Thermochemie und Phasengleichgwichte in Ag-Cu-Ni-Sn

Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung des quaternären Systems Ag-Cu-Ni-Sn einschließlich der binären und ternären Randsysteme. Neben dem Beitrag zur Grundlagenforschung wird diese Forschungsarbeit auch Teil des COST-531 Rahmenprogrammes sein. Diese COST-Aktion wurde erfolgreich initiiert, um für intermetallische Systeme, die für bleifreie Lote relevant sind, die notwendigen Informationen zur Thermochemie sowie zu Phasenverhältnissen und physikalischen Eigenschaften zu generieren und systematisieren. Daraus soll eine Datenbank für bleifreie Lötmaterialien erstellt werden, welche die Grundlage für eine systematische Werkstoffentwicklung bildet, um zeitraubende "trial and error"-Methoden zu vermeiden. Blei und bleihaltige Materialien gehören zu den bedrohlichsten Substanzen für Mensch und Umwelt. Beispiele für bleifreie Lote sind Ag-Sn, Cu-Sn und Ag-Cu-Sn Legierungen mit Zinn als Haupkomponente (> 90 Massenprozent). Als weitere Legierungsbestandteile sind Bi, In, Sb und Zn in Diskussion. Die Metalle Ag, Cu, Au, Ni und Pd werden für gewöhnlich als Kontaktmaterialien für Lötverbindungen eingesetzt. Deshalb sind für bleifreie Lötmaterialien letztlich alle entsprechenden binären, ternären und intermetallische Systeme höherer Ordnung von Bedeutung. Die meisten relevanten binären Systeme sind recht gut untersucht während für die ternären Systeme und solche höherer Ordnung nur wenige oder unvollständige Daten vorhanden sind. Im Rahmen dieses Projektes sollen die Wechselwirkungen des intermetallischen Systems Ag-Cu-Sn, welches Basis bleifreier Lote ist, mit Nickel als Kontaktmaterial untersucht werden. Dazu gehören die Messung thermochemischer Eigenschaften im flüssigen und festen Zustand mittels Kalorimetrie und der e.m.f.-Methode sowie die Bestimmung von Phasengleichgewichten und Strukturen mittels Thermoanalyse, XRD und Metallographie (EPMA). Weiters wird das Diffusionsverhalten von Ni in Ag(Cu)-Sn Legierungen untersucht. In Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen werden das quaternäre System Ag-Cu-Ni-Sn und dessen ternären Untersysteme thermodynamisch berechnet und kritisch beurteilt. Diese Forschungsarbeit soll auch tieferen Einblick in die Zusammenhänge von thermochemischen Eigenschaften, Phasengleichgewichten und Diffusionsverhalten ermöglichen. Zudem sind theoretische Studien der Grenzflächendiffusion in Festkörpern (Kirkendall-Effekt) und der Mischungsenthalpie in flüssigen Metalllegierungen (Pseudopotentialmethode und Fermi Enthalpie) vorgesehen.

Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung des quaternären Systems Ag-Cu-Ni-Sn einschließlich der binären und ternären Randsysteme. Neben dem Beitrag zur Grundlagenforschung wird diese Forschungsarbeit auch Teil des COST-531 Rahmenprogrammes sein. Diese COST-Aktion wurde erfolgreich initiiert, um für intermetallische Systeme, die für bleifreie Lote relevant sind, die notwendigen Informationen zur Thermochemie sowie zu Phasenverhältnissen und physikalischen Eigenschaften zu generieren und systematisieren. Daraus soll eine Datenbank für bleifreie Lötmaterialien erstellt werden, welche die Grundlage für eine systematische Werkstoffentwicklung bildet, um zeitraubende "trial and error"-Methoden zu vermeiden. Blei und bleihaltige Materialien gehören zu den bedrohlichsten Substanzen für Mensch und Umwelt. Beispiele für bleifreie Lote sind Ag-Sn, Cu-Sn und Ag-Cu-Sn Legierungen mit Zinn als Haupkomponente (> 90 Massenprozent). Als weitere Legierungsbestandteile sind Bi, In, Sb und Zn in Diskussion. Die Metalle Ag, Cu, Au, Ni und Pd werden für gewöhnlich als Kontaktmaterialien für Lötverbindungen eingesetzt. Deshalb sind für bleifreie Lötmaterialien letztlich alle entsprechenden binären, ternären und intermetallische Systeme höherer Ordnung von Bedeutung. Die meisten relevanten binären Systeme sind recht gut untersucht während für die ternären Systeme und solche höherer Ordnung nur wenige oder unvollständige Daten vorhanden sind. Im Rahmen dieses Projektes sollen die Wechselwirkungen des intermetallischen Systems Ag-Cu-Sn, welches Basis bleifreier Lote ist, mit Nickel als Kontaktmaterial untersucht werden. Dazu gehören die Messung thermochemischer Eigenschaften im flüssigen und festen Zustand mittels Kalorimetrie und der e.m.f.-Methode sowie die Bestimmung von Phasengleichgewichten und Strukturen mittels Thermoanalyse, XRD und Metallographie (EPMA). Weiters wird das Diffusionsverhalten von Ni in Ag(Cu)-Sn Legierungen untersucht. In Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen werden das quaternäre System Ag-Cu-Ni-Sn und dessen ternären Untersysteme thermodynamisch berechnet und kritisch beurteilt. Diese Forschungsarbeit soll auch tieferen Einblick in die Zusammenhänge von thermochemischen Eigenschaften, Phasengleichgewichten und Diffusionsverhalten ermöglichen. Zudem sind theoretische Studien der Grenzflächendiffusion in Festkörpern (Kirkendall-Effekt) und der Mischungsenthalpie in flüssigen Metalllegierungen (Pseudopotentialmethode und Fermi Enthalpie) vorgesehen.