Thermochemical and topological studies of systems constitued by transition metals (Co, Ni) with Sn and Bi
par Kristina Ilcheva Lilova
Thèse de doctorat en Physique et chimie de la matière et des matériaux
Sous la direction de Jean-Claude Gachon et de Gueorgui Vassilev.
Soutenue en 2007
à Nancy 1 en cotutelle avec Sofijski universitet Sv. Kliment Ohridski .
mots clés-
Résumé
Ce travail avait pour but de déterminer des enthalpies de formation et des équilibres de phases dans des alliages susceptibles de remplacer la brasure au plomb, à base Bi-Sn avec des additions de Co ou Ni (souvent utilisés dans les substrats en électronique). Les expériences ont été menées dans deux calorimètres : Calvet et Gachon. D’autres techniques : DSC, ATD, EMPA, DRX ont été mises à contribution. Le système Co-Sn a été modélisé par la méthode CALPHAD. CoSn : La calorimétrie de réaction directe a donné les enthalpies de formation de Co3Sn2, CoSn, CoSn2 and CoSn3 à 1287, 1033, 629 et 605 K, et du liquide à 1010 et 1303 K. La calorimétrie de dissolution fut employée pour les enthalpies de formation du liquide à 991 et 1020 K. La dépendance de l’enthalpie de mélange Co-Sn en fonction de la température est confirmée, ainsi que la propension aux phases métastables de ce système. Les températures de transition entre les formes BT et HT de Co3Sn2 et CoSn3 sont données par ATD. NiSn : Les enthalpies de formation des composés du système NiSn (Ni3Sn_HT, Ni3Sn_LT, Ni3Sn2_HT, Ni3Sn2_LT and Ni3Sn4) ont été mesurées par calorimétrie de réaction directe à 1332, 943, 1288, 728 et 846 K respectivement. Il n’existait aucune information dans la littérature sur Ni3Sn2_BT et Ni3Sn4. Les températures de transitions entre Ni3Sn2 BT et HT ont été vérifiées par ATD. NiSnNi : Les équilibres de phases ont été étudiés à 733, 773, 903 et 1273 K et des coupes isothermes ont été construites. Un composé non signalé, de formule approximative Ni6Sn2Bi a été trouvé. Des enthalpies de formation ont été mesurées à 733, 1273 K (solide) et à 833,973 et 933 K (liquide).
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Résumé
The aim of this work is to determine some enthalpies of formation, and phase equilibria in prospective Sn and Bi based lead-free solders alloyed with transition metals (Ni, Co) often used as substrates in the electronics. Numerous calorimetric experiments were done, using Setaram–Calvet 800C and Gachon apparatus. Other techniques as DSC, DTA, EMPA, and X-ray diffraction were largely applied. The CALPHAD method was used for the optimization of the Co-Sn phase diagram. Co-Sn. Direct reaction calorimetry was used to determine of the compounds Co3Sn2, CoSn, CoSn2 and CoSn3 at 1287, 1033, 629 and 605 K, and of the liquid phase at 1010 and 1303 K. Drop solution calorimetry was used for measuring of the liquid phase at 991 and 1020 K. The existence of a temperature dependence of the Co–Sn enthalpy of mixing was confirmed. The willingness of the system Co-Sn to form metastable phases is confirmed. The transition temperatures between the respective low and high-temperature forms of Co3Sn2 and CoSn3 were verified by DTA. Ni–Sn. Of Ni–Sn compounds (Ni3Sn_HT, Ni3Sn_LT, Ni3Sn2_HT, Ni3Sn2_LT and Ni3Sn4) were measured by direct reaction calorimetry at 1332, 943, 1288, 728 and 846 K. No thermochemical information is available in the literature for the latter two compounds. The transition temperature and enthalpy between low and high-temperature forms of Ni3Sn2 were verified by DTA. Ni–Sn–Bi. Phase equilibria in Ni–Sn–Bi were studied at 733, 773, 903 and 1273 K and isothermal sections were constructed. A formerly unknown ternary compound with approximate formula Ni6Sn2Bi was found. Measurements of were done at 733 and 1273 K (solid phases); at 833, 873 and 933 K (liquid phases).
