中国电子科技集团公司 第二十四研究所， 重庆 400060
研究了18、25、30 μm三种金丝和25、32、45 μm三种硅铝丝键合引线在不同温度循环次数下的键合强度衰减规律，并研究了拉断模式的比例。结果表明，所有试验样品，无论是否经历温度循环，均达到了GJB548B-2005方法2011.1中的最小键合强度要求，均未出现焊点拉脱的现象。随着温度循环次数的增加，金丝键合强度先略微增大，后缓慢减小并趋于平缓。硅铝丝键合强度先较快减小，后缓慢减小，并趋于平缓。相比于金丝，硅铝丝在0~50次的温度循环下键合强度衰减较快。通过曲线拟合，获得不同丝径下的键合强度衰减变化方程。
微电子封装 引线键合 键合强度 温度循环 microelectronics package wire bonding bonding strength temperature cycle
1 兰州理工大学土木工程学院，兰州 730050
2 江苏苏博特新材料股份有限公司，南京 211103
3 东南大学交通学院，南京 210018
为探究灌注式复合路面中水泥基灌浆料-沥青胶凝体系界面微尺度粘附行为的作用机制，根据实际界面形成过程设计了实验室界面成型工艺，采用拉拔试验探究了环境温度、水泥基灌浆料类型和沥青类型对水泥浆-沥青界面粘结特性的影响。利用扫描电子显微镜、能谱仪和Fourier红外光谱仪研究了水泥浆-沥青界面过渡区的微观形貌与结构特征，采用接触角分析仪评价了水泥基灌浆料与沥青的浸润能力，揭示了水泥浆-沥青界面粘附行为的作用机制。结果表明：水泥浆-沥青界面的粘结强度随温度升高而降低；硫铝酸盐水泥基灌浆料与沥青在25~35 ℃时的界面粘结强度为1.03~1.98 N/mm2，比硅酸盐水泥基灌浆料与沥青的界面粘结强度提高了10%以上，硫铝酸盐水泥与沥青的界面强度在60 ℃时为0.32~0.38 N/mm2，比硅酸盐水泥与沥青的界面粘结强度提高了80%以上；水泥基灌浆料对沥青有微乳化作用，促使更多自由沥青转变为结构沥青，提高了水泥浆-沥青界面的粘结强度；水泥与沥青界面的粘附力主要为硬化水泥浆与沥青之间的机械作用力，水泥浆-沥青界面的粘附失效实际上是结构沥青与自由沥青之间的破坏。明确水泥-沥青界面粘附行为的作用机制可以解决水泥-沥青复合材料界面粘附性问题，为减少灌注式复合路面开裂破坏奠定理论基础。
灌注式复合路面 水泥-沥青复合材料 水泥浆-沥青界面 粘结特性 cement grout asphalt composite cement asphalt composite cement-asphalt interface bonding strength
Bi2Te3基微型热电器件的尺寸越小, 界面结合强度及接触电阻对于器件力学性能、开路电压以及输出功率等的影响就越显著。因此开发成本低、工艺简单的热电单元制备技术, 并使n型Bi2Te3基块体材料与阻挡层间的界面兼具低接触电阻、高结合强度具有重要意义。本工作将n型Bi2Te3基热电材料薄片在混合酸溶液(pH~3)中进行表面处理, 随后进行化学镀Ni(5 μm), 再与Cu电极焊接制备得到热电单元。腐蚀后, n型Bi2Te3基热电材料表面大的沟壑与Ni阻挡层间形成锚固效应, 腐蚀6 min的材料结合强度高达15.88 MPa。大沟壑表面进一步腐蚀后出现的精细分支与Ni阻挡层间形成纳米孔洞, 显著增大了界面接触电阻, 腐蚀2 min的材料达到2.23 Ω?cm2。最终, 腐蚀4 min后镀Ni的n型Bi2Te3基热电片材与p型Bi2Te3基热电片材制备的微型热电器件在20 K温差(高温端306 K, 低温端286 K)下的输出功率高达3.43 mW, 相较于商用电镀镀层制备的同尺寸器件提升了31.92%。本工作将为微型热电器件的性能优化提供支撑。
Bi2Te3 界面结合强度 界面接触电阻 镍阻挡层 微型热电器件 Bi2Te3 interface bonding strength interface contact resistance Ni barrier layer micro thermoelectric device
1 大连理工大学 高性能精密制造全国重点实验室，辽宁大连6024
2 大连理工大学 辽宁省微纳米系统重点实验室，辽宁大连11604
