深冷處理對純銀組織和導(dǎo)電性能的影響畢業(yè)論文

密級 ： NANCHANG UNIVERSITY學(xué) 士 學(xué) 位 論 文THESIS OF BACHELOR（2011 2015 年）題 目：深冷處理對純銀組織和導(dǎo)電性能的影響學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 系 材料加工系 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班 級： 材成 學(xué) 號： 590121 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起訖日期： 2015.03. 5.06.03 南 昌 大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。本學(xué)位論文屬于不保密。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“” ）作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：摘要I深冷處理對純銀組織和導(dǎo)電性能的影響專 業(yè)：材料成型及控制工程 學(xué) 號：5910學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：劉 摘要金屬銀在常溫下具有最優(yōu)的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性以及穩(wěn)定的化學(xué)性，使其廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生活和工業(yè)中，尤其是在電子產(chǎn)業(yè)中具有無可替代的地位，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，金屬銀的優(yōu)良導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)使其成為電子產(chǎn)業(yè)中不可缺少的材料。本文以純銀為研究對象，基于目前嫻熟的金屬深冷處理工藝，對純銀材料進(jìn)行深冷處理 24h。本論文對純銀絲深冷處理前后的顯微組織進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析，并對深冷前后純銀的導(dǎo)電性、硬度進(jìn)行了對比與研究：觀察發(fā)現(xiàn)經(jīng)過深冷處理后的純銀晶粒直徑變大，但是顯微組織排列更加均勻，各個晶面的衍射峰和半高寬都變??；電導(dǎo)率由 57.68MS/m 提升為 58.74MS/m,提升了 1.84%，這主要是由于純銀在深冷處理過程中，粒收縮產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，恢復(fù)至室溫時內(nèi)應(yīng)力釋放導(dǎo)致晶粒粗化，而晶粒粗化導(dǎo)致晶界減少，晶界的減少使得電子通過晶粒阻力減少，電子散射作用也降低，同時晶體內(nèi)缺陷減少，位錯密度的降低，有利于提升純銀材料的導(dǎo)電性；純銀顯微硬度與原始態(tài)相比有了一定程度的提升，維氏硬度由 65.8HV 提升到 67.9HV，這是由于在純銀在深冷處理過程中，純銀晶粒變大，但是顯微組織排列更加均勻，晶內(nèi)缺陷減少，有利于提升純銀的顯微硬度。關(guān)鍵詞：純銀；深冷處理；顯微組織；電導(dǎo)率ABSTRACTIIThe Effect of Cryogenic Treatment on Microstructure and electrical properties of silverABSTRACTMetallic silver has the best electrical conductivity, thermal conductivity, and chemical stability at room temperature, it is widely used in modern life and industry, especially those with irreplaceable position in the electronics industry, with the development of the electronics industry, excellent conductivity and thermal conductivity of metallic silver to become an