CN115386762B - 一种高性能键合合金丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及封装材料技术领域，具体涉及一种高性能键合合金丝及其制备方法，包括合金锭熔炼‑浇筑‑拉丝‑成品退火‑覆膜‑绕线及入库操作步骤，具体步骤如下，步骤一：合金锭熔炼，按所需重量称取金合金键合丝原材料，金合金键合丝由以下重量比的金属材料组成:银15‑30％，镍10‑20％，钯1‑2％，微量添加元素钙5‑50ppm，铈10‑200ppm和钽20‑180ppm，其余含量为金，将原材料在真空且完全失重的环境下进行熔练成合金溶液，本发明通过将各金属材料放置在微重力的环境下进行融合、凝固，通入砂型铸造盒内进行浇筑成形，从而制得致密的合金金属棒，后进行拉丝制得金合金键合丝，以解决传统的键合金丝成本过高、抗拉强度较低的问题。

Description

一种高性能键合合金丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及封装材料技术领域，具体涉及一种高性能键合合金丝及其制备方法。

背景技术

键合丝作为封装用内引线，是集成电路和半导体分立器件的制造过程中必不可少的基础材料之一，起联接硅片电极与引线框架的外部引出端子、传递芯片电信号、散发芯片热量的作用。键合丝材质的好坏将直接影响焊接质量，从而决定封装器件的可靠性和稳定性；

传统的键合丝主要是由纯金材质制成，称为键合金丝，其具备优异的化学稳定性和导电导热性能，因而被广泛用作IC内引线，但随着国际金价的不断上涨，键合金丝的价格也一路攀升，导致终端产品的成本过高，不利于企业提高竞争力，除此之外，键合金丝的抗拉强度较低，因此在现有的键合金丝中加入一些其它的金属材料，从而制得一种金合金键合丝，不但能够提高其性能，同时能够降低金金属材料的消耗，从而降低成本，同时，在制成合金时，将合金原材料放置在微重力的环境下进行融合、凝固，能够进一步提高其性能；

因此，发明一种高性能键合合金丝及其制备方法很有必要。

发明内容

为此，本发明提供一种高性能键合合金丝及其制备方法，通过将各金属材料放置在微重力的环境下进行融合、凝固，通入砂型铸造盒内进行浇筑成形，从而制得致密的合金金属棒，后进行拉丝制得金合金键合丝，以解决传统的键合金丝成本过高、抗拉强度较低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能键合合金丝及其制备方法，包括合金锭熔炼-浇筑-拉丝-成品退火-覆膜-绕线及入库操作步骤，具体步骤如下：

步骤一：合金锭熔炼，按所需重量称取金合金键合丝原材料，金合金键合丝由以下重量比的金属材料组成:银15-30%，镍10-20%，钯1-2%，微量添加元素钙5-50ppm，铈10-200ppm和钽20-180ppm，其余含量为金，将原材料在真空且完全失重的环境下进行熔练成合金溶液，在完全失重的环境下，重力的减少会使动量对流削弱，从而使晶核数目减小，使晶体长大速度和尺寸增加，还会减少晶体中的缺陷，使各液体金属之间的密度差作用减小，重力偏析现象降低，从而便于难混合的金属在制成合金时均匀凝固；

步骤二：浇筑，将步骤一制得的合金溶液在微重力的环境下进行初步冷却，然后导入到砂型铸造箱中进行浇筑成形，形成直径为5-10mm的合金棒；

步骤三：拉丝，对步骤二得到的直径为5-10mm的合金棒进行拉丝，得到键合丝芯线；

步骤四：成品退火，在退火过程中采用氮气作为退火气氛，采用管式退火的方式对步骤三中所得的合金线进行退火，以消除合金线的内应力；

步骤五：覆膜，采用真空覆膜的方式，对合金丝表面进行覆膜；

步骤六：绕线及入库，用放线设备检验键合丝的放线和应力情况，合格后置于复绕机上将键合丝缠绕在键合丝轴上，用拉力试验机检验键合丝的机械性能是否符合要求，将检验合格的成品按照要求进行包；