在利用微电铸工艺制作惯性开关的过程中，经常会出现由于界面结合强度低而引起的铸层翘起问题。微电铸层与基板的界面结合强度低会降低微开关的制作成品率、延长制作周期、增加制作成本。针对这一问题，本文从界面钝化膜的角度，采用了“电解活化去除钝化膜”和“引入Cu过渡层”的方法。为探究钝化膜对界面结合强度的影响，通过Materials Studio软件对不同钝化膜去除率模型的界面结合能进行仿真计算，计算结果表明钝化膜去除率越高越有利于界面结合强度的提高，在完全去除钝化膜后界面结合强度提高了197%；为探究过渡金属对界面结合强度的影响，分别以Cu，Cr，Ti作为过渡层，与不锈钢基板和镍铸层建立结合层体系，计算体系的结合能，计算结果表明Cu与基板、Cu与铸层的结合能最高，与未引入过渡金属相比，引入Cu后界面结合强度提高了81%。在仿真研究结果的基础上，开展了电解活化实验，通过电解活化法去除了基板表面的钝化膜，实验结果表明：电解活化区域铸层的界面结合强度明显高于未活化区域铸层的界面结合强度；同时开展了铜过渡层实验，对比了有无Cu过渡层的界面结合强度，实验结果表明：引入Cu后，铸层的界面结合强度明显提高。在上述仿真和实验结果的基础上，制作出尺寸为23 mm×20 mm、总高度为900 μm的微惯性开关。
微惯性开关 微电铸 界面结合强度 分子动力学 电解活化 micro inertial switch micro electroforming interface bonding strength molecular dynamics electrolytic activation 光学 精密工程
2023, 31(10): 1464
1 河海大学土木与交通学院, 南京 210098
2 南京水利科学研究院材料结构研究所, 南京 210029
3 浙江交工集团股份有限公司, 杭州 310051
为了揭示干湿界面状态下混凝土与环氧胶泥黏结损伤演化机理, 采用轴拉试验研究了环氧胶泥-混凝土复合体的黏结强度, 并通过声发射技术获得了复合体拉伸过程中振铃计数、b值以及声发射源空间位置, 分析了复合体黏结损伤的空间演化过程。通过数字图像相关法获得了干湿界面状态下复合体断裂表面的应变和位移损伤演变特征。结果表明: 干燥界面下黏结强度相比潮湿界面下高约60%。潮湿界面下混凝土-环氧胶泥的声发射源空间位置集中在界面处, 并在界面处形成1条规则的应变集中带, 表现出界面破坏特征; 而干燥界面下混凝土内部出现大量的声发射源, 断裂面存在多条不规则的应变集中带, 整体表现为混凝土基体破坏模式。
环氧胶泥 混凝土 干湿界面 黏结强度 声发射特征 表面应变 epoxy grout concrete dry-wet interface bonding strength acoustic emission characteristics surface strain
常州大学环境与安全工程学院, 江苏 常州 213164
针对触水混凝土结构补强加固中高延性水泥基复合材料(ECC)与既有混凝土结合面的抗溶蚀性, 采用0.5 mol/L的硝酸溶液对含结合面的ECC-既有混凝土复合试件进行加速溶蚀实验, 研究既有混凝土界面凿毛、湿饱和及涂刷界面剂3种处理方式对结合面黏结强度、溶蚀深度和钙溶蚀量3种评价指标的时变影响规律, 并通过扫描电子显微镜对结合面抗溶蚀性提升效果进行微观机理分析。结果表明: 3种界面处理方式均能有效提高结合面的初始黏结强度和抗溶蚀性, 且对溶蚀过程的时变影响规律基本一致, 可用溶蚀前的黏结强度评价结合面的抗溶蚀性; 凿毛对提升结合面初始黏结强度最有效, 而界面剂更有利于减缓溶蚀过程中界面处理提升效果的劣化速度; 组合处理模式下各界面处理方式的单一提升效果明显优于其单独使用时, 且组合的其它处理方式越多, 优势越明显; 环氧树脂界面剂的提升效果略优于水泥净浆界面剂。
结合面 界面处理 黏结强度 抗溶蚀性 bonding interface interface treatment methods bonding strength leaching resistance
1 山东高速青岛公路有限公司, 青岛 266061
2 中交四航工程研究院有限公司, 水工构造物耐久性技术交通运输行业重点实验室, 广州 510230