indispensable material electronics industry.In this paper, silver for the study, based on the current skilled metal cryogenic treatment process of the silver material cryogenic treatment 24h. Thesis on the microstructure before and after cryogenic treatment silver a detailed analysis, and around Cryogenic silver conductivity, hardness compared with research: observed after cryogenic treatment Silver grain coarsening, but more uniform microstructure arrangement, each crystal face diffraction peak and FWHM are smaller;Electrical conductivity by the 57.68MS / m upgraded to 58.74MS / m, improved 1.84%, which was mainly due to sterling in cryogenic process, grain shrinkage internal stress, stress release restore to room temperature leads to grain coarsening while coarsening the grain boundaries leading to decrease, reducing the grain boundaries so that electrons reduced by the grain resistance, while reducing the crystal defects, dislocations lower density material to enhance the conductivity of silver; and silver and microhardness compared to the original state with a certain degree of upgrading, the Vickers hardness of the 65.8HV upgrade to 67.9HV, which is due in sterling at cryogenic process, silver grains become larger, but more uniform microstructure arrangement, crystal internal defect reduction. Eventually leading to enhance the hardness.Keywords: Silver; cryogenic treatment; microstructure; Conductivity第一章 緒論III目錄摘要 .IABSTRACT .II第一章 緒論 .11.1 金屬銀的簡單介紹 .11.1.1 金屬銀的基本特性 .11.1.2 金屬銀的應(yīng)用 .11.2 深冷處理概述 .21.2.1 深冷處理的歷史 .21.2.2 深冷處理的原理 .41.3 本課題的研究內(nèi)容與意義 .51.3.1 研究內(nèi)容 .51.3.2 研究意義 .5第二章 實驗研究方法 .62.1 實驗材料和設(shè)備 .62.2 金相試樣制備過程 .62.3 組織觀察 .72.3.1 金相 .72.3.2 掃描電鏡 .72.3.3 X 射線衍射 .8第三章 深冷處理對純銀顯微組織和導(dǎo)電性能的分析 .93.1 深冷處理對純銀導(dǎo)電性的影響 .93.2 深冷處理對純銀顯微硬度的影響 .103.3 深冷處理前后純銀顯微組織變化 .113.4 XRD 結(jié)果分析 .123.5 SEM 結(jié)果分析 .13第四章 結(jié)論和展望 .154.1 結(jié)論 .154.2 展望 .15參考文獻(xiàn) .16致謝 .18第一章 緒論1第一章 緒論1.1 金屬銀的簡單介紹1.1.1 金屬銀的基本特性銀是一種銀白色化學(xué)元素，屬于過渡金屬，在自然界中主要以含銀化合物礦石存在，基本不存在銀單質(zhì)， ，化學(xué)符號是 Ag，原子序數(shù) 47，熔點是960.8，沸點是 2210，銀是面心立方晶格，塑性良好，具有最高的電導(dǎo)率 1，極好的導(dǎo)熱性，材質(zhì)比較軟，很強的延展性，銀反光率極高，最高可達(dá) 99%以上。