенного зародышеобразования впервые предполагается провести расчет межфазной энергии в бинарной системе Pb/Cu при 450 град. С На втором году будут впервые получены краевые углы смачивания расплавами Pb и Sn ряда подложек, с которых ранее не удавалось удалять окисные пленки (Al, Zn). Полученные зависимости поверхностной энергии твердой меди и границ зерен меди от активности свинца будут использованы для анализа механизма адсорбции свинца. Будут синтезированы интерметаллические фазы в системах Sn/Fe и Al/Ni. Методом МД моделирования получена температурная зависимость межфазной энергии в системе твердая медь / расплав на основе свинца. На заключительном этапе выполнения проекта планируется получить двугранные углы термического травления границ зерен в Zn и Sn с использованием атомарного водорода, что позволит впервые получить данные о взаимосвязи энергии границ зерен с разориентировкой в некубических металлических решетках на значительной статистической выборке. На основании сравнения смачиваемости расплавами олова и алюминия интерметаллидов SnCu, SnFe и AlNi со смачиваемостью Cu, Fe и Ni соответственно будет предложена модель, описывающая процесс смачивания при образовании соединения. В итоге планируется выработать модель, позволяющую прогнозировать величину краевого угла смачивания в металлических системах различного типа с учетом адсорбционных процессов на границах раздела фаз.

По результатам 1 года выполнения проекта: 1. Подготовлен к работе блок генерации атомарного водорода. Определены условия раскисления Cu, Zn. 2. Запущена и откалибрована установка по измерению поверхностного натяжения твердых поверхностей методом нулевой ползучести 3. Подготовлена к работе печь для отжига образцов в токе водорода 4. Интерферометр на базе МИИ-4 подготовлен для 3-d сканирования поверхности. Разработан оригинальный алгоритм определения параметров канавок термического травления 5. Подготовлены поли- и монокристаллические образцы меди (100, 111, 110) со средней шероховатостью не более 5 нм. Впервые будут получены данные по структуре и подвижности пленок-прекурсоров свинца на поверхности меди в зависимости от ориентации подложки и температуры в диапазоне 450-800 K 6. На медных фольгах будет впервые получен значительный массив данных (порядка 1000 границ зерен) по разориентациям границ и величинам двугранных углов термического травления. Отработана методика введения в медные фольги заданного количества свинца. Подготовлены медные фольги, содержащие различные количества свинца в виде твердого раствора, для экспериментов по измерению поверхностной энергии методом нулевой ползучести. 7. Разработана оригинальная методика получения интерметаллических образцов CuSn. Подготовлены образцы интерметаллидов в виде массивных образцов и пленок на поверхности Cu. 8. Методом МД моделирования гомогенного зародышеобразования впервые предполагается провести расчет межфазной энергии в бинарной системе Pb/Cu при 450 град. С На втором году будут впервые получены краевые углы смачивания расплавами Pb и Sn ряда подложек, с которых ранее не удавалось удалять окисные пленки (Al, Zn). Полученные зависимости поверхностной энергии твердой меди и границ зерен меди от активности свинца будут использованы для анализа механизма адсорбции свинца. Будут синтезированы интерметаллические фазы в системах Sn/Fe и Al/Ni. Методом МД моделирования получена температурная зависимость межфазной энергии в системе твердая медь / расплав на основе свинца. На заключительном этапе выполнения проекта планируется получить двугранные углы термического травления границ зерен в Zn и Sn с использованием атомарного водорода, что позволит впервые получить данные о взаимосвязи энергии границ зерен с разориентировкой в некубических металлических решетках на значительной статистической выборке. На основании сравнения смачиваемости расплавами олова и алюминия интерметаллидов SnCu, SnFe и AlNi со смачиваемостью Cu, Fe и Ni соответственно будет предложена модель, описывающая процесс смачивания при образовании соединения. В итоге планируется выработать модель, позволяющую прогнозировать величину краевого угла смачивания в металлических системах различного типа с учетом адсорбционных процессов на границах раздела фаз.