[发明专利]一种纳米晶难混溶合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米晶难混溶合金的制备方法，是通过物理气相沉积的方法直接制备出纳米晶难混溶合金，或者先通过物理气相沉积的方法制备出一定厚度的非晶态难混溶合金，再用退火工艺使非晶晶化为纳米晶，从而完成纳米晶难混溶合金的制备。与现有技术相比，本发明方法制备的纳米晶难混溶合金具有致密度高、热导率高和电导率高的优点，本发明使用的设备为工业通用设备，经济实用，适用于工业大批量生产。

技术领域

本发明属于材料科学与电子工程领域，尤其是涉及一种纳米晶难混溶合金的制备方法。

背景技术

在广泛的合金中，绝大部分都是在具有负混合焓的系统中形成的，由于混合时吉布斯自由能减小，组成元素有在原子尺度上自发合金化的趋势，在环境温度下可以形成稳定存在的各种合金相，如固溶体和中间相。然而，有些元素由于缺乏热力学驱动力，在环境温度和压力下不会形成合金，但通过某些特殊制备方法可以形成“假合金”，称为难混溶合金。这类合金通常由两种元素组成，它们的二元相图中存在一个两液相不混溶区域，在该区域内两种不同成分的液相处于平衡共存的状态，并且它们形成的系统无论在液态还是固态下都有很高的正混合焓。(文献1,E.Ma,Alloys created between immiscible elements,Progress in Materials Science 50413-509(2005).)目前已知的难混溶合金达500多种，但通常情况下，该类合金中的两相密度相差较大，常规的制备方法制备的合金重力偏析严重，严重限制了这类合金的应用。但通过特殊的方法可制备出第二相弥散分布的难混溶合金，这种合金具有特殊的物理和力学性能，在许多方面有着良好的应用前景。Inoue和Yano等人(文献2,A.Inoue,N.Yano,K.Matsuzaki,et al.,Microstructure andsuperconducting properties of melt-quenched insoluble Al-Pb and Al-Pb-Bialloys,Journal of Materials Science 22 123-131(1987).)使用熔融淬火的方法，将Pb颗粒弥散分布在具有良好导电性和延展性的金属基体Al中，成功制备了具有弥散结构的Al-Pb难混溶合金。弥散分布于Al基体中的粒子保持电接触或虽相互分离但可通过隧道效应(近邻效应)建立超导联系，因此表现出优异的超导性能。Otto等人(文献3,G.H.Otto,L.L.Lacy,The electrical properties of low-g processed immiscible alloys,Proceedings of the third Space Processing Symposium on Skylab Results 2 1031-1044(1974).)用模拟微重力条件下的熔融铸造法成功制备了没有密度分离的Bi-Ga难混溶合金，该合金具有良好的半导体性能。Wecker和von Helmott等人(文献4,J.Wecker,R.vonHelmolt,L.Schultz,et al.,Giant magnetoresistance in melt spun CuCo alloy,Applied Physics Letters 62 1985-1987(1993).)使用传统的熔体旋转的方法，将少量的Co弥散分布于Cu基体中，制备出了具有突出的巨磁电阻效应的Cu-Co难混溶合金。但是，上述制备方法制备出来的难混溶合金存在着晶粒尺寸较大、合金致密化程度不够、合金成分不够均匀等问题，在一定程度上影响了它在电子工程领域的应用。近年来，随着科技的发展，芯片的尺寸越来越小，目前世界上最先进的芯片已经达到3nm级别，因此，迫切需要一种新的工艺方法来制备晶粒尺寸更细小的难混溶合金，从而提高难混溶合金在电子工程领域的应用空间。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简单有效、经济实用的纳米晶难混溶合金的制备方法，解决了传统制备方法制备出的难混溶合金存在的晶粒尺寸较大，合金致密化程度不够、合金成分不够均匀等问题，为纳米晶难混溶合金在电子封装领域的广泛应用奠定良好的技术基础。