銀的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，活躍性低，不易受化學(xué)藥品腐蝕。銀相對于其他普通金屬有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，在常溫下不發(fā)生氧化。但在所有貴重金屬中，銀的化學(xué)性質(zhì)卻是最活潑的，它能與硝酸反應(yīng)生成硝酸銀；還與熱的濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化硫和硫酸銀；與鹽酸和“王水”中的氯離子結(jié)合，在鹽酸和“王水”表面生成氯化銀薄膜；如果銀和與硫化物接觸，就會有黑色硫化銀生成。此外，銀能與任何比例的金或銅形成合金，與銅、鋅共熔時極易形成合金，與汞接觸可生成銀汞齊。1.1.2 金屬銀的應(yīng)用在古代，人類就對銀有了認(rèn)識，銀是一種應(yīng)用歷史非常悠久的貴重金屬，至今已有好幾千年的歷史。銀最早用于裝飾品、貨幣和餐具。目前，銀已經(jīng)廣泛用于攝影業(yè)、電氣電子、電鍍及醫(yī)療工業(yè)，因為純銀在所有金屬中具有最高的導(dǎo)電性和傳熱性，所以在安全和精密度要求極高的高新技術(shù)中也獲得越來越多的應(yīng)用 2。1 銀幣歷史上，相對于更為貴重的黃金來說，銀用于制造錢幣更為廣泛，因為銀的供應(yīng)量充足，性價比相對黃金較低，所以在日常的生活中非常實用。十九世紀(jì)以前，大多數(shù)國家都建立了比較系統(tǒng)的銀制度，銀幣在市場上流通順暢。但在“淘金熱”之后，黃金迅速的超越了銀的地位。銀逐漸從大規(guī)模的造幣市場中退出，走向 “幕后” ，但仍存在于部分國家中，如美國、澳大利亞、加拿大等國，銀幣仍然是主要的投資幣種。第一章 緒論22 首飾業(yè)和銀器銀與黃金性質(zhì)相似，反射率極高，拋光效果凌駕于其他任何金屬之上。因此，銀匠一直想把已經(jīng)很亮的銀絲表面打磨的更加光亮。純銀（99.9%）光澤鮮亮，但為使首飾耐磨性更高，通常會在銀中摻入少量的金屬銅制成銀銅合金。十四世紀(jì)以后，制作銀器的標(biāo)準(zhǔn)材料就定義為 92.5%純度的純銀，其中主要是制造“扁平”和“凹形”的餐具材料。通常情況下，用銀作為鍍層有很大的區(qū)別，例如做銀器，需要有 20-30 微米的鍍層，而首飾僅有 35 微米的鍍層。3 攝影業(yè)攝影過程中的感光材料用的是銀的鹵化物-鹵化銀，鹵化銀晶體由可溶解銀溶液混合而成，如氯化鈉或溴化鉀的硝酸銀溶液。這些顆粒懸浮在未曝光的膠片中，光對鹵化銀的作用是打亂了這種混合物的結(jié)構(gòu)，通過還原劑有選擇地將在特定條件下重復(fù)上述過程，將底片上的圖像轉(zhuǎn)換成正片。照相軟片常用于 X光照相技術(shù)和普通大眾攝影行業(yè)中 3。4 工業(yè) 在所有金屬當(dāng)中，銀的導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性都是最高的，因為其優(yōu)異的應(yīng)用性能，因此在電子行業(yè)中具有無可替代的地位，銀粉及其電子漿料是電子行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的貴金屬，是生產(chǎn)各種電子元器件的關(guān)鍵材料。電子漿料產(chǎn)品包含電子技術(shù)、冶金、化工，是一種高科技的電子功能材料，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：制造厚膜集成電路、電阻網(wǎng)絡(luò)、多層貼片陶瓷電容器(MLCCS)、導(dǎo)體油墨、太陽能電池電極、薄膜開關(guān)中的銀-鈀漿料以及用于制造汽車擋風(fēng)玻璃上的電動加熱銀薄膜 4。銀具有極高的反光性，拋光后反射率更是可以達(dá)到 100%，因此銀被廣泛應(yīng)用于玻璃涂層、玻璃紙和制鏡。大部分電池都用銀合金做陰極，雖然這樣一來，電池的成本大大提高，但它相比其他類型的電池動力-重量特性更強大。其中最常用的是紐扣型氧化銀電池，這種電池通常用在電子產(chǎn)品中。純銀在大量化學(xué)反應(yīng)中作為催化劑使用。1.2 深冷處理概述1.2.1 深冷處理的歷史深冷處理(Cryogenic treatment)，又稱超低溫處理，是指以液氮為制冷劑、在-190 C 至 -230C 的環(huán)境下對工件進(jìn)行處理，而達(dá)到改變材料性質(zhì)的目的。