Abstract
本研究主要在探討Al-Cu-Ni三元系統及Sn-Cu-Ni三元系統在800℃下之相平衡及其相關的界面反應。在Al-Cu-Ni系統800℃之相平衡方面，利用電弧熔融法(arc-melting)製作Al-Cu-Ni合金，將合金放置在800℃下進行熱處理，再以EPMA(electron probe microanalysis)對其平衡相做組成分析，和利用XRD(X-ray diffractometer)對合金進行晶體結構鑑定，運用熱力學的知識，可繪製出Al-Cu-Ni三元系統等溫截面相圖。本研究對此系統在800℃之相平衡已做了完整的了解，除了Al3Ni相以外，Al-Ni系統的介金屬相對Cu均有很大溶解度，這是由於Cu可在Al-Ni系統的介金屬相中取代Ni的位置。AlNi和β-AlCu4並不會形成連續互溶的固溶體，但AlNi可延伸至靠近Al-Cu的邊界，可見AlNi具有相當大的溶解度。另外也對Al-Cu-Ni系統進行相關的界面反應探討，主要的反應偶為Al/Ni、Al/Cu、Al/Al-Ni、Al-Cu/Ni、Al-Ni/Cu。Al/Ni、Al/Al-Ni的界面反應均會生成Al3Ni及Al3Ni2。Al/Cu及Al-Ni/Cu均會生成β-AlCu4、γ1-Al4Cu9、ε2-Al2Cu3。而Al-Cu/Ni的界面反應，當Al-Cu合金的Cu在6at%以下時，生成相和Al/Ni相同，僅生成Al3Ni及Al3Ni2，但當Cu在7.5at%時，發現生成相為AlNi相，此AlNi相約含有30at%Cu。並對此界面反應的擴散路徑配合實驗所得之Al-Cu-Ni相圖進行探討。在Sn-Cu-Ni三元系統800℃的相平衡方面，發現Ni3Sn對Cu有很大的溶解度，隨著Cu的比例不同，分為兩個結構。在4at%Cu以下時，為Ni3Sn的低溫相(L)，約在9at%Cu以上時，為Ni3Sn的高溫相(H)。由於在低於800℃時，Ni3Sn(H)會與Cu4Sn(H)會形成連續固溶體，因此Ni3Sn(H)會往Cu4Sn(H)相延伸。在800℃的平衡下，Cu4Sn的平衡相並不存在，因此會形成一個L-Ni3Sn(H)-(Cu,Ni)的三相區。在Sn-Cu alloy/Ni的界面反應，改變Sn-Cu合金組成比例和Ni進行界面反應，當Cu比例小於70at%時，界面生成相為Ni3Sn相及Ni3Sn2相，唯有Sn-75at%Cu/Ni在反應時間較短時，僅生成Ni3Sn相，當反應時間至20分鐘時，會再生成Ni3Sn2相。因此，在Sn-75at%Cu/Ni和Sn-70at%Cu/Ni的界面反應之間，有一擴散路徑的轉變。利用Sn-Cu-Ni等溫截面相圖繪製出界面反應的擴散路徑來作解釋與說明。Sn-0.7wt%Cu是常見的無鉛銲料之一，若以Ni為基材，則為Sn-Cu-Ni三元系統的界面反應，因此本研究也對此做進一步的探討。進行Sn-0.7wt%Cu/Ni在200℃下的固/固界面反應，發現會生成Cu6Sn5相及Ni3Sn4相。另外也進行更微量Cu的探討，如Sn-0.3wt%Cu/Ni、Sn-0.2wt%Cu/Ni界面反應，除了生成Ni3Sn4相，也均生成Cu6Sn5相，本研究發現Sn中含有些許的Cu，在界面處就會有Cu6Sn5相的生成，其原因在此論文的結果與討論有詳細的探討。在250℃下的Sn-0.7wt%Cu/Ni界面反應，會生成Cu6Sn5相。當反應時間增長時，生成相Cu6Sn5會有剝落的現象。Sn/Ni系統在250℃下，會生成Ni3Sn4相，但Sn-0.7wt%Cu/Ni在250℃下，卻生成Cu6Sn5相，可知加入微量的Cu會對界面生成相有很大的改變，因此將改變Cu含量，探討其對界面生成相的影響。Sn-微量Cu/Ni在250℃下的液/固界面反應，發現當Cu在0.3wt%以下時，僅生成Ni3Sn4相，而Cu在0.5wt%以上時，會生成Cu6Sn5相，在Sn-0.4wt%Cu/Ni時，會生成Cu6Sn5相及Ni3Sn4相。而在這些生成相中，均有Cu、Ni互相取代的情形。Cu/Sn/Ni在200℃下進行界面反應，在Cu/Sn的界面分別有Cu3Sn及Cu6Sn5的生成相，在Sn/Ni的界面僅生成Ni3Sn4的介金屬相，而Ni3Sn4相約含有8at%的Cu，並沒有生成Cu6Sn5相。