步骤一中所述合金锭熔炼的具体操作步骤为；

S1：通过向坩埚内投入金合金键合丝的原材料，关闭盖体，拧紧紧定螺栓，同时转动磁性块，使磁性块与盖体顶部吸附，使坩埚与盖体固定在一起，从而确保坩埚内部为密封环境；

S2：打开气泵，抽取坩埚内部气体，使坩埚内部处于真空，同时给导电轨道通电，使正电极环、螺旋线圈、负电极环之间形成回路，使螺旋线圈产生涡流，基于涡流效应，给坩埚内部的金属原料加热；

S3：通过给第一固定线圈通入交变电流，交变电流产生交变磁场，因此，第二线圈则在交变磁场中感应出感生电流，根据楞次定律，感生电流与第一固定线圈电流存在斥力，内筒体在该斥力作用下获得加速度，最终沿着导电轨道向上运动；

S4：当内筒体运动到外筒体上部时，切断第一固定线圈内的交变电流，内筒体继续向上做减速运动，此时打开伺服电机，使搅棍能够加速坩埚内部的金属融化，当其运动到顶端时，坩埚内部的金属原料刚好融化，同时内筒体在重力的作用下向下运动，其运动加速度为重力加速度，正好处于完全失重态，即处于微重力状态；

S5：在内筒体运动到外筒体顶部时，提高通入螺旋线圈的电流，使坩埚内部的液态金属温度升高，同时关闭伺服电机，使内筒体做自由落体运动，在下落的过程中各个液态金属之间进行融合，从而形成液态合金，在融合的过程中，处于完全失重的状态下，此时相互互溶的液态金属之间动量对流削弱，使形成的合金晶核数目减小，晶体长大速度和尺寸增加，同时减少晶体中的缺陷；

S6：在内筒体即将接触到外筒体底部时，由于内筒体做自由落体运动，因此其瞬时速度过大，此时向第一固定线圈通入高压电流，使感生电流与第一固定线圈电流之间的斥力增大，从而延缓内筒体的下降速度，当内筒体底部的弧形底板与缓冲装置接触时，能够大大降低内筒体所受到的冲击力，保护了坩埚不受损坏；

步骤二中所述浇筑的具体操作步骤为；

S1：当步骤一中内筒体运动到外筒体底部时，由于第一固定线圈内部不断通入交变电流，因此内筒体在外筒体底部时，会加速向上运动，当其运动到外筒体顶端时，切断第一固定线圈的交变电流，同时切断通向导电轨道内的交变电流；

S2：在重力的作用下内筒体向下做自由落体运动，此时螺旋线圈停止给坩埚内部的液态金属加热，且液态金属处于真空环境中，因此液态合金会进行降温凝固，由于处于自由落体运动，因此其不受坩埚内壁影响，因此其过冷度增大，大的过冷度会使合金晶粒细化，形成没有枝晶特征的极细晶粒—微晶，有利于获得非晶和准晶组织，有优异的耐磨、耐蚀及超导性能，由于组成合金的各个液态金属均处于自由落体运动，因此其在融合凝固的过程中各液体金属之间的密度差作用减小，从而避免了由于合金中各组分的密度不同，在重力的作用下合金会出现重元素下沉、轻元素上浮的情况，即重力偏析现象，从而便于难混合的金属在制成合金时均匀凝固，提高合金的耐磨、抗震与抗压性能；

S3：由于坩埚内部的液体合金处于真空环境且不受坩埚内壁影响，因此易出现深过冷效应，因此坩埚内部的合金始终处于液态状态，当内筒体二次运动到外筒体底部时打开电磁阀，合金液缓慢流入到成形装置，从而在成形装置内形成直径为5-10mm的合金棒。

