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Investigation of the ternary phase diagram Au-Ni-Si

Matthias Stacher

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Chemie

Betreuer*in

Klaus Richter

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DOI

10.25365/thesis.33241

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30074.62636.581861-8

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Das binäre System Au-Si weist einen außerordentlich tiefen eutektischen Punkt (363°C) auf und die eutektische Zusammensetzung kommt daher als mögliches Löt-Material infrage. In der Elektronik wird Nickel oft zum Metallisieren genützt, daher ist das Reaktionsverhalten von Nickel mit den binären Au-Si Legierungen interessant. Im Rahmen dieser Master-Arbeit wurde das ternäre System Au-Ni-Si im gesamten Konzentrationsbereich mit den Methoden der Metallographie, Elektronenmikroskopie, Röntgendiffraktometrie sowie mit Differenzthermoanalyse untersucht. Es wurden isotherme Schitte bei 320°C, 500°C und 700°C erstellt und dabei wurden zwei ternäre Verbindungen, τ1 (Au2Ni4Si7, C2/m, mC26) und τ2 (AuNi3Si6, R3¯ /m, hR30), gefunden. Die Zusammensetzung der ternären Phasen liegt nahe bei der binären Phase NiSi2. Beide Strukturen wurden mit Hilfe der Einkristall-Röntgendiffraktometrie vollständig aufgeklärt; jede kristallisiert in einem neuen Strukturtyp. Die ternären Strukturen sind eng mit der Struktur von NiSi2 (CaF2-Strukturtyp) verwandt; besonders τ2 stellt anschaulich den Einbau von Au-Atome in die NiSi2-Struktur dar. Die Phase τ1 bildet sich bei 631°C in einer peritektischen Reaktion, τ2 wird bei 608°C in einer peritektoiden Reaktion gebildet. Ein vollständiges Scheil-Diagramm, eine Liquidus-Projektion and vier vertikale Schnitte (10at% Au; 15, 30, 60 at% Ni) wurden erstellt. Die Interpretation der Phasenreaktionen ist bis 700°C aufgrund der isothermen Schnitte gesichert. Für Reaktionen bei höheren Temperaturen wurde ein Vorschlag erstellt, der allerdings teilweise spekulativen Charakter hat. Abschließend wurden Benetzungsversuche durchgeführt, um die Benetzung der eutektischen Au-Si-Mischung auf einer Nickel-Platte zu untersuchen. Dabei konnte jedoch keine Benetzung beobachtet werden; dies entspricht ähnlichen Versuchen mit einer Kupferplatte.

Abstract

(Englisch)

The deep eutectic point (363°C) of the binary system Au-Si-system makes it attractive as a possible material for joining applications. Nickel is often used for metallization layers in electronics and so the interactions of Au-Si with Ni are of interest. Within this master thesis the ternary system Au-Ni-Si was studied in the full composition range by a combination of X-ray diffraction, optical microscopy, scanning electron microscopy and differential thermal analysis. Isothermal sections at 320°C, 500°C and 700°C were constructed and two ternary compounds, τ1 (Au2Ni4Si7, C2/m, mC26) and τ2 (AuNi3Si6, R-3/m, hR30) were identified at compositions close to the binary phase NiSi2. Their crystal structures were investigated by single crystal XRD; both compounds are crystallizing in a new structure type. The structures of τ1 and τ2 are closely related to NiSi2 (CaF2-structure), especially for τ2 these relations are easy to visualize. The phase τ1 is formed at 631°C in a peritectic reaction, τ2 at 608°C in a peritectoid reaction. A complete Scheil diagram, a liquidus surface projection and four vertical sections (10at% Au; 15, 30, 60 at% Ni) were constructed based on DTA results. The identification of phase reactions is well founded up to 700°C, based on the isothermal sections. Some of the phase reactions proposed above 700°C are speculative due to the lack of reliable data. Finally, wetting experiments were performed to investigate the wetting of the Au-Si-eutectic composition on a nickel plate. No significant wetting was observed, which corresponds to equal experiments on a copper plate.

Autor*innen

Matthias Stacher

Haupttitel (Englisch)

Investigation of the ternary phase diagram Au-Ni-Si

Paralleltitel (Deutsch)

Untersuchung des ternären Phasendiagramms Au-Ni-Si

Paralleltitel (Englisch)

Investigation of the ternary phase diagram Au-Ni-Si

Publikationsjahr

2014

Umfangsangabe

72 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Klaus Richter

Klassifikation

35 Chemie > 35.90 Festkörperchemie

AC Nummer

AC12096422

Utheses ID

29526

Studienkennzahl

UA | 066 | 862 | |

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