單晶銅氧化行為的研究.pdf

1、隨著熱型連鑄技術(shù)的成熟和單晶坯料拉制設(shè)備的不斷改進(jìn)，單晶銅已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入工業(yè)化大批量生產(chǎn)和應(yīng)用階段。單晶銅比多晶銅具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及良好的塑性變形能力，因而被廣泛地應(yīng)用于音視頻導(dǎo)線和半導(dǎo)體器件封裝用連接導(dǎo)線。然而，銅線容易氧化的性質(zhì)影響了其品質(zhì)和使用性能。
　　 本文針對單晶銅氧化問題，對其氧化熱力學(xué)、氧化機(jī)理和氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。其中，熱力學(xué)的研究通過計(jì)算連續(xù)溫度范圍內(nèi)，銅氧化吉布斯自由能變△G，熵變△S及氧化物分解

2、壓力并使用Matlab繪制相應(yīng)的熱力學(xué)曲線，進(jìn)行分析研究；單晶銅氧化機(jī)理是通過比較單晶銅和多晶銅組織的差異，分析銅表面原子能量并結(jié)合EDS和氧化膜形貌觀察進(jìn)行分析研究；單晶銅氧化動(dòng)力學(xué)研究則是在不同的氣氛下，采用氧化增重實(shí)驗(yàn)，計(jì)算氧化增重率，繪制增重率-時(shí)間曲線進(jìn)行研究。
　　 研究結(jié)果表明：在熱力學(xué)上銅的氧化是自發(fā)反應(yīng)且在室溫下就具有被氧化的能力。隨著溫度的升高，雖然銅氧化的趨勢會(huì)減小，但這與其反應(yīng)速率增大的現(xiàn)象并不相矛盾且熱

3、力學(xué)上最容易生成也最穩(wěn)定的氧化產(chǎn)物是Cu2O，但Cu2O卻不是Cu高溫氧化的最終產(chǎn)物。
　　 銅高溫氧化時(shí)，表面能量較高的原子容易和氧氣分子發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)，但剛開始并不會(huì)生成熱力學(xué)上穩(wěn)定的Cu2O，而是形成銅和氧的非晶組織，隨著氧化進(jìn)行，銅原子中的自由電子進(jìn)一步向氧原子偏移逐漸形成疏松的Cu2O晶體顆粒。隨著氧化繼續(xù)進(jìn)行Cu2O被逐漸氧化成CuO。在此過程中，Cu2O表面首先生成細(xì)條狀的CuO晶體并不斷變粗長大，最終形成致密的