优选的，所述步骤一中合金锭熔炼的装置为冶炼装置，所述冶炼装置包括升举组件：还包括：与升举组件连接的炼金组件；

所述炼金组件包括上支撑环，所述上支撑环下表面固定安装有多组呈圆周阵列排布的支撑柱，多组所述支撑柱底部固定安装有同一个下支撑环，所述上支撑环外侧壁与正电极环固定连接，所述下支撑环外侧壁与负电极环固定连接，所述螺旋线圈两端分别与正电极环、负电极环输出端固定连接，所述螺旋线圈侧壁与多组支撑柱卡接。

优选的，所述坩埚与上支撑环上壁固定连接，所述坩埚顶部与盖体底部通过四组紧定螺栓固定连接，所述磁性块设有四组，且呈圆周阵列排布，四组所述磁性块底部均与上支撑环顶部转动连接，所述盖体上表面与气泵输出端固定连接，所述盖体上表面与伺服电机固定连接，所述伺服电机输出轴转动密封贯穿盖体上壁，且与搅棍固定连接，所述坩埚底部与电磁阀固定安装。

优选的，所述升举组件包括外筒体，所述外筒体内壁固定安装有第一固定线圈，所述第一固定线圈设有多组，多组所述第一固定线圈呈线性阵列排布，所述内筒体内侧壁与正电极环、负电极环外侧壁固定连接，且为正电极环与负电极环供电，所述内筒体外侧壁固定安装有第二线圈，所述第二线圈设有两组，所述导电轨道设有四组，四组所述导电轨道均固定贯穿外筒体，四组所述导电轨道均贯穿内筒体，且为内筒体供电，所述内筒体与四组导电轨道滑动连接，所述内筒体底部固定安装有四组弧形底板。

优选的，所述缓冲装置的具体工作方法为：

S1：当内筒体运动到外筒体底部时，内筒体底部的弧形底板与受压块接触，从而迫使受压块向下运动，使受压块底部的两组滑轨向外运动；

S2：滑轨带动支撑座向外运动，从而迫使转杆发生转动，缓冲装置整体下移，同时相邻两组缓冲装置两端都共同连接一个带孔方形块，带孔方形块两侧壁分别与两组缓冲装置的限位板固定连接，因此当支撑座向外运动时，限位柱也向外运动，此时位于支撑座与限位板之间的弹簧被压缩，从而起到了缓冲作用；

所述缓冲装置设有四组，且呈矩形排布，所述缓冲装置包括底座，所述底座设有两组，且呈对称排布，两组所述底座中部均通过弹性阻尼与转杆转动连接，两组所述转杆另一端均通过弹性阻尼与支撑座转动连接，两组所述支撑座顶端均与滑轨固定连接，所述受压块底部与两组滑轨滑动连接，两组所述支撑座外侧壁均固定安装有限位柱，所述弹簧套接在限位柱上，所述弹簧两端分别与支撑座、限位板侧壁固定连接，所述限位柱滑动贯穿限位板，相邻的两组所述限位柱侧壁设有同一个带孔方形块，所述限位柱滑动贯穿带孔方形块，所述带孔方形块两侧壁分别与两组限位板固定连接，所述受压块顶部与弧形底板底部活动接触。

优选的，所述成形装置的具体成形方法为：

S1：当电磁阀打开后，坩埚内的合金液通过液体接收管流入到砂型铸造盒内，砂型铸造盒内部充满型砂，当合金液通过液体接收管会流入到第一液流圆孔内，同时通过第一液流圆孔流入金属棒成形区内；

S2：当合金液充满金属棒成形区后，多余的合金液将流向第二液流圆孔内，同理当第二液流圆孔内也充满合金液时，第二液流圆孔内的合金液会回流至金属棒成形区，从而使金属棒成形区内能够形成致密的合金棒材；