本文通过对暴露长达10年的表面涂层混凝土试件和青岛市胶州湾大桥实体结构进行涂层粘结强度、氯离子浓度等测试, 对涂层应用在混凝土结构上的长期防护效果进行了研究。结果表明: 在冰冻海水环境暴露10年后, 大气区、浪溅区和水变区混凝土表面涂层的粘结强度均超过1.5 MPa, 符合现行规范要求; 在浪溅区和大气区环境下, 涂层对海工混凝土的长期防护效果较好, 但在水变区环境下涂层的防护效果相对较差; 有涂层混凝土试件的表观氯离子扩散系数与无涂层混凝土在水变区环境下已无明显差别; 大桥实体结构中有涂层混凝土的表面氯离子浓度较无涂层混凝土降低了2.3~3.9倍, 且涂层对于实体结构的抗氯离子长期侵蚀效果稍弱于小尺寸混凝土试件。
冰冻海水环境 涂层 海工混凝土 暴露试验 结构检测 粘结强度 氯离子 frozen seawater environment coating marine concrete exposure experiment structure test bonding strength chloride ion
为了研究脉冲能量和烧蚀坑重叠率对7075-T6铝基板粘接强度影响, 采用纳秒光纤脉冲激光在粘接区域加工烧蚀坑阵列微结构, 通过表面形貌、剪切强度和断裂模式等实验参量对粘接效果进行了分析。结果表明, 脉冲能量对表面形貌、剪切强度及断裂模式几乎无影响; 随着烧蚀坑重叠率的增加, 表面粗糙度先增加后减小, 表面面积增加比一直增加; 与原始材料相比, 激光处理后剪切强度至少提升150%;当烧蚀坑重叠率为30%时, 粘接区域发生内聚断裂的面积最大, 剪切强度提升最明显;脉冲能量为880μJ、烧蚀坑重叠率为30%时, 剪切强度为27.76MPa, 提升最大。该研究对激光烧蚀提高7075-T6粘接强度是有帮助的。
激光技术 表面形貌 粘接强度 断裂模式 铝合金 laser technique surface morphology bonding strength fracture mode aluminum alloy
1 西安交通大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710049
2 宁夏工商职业技术学院，宁夏 银川 750021
为研究激光熔覆修复过程中稀释率的主要影响因素及其对修复性能的影响，在300M钢表面对12Cr17Ni2B新型不锈钢粉末进行激光熔覆试验。为了使粉末充分熔化并减小基体热影响区的软化程度，调整粉焦高于基体表面。分别探索扫描速度及粉末吸热率（激光功率与送粉速率之比）对稀释率的影响，结果表明：两种工艺参数均可以显著改变稀释率的大小，扫描速度会显著改变熔覆层的面积，粉末吸热率会显著改变熔合区的面积。为了明晰稀释率对修复性能的影响，采用粉末吸热率为自变量的工艺调控稀释率，并分析稀释率对修复性能的影响；结果表明：稀释率对修复件界面结合强度的影响不大，但对热影响区的软化程度有一定影响，基体对熔覆层的稀释有利于熔合区硬度的提高，但过大的稀释率会导致熔合区开裂。
激光技术 激光熔覆 单因素试验 稀释率 300M钢 界面结合强度 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2314005
为了研究不同微织构形貌对刀具表面涂层性能的影响, 利用光纤激光在其表面制备了不同面积占有率的毛化和沟槽微织构形貌, 并利用PVD磁控溅射镀膜技术对织构化的试样表面进行TiAlN涂层的沉积。采用Nanofocus共聚焦显微镜检测涂层前后的织构形貌; 应用AMH-61显微硬度计检测试样表面的显微硬度; 采用D8 ADVANCE型X射线衍射仪检测织构化涂层表面的残余应力; 采用Rtec MFT-5000型表面性能试验机对涂层表面进行划痕试验, 表征涂/基结合力。结果表明: 一定面积占有率的毛化形貌有利于提高涂层显微硬度, 沟槽形貌对涂层显微硬度有较小的削弱作用, 面积占有率对其影响不大。两种织构形貌均能减小涂层内部残余应力, 残余应力下降幅度与织构面积占有率呈正相关。一定面积占有率的织构有利于增强涂层结合强度, 毛化相比沟槽更有效, 结合力最高可提升19.2%。两种微织构形貌有效提高了刀具表面涂层性能。
硬质合金 激光微织构 TiAlN涂层 残余应力 结合强度 cemented carbide laser micro-texturing TiAlN coating residual stress bonding strength