第一章 緒論3是常規(guī)冷處理技術(shù)的一種延伸，是一種從20世紀(jì)中期開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種新工藝 5，深冷處理被廣泛應(yīng)用于模具鋼和工具鋼工件中。深冷處理以后，工件尺寸的穩(wěn)定性得到提升，疲勞強度(Fatigue Strength)，耐磨性(Wear Resistance)與使用壽命均能得到大幅度提升。 圖1.2 深冷設(shè)備簡略圖20世紀(jì)初期，瑞士的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在阿爾卑斯山上經(jīng)過冰雪冷藏的瑞士軍刀、刀片和鐘表等工件有更長的使用壽命，這就是早期的深冷處理的雛形 6。“深冷處理”這一概念最早由前蘇聯(lián)科學(xué)家提出，二戰(zhàn)后，美國、日本、蘇聯(lián)等國家開始對金屬深冷技術(shù)展開了更加廣泛的研究。經(jīng)過大量的實驗探索，美國的科研人員發(fā)現(xiàn)深冷工藝在金屬工具材料及其他領(lǐng)域具有非常重要的意義。經(jīng)過深冷處理后顯著提升了工具鋼的使用壽命與耐磨損性能 7-8。1965年，美國的F. Barron 教授研究了五種不同模具鋼的深冷處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過深冷處理后模具鋼的硬度雖然沒有顯著增加，但是其耐磨損抗力卻顯著提高。經(jīng)過-84的冷處理后，工件的耐磨性提高了2.0-6.6倍，而繼續(xù)將處理溫度降至-190時，其耐磨性還能繼續(xù)增加2.6倍。此研究結(jié)果的正確性很快就在后續(xù)的實際生產(chǎn)中得到了有力的支持。當(dāng)時美國一家公司為大型渦輪發(fā)動機生產(chǎn)沖頭，當(dāng)把沖頭放在-190的超低溫環(huán)境下處理后，其使用壽命延長至原來的兩倍 9-11 。1966 年，密歇根州公司也開始利用深冷工藝來修復(fù)磨損的工件，并取得了不錯的效果 12。和發(fā)達(dá)國家相比，我國的深冷處理技術(shù)研究時間比較短，上世紀(jì)80年代末期，深冷技術(shù)才開始逐漸的傳入我國，并被首先應(yīng)用到工具鋼和模具鋼中，而近年來，深冷處理技術(shù)的研究不斷完善，研究發(fā)現(xiàn)深冷處理能改善材料的耐磨第一章 緒論4性、韌性、硬度、尺寸、穩(wěn)定性等方面 13，深冷處理技術(shù)逐漸由黑色金屬擴大到有色合金（鋁合金、鎂合金、鈦合金）以及復(fù)合材料等，并取得了一系列的成就。1.2.2 深冷處理的原理對于鋼鐵材料的深冷處理技術(shù)已經(jīng)有百余年的歷史，其深冷原理也研究得也很清晰。截止到目前，對于鋼鐵材料深冷處理的強化原理，各國的專家學(xué)者研究的結(jié)果也比較統(tǒng)一，主要有以下三種看法:(1)碳化物的析出研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過深冷處理，鋼鐵組織中析出了許多細(xì)小碳化物，從而產(chǎn)生彌散強化，極大地改善了其耐磨性。很多學(xué)者認(rèn)為，在超低溫環(huán)境下，F(xiàn)e的晶格常數(shù)也逐漸縮小，加速了碳原子的析出速度，固溶在晶格內(nèi)的碳原子析出。由Arrhenius方程得出，溫度越低，原子的擴散系數(shù)越小。在超低溫環(huán)境下，因為碳原子的擴散距離有限，因而只能以細(xì)小碳化物的形式析出 14。因為有大量碳化物的析出，合金的硬度與韌性才得以提高。(2)殘余奧氏體的改變對于碳鋼來說，在溫度極低的情況下，殘余奧氏體轉(zhuǎn)化成馬氏體的速度迅速增強，1949 年，Gulyaev 等人研究了R18 鋼的深冷處理，發(fā)現(xiàn)試驗過后，剩余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)只占原來的90%左右 15；Moore通過進(jìn)一步的研究，發(fā)現(xiàn)深冷處理幾乎對所有鋼材都能起到消除殘余奧氏體，促進(jìn)馬氏體相變的作用 16。除此之外，也有部分學(xué)者認(rèn)為，深冷處理只能降低奧氏體的數(shù)量，并不能完全消除殘余的奧氏體 17， 經(jīng)過深冷處理，殘余奧氏體的形狀、亞結(jié)構(gòu)和分布也被改變，提升其性能，能輕松地讓鋼材承受載荷，從而提高鋼的強度與韌性 18。(3)組織細(xì)化組織細(xì)化是指材料在深冷處理條件下原來粗大的板條狀馬氏體發(fā)生碎化，從馬氏體的機體上析出了大量的散狀態(tài)的碳化物，直接導(dǎo)致工件的韌性和強度得以提高