S3：当合金液流向第一液流圆孔时，会通过底部的通孔，流向其它的第一液流圆孔，从而使砂型铸造盒内的每一个金属棒成形区都能形成致密的合金棒材；

成形装置包括砂型铸造盒，所述砂型铸造盒内部充满型砂，所述砂型铸造盒顶部与液体接收管固定连接，所述液体接收管顶部与坩埚输出端卡接，所述砂型铸造盒中部开设有多组第一液流圆孔，多组所述第一液流圆孔呈线性阵列排布，所述砂型铸造盒两端均设有多组第二液流圆孔，位于砂型铸造盒两端的所述第二液流圆孔与位于砂型铸造盒中部的第一液流圆孔位于同一平面，所述第一液流圆孔与第二液流圆孔之间开设有多组金属棒成形区，多组所述金属棒成形区平行设置，且有斜角设置，相邻的两组所述第一液流圆孔之间均开设有通孔。

优选的，所述外筒体外侧壁设有基架，所述外筒体外侧壁与基架固定连接。

优选的，一种高性能键合合金丝由一种高性能键合合金丝的制备方法制得。

本发明的有益效果是：

金属原材料在坩埚内做自由落体运动时，由于坩埚内处于真空态，因此在下落的过程中各个液态金属之间进行融合，从而形成液态合金，在融合的过程中，处于完全失重的状态下，此时相互互溶的液态金属之间动量对流削弱，使形成的合金晶核数目减小，晶体长大速度和尺寸增加，同时减少晶体中的缺陷；

当合金溶液伴随坩埚做二次自由落体运动时，由于螺旋线圈停止给坩埚内部的液态金属加热，且液态金属处于真空环境中，因此液态合金会进行降温凝固，由于处于自由落体运动，因此其不受坩埚内壁影响，因此其过冷度增大，大的过冷度会使合金晶粒细化，形成没有枝晶特征的极细晶粒—微晶，有利于获得非晶和准晶组织，有优异的耐磨、耐蚀及超导性能，由于组成合金的各个液态金属均处于自由落体运动，因此其在融合凝固的过程中各液体金属之间的密度差作用减小，从而避免了由于合金中各组分的密度不同，在重力的作用下合金会出现重元素下沉、轻元素上浮的情况，即重力偏析现象，从而便于难混合的金属在制成合金时均匀凝固，提高合金的耐磨、抗震与抗压性能；

砂型铸造盒内金属棒成形区有斜角设置，在进行合金液浇筑时合金液会进行倾斜浇筑，从而使合金液在重力作用下能够快速流动，解决了水平浇注带来的合金液流动性差，垂直浇注时制得的合金棒易出现气泡孔的问题，同时增加了合金液的储存量，同时在金属棒成形区两侧分别设置第一液流圆孔和第二液流圆孔，使金属棒成形区内的合金液散热变慢（第一液流圆孔和第二液流圆孔能够进行补充），解决了砂型铸造合金液的散热问题，利于储存热量，减小了砂型的散热速度，延长了合金液的流动时间。

附图说明

图1为本发明提供的该装置的结构示意图；

图2为本发明提供的该装置的内部结构示意图；

图3为本发明提供的该装置的底部结构示意图；

图4为本发明提供的外筒体的部分剖视图；

图5为本发明提供的内筒体的部分剖视图；

图6为本发明提供的炼金组件的结构示意图；

图7为本发明提供的坩埚的部分剖视图；

图8为本发明提供的砂型铸造盒的正剖视图；

图9为本发明提供的砂型铸造盒的左剖视图；

图10为本发明提供的缓冲装置的结构示意图。

图中：冶炼装置100、炼金组件110、上支撑环111、支撑柱112、下支撑环113、正电极环114、负电极环115、螺旋线圈116、弧形底板117、坩埚120、盖体121、紧定螺栓122、磁性块123、气泵124、伺服电机125、搅棍126、电磁阀127、升举组件130、外筒体131、第一固定线圈132、内筒体133、第二线圈134、导电轨道135、缓冲装置200、底座210、转杆220、支撑座230、滑轨240、受压块250、限位柱260、限位板270、弹簧280、带孔方形块290、成形装置300、砂型铸造盒310、第一液流圆孔311、第二液流圆孔312、金属棒成形区313、通孔314、液体接收管320、基架400。

实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参照附图1-10，本发明提供的一种高性能键合合金丝及其制备方法，包括合金锭熔炼-浇筑-拉丝-成品退火-覆膜-绕线及入库操作步骤，具体步骤如下：

步骤一：合金锭熔炼，按所需重量称取金合金键合丝原材料，金合金键合丝由以下重量比的金属材料组成:银15-30%，镍10-20%，钯1-2%，微量添加元素钙5-50ppm，铈10-200ppm和钽20-180ppm，其余含量为金，将原材料在真空且完全失重的环境下进行熔练成合金溶液，在完全失重的环境下，重力的减少会使动量对流削弱，从而使晶核数目减小，使晶体长大速度和尺寸增加，还会减少晶体中的缺陷，使各液体金属之间的密度差作用减小，重力偏析现象降低，从而便于难混合的金属在制成合金时均匀凝固；

步骤二：浇筑，将步骤一制得的合金溶液在微重力的环境下进行初步冷却，然后导入到砂型铸造箱中进行浇筑成形，形成直径为5-10mm的合金棒；

步骤三：拉丝，对步骤二得到的直径为5-10mm的合金棒进行拉丝，得到键合丝芯线；

步骤四：成品退火，在退火过程中采用氮气作为退火气氛，采用管式退火的方式对步骤三中所得的合金线进行退火，以消除合金线的内应力；

步骤五：覆膜，采用真空覆膜的方式，对合金丝表面进行覆膜；

步骤六：绕线及入库，用放线设备检验键合丝的放线和应力情况，合格后置于复绕机上将键合丝缠绕在键合丝轴上，用拉力试验机检验键合丝的机械性能是否符合要求，将检验合格的成品按照要求进行包；

进一步地，步骤一中合金锭熔炼的装置为冶炼装置100，冶炼装置100包括升举组件130：还包括：与升举组件130连接的炼金组件110；

炼金组件110包括上支撑环111，上支撑环111下表面固定安装有多组呈圆周阵列排布的支撑柱112，多组支撑柱112底部固定安装有同一个下支撑环113，上支撑环111外侧壁与正电极环114固定连接，下支撑环113外侧壁与负电极环115固定连接，螺旋线圈116两端分别与正电极环114、负电极环115输出端固定连接，螺旋线圈116侧壁与多组支撑柱112卡接，坩埚120与上支撑环111上壁固定连接，坩埚120顶部与盖体121底部通过四组紧定螺栓122固定连接，磁性块123设有四组，且呈圆周阵列排布，四组磁性块123底部均与上支撑环111顶部转动连接，盖体121上表面与气泵124输出端固定连接，盖体121上表面与伺服电机125固定连接，伺服电机125输出轴转动密封贯穿盖体121上壁，且与搅棍126固定连接，坩埚120底部与电磁阀127固定安装，具体的，通过向坩埚120内投入金合金键合丝的原材料，关闭盖体121，拧紧紧定螺栓122，同时转动磁性块123，使磁性块123与盖体121顶部吸附，使坩埚120与盖体121固定在一起，从而确保坩埚120内部为密封环境，打开气泵124，抽取坩埚120内部气体，使坩埚120内部处于真空，同时给导电轨道135通电，使正电极环114、螺旋线圈116、负电极环115之间形成回路，使螺旋线圈116产生涡流，基于涡流效应，给坩埚120内部的金属原料加热，通过给第一固定线圈132通入交变电流，交变电流产生交变磁场，因此，第二线圈134则在交变磁场中感应出感生电流，根据楞次定律，感生电流与第一固定线圈132电流存在斥力，内筒体133在该斥力作用下获得加速度，最终沿着导电轨道135向上运动，当内筒体133运动到外筒体131上部时，切断第一固定线圈132内的交变电流，内筒体133继续向上做减速运动，此时打开伺服电机125，使搅棍126能够加速坩埚120内部的金属融化，当其运动到顶端时，坩埚120内部的金属原料刚好融化，同时内筒体133在重力的作用下向下运动，其运动加速度为重力加速度，正好处于完全失重态，即处于微重力状态，在内筒体133运动到外筒体131顶部时，提高通入螺旋线圈116的电流，使坩埚120内部的液态金属温度升高，同时关闭伺服电机125，使内筒体133做自由落体运动，在内筒体133即将接触到外筒体131底部时，由于内筒体133做自由落体运动，因此其瞬时速度过大，此时向第一固定线圈132通入高压电流，使感生电流与第一固定线圈132电流之间的斥力增大，从而延缓内筒体133的下降速度，当内筒体133底部的弧形底板117与缓冲装置200接触时，能够大大降低内筒体133所受到的冲击力，保护了坩埚120不受损坏，当内筒体133运动到外筒体131底部时，由于第一固定线圈132内部不断通入交变电流，因此内筒体133在外筒体131底部时，会加速向上运动，当其运动到外筒体131顶端时，切断第一固定线圈132的交变电流，同时切断通向导电轨道135内的交变电流，在重力的作用下内筒体133向下做自由落体运动，此时螺旋线圈116停止给坩埚120内部的液态金属加热，且液态金属处于真空环境中，因此液态合金会进行降温凝固，由于处于自由落体运动，因此其不受坩埚120内壁影响，由于坩埚120内部的液体合金处于真空环境且不受坩埚120内壁影响，因此易出现深过冷效应，因此坩埚120内部的合金始终处于液态状态，当内筒体133二次运动到外筒体131底部时打开电磁阀127，合金液缓慢流入到成形装置300，从而在成形装置300内形成直径为5-10mm的合金棒，特别的，搅棍126与电磁阀127阀芯的材料均为石英，盖体121上部设有与磁性块123磁性连接的磁区。

进一步地，升举组件130包括外筒体131，外筒体131内壁固定安装有第一固定线圈132，第一固定线圈132设有多组，多组第一固定线圈132呈线性阵列排布，内筒体133内侧壁与正电极环114、负电极环115外侧壁固定连接，且为正电极环114与负电极环115供电，内筒体133外侧壁固定安装有第二线圈134，第二线圈134设有两组，导电轨道135设有四组，四组导电轨道135均固定贯穿外筒体131，四组导电轨道135均贯穿内筒体133，且为内筒体133供电，内筒体133与四组导电轨道135滑动连接，内筒体133底部固定安装有四组弧形底板117，具体的，通过给第一固定线圈132通入交变电流，交变电流产生交变磁场，因此，第二线圈134则在交变磁场中感应出感生电流，根据楞次定律，感生电流与第一固定线圈132电流存在斥力，内筒体133在该斥力作用下获得加速度，最终沿着导电轨道135向上运动，特别的，内筒体133有两层设置，其外层绝缘且第二线圈134位于绝缘层，其内层导电性较好，且导电轨道135与内层连接。

进一步地，缓冲装置200设有四组，且呈矩形排布，缓冲装置200包括底座210，底座210设有两组，且呈对称排布，两组底座210中部均通过弹性阻尼与转杆220转动连接，两组转杆220另一端均通过弹性阻尼与支撑座230转动连接，两组支撑座230顶端均与滑轨240固定连接，受压块250底部与两组滑轨240滑动连接，两组支撑座230外侧壁均固定安装有限位柱260，弹簧280套接在限位柱260上，弹簧280两端分别与支撑座230、限位板270侧壁固定连接，限位柱260滑动贯穿限位板270，相邻的两组限位柱260侧壁设有同一个带孔方形块290，限位柱260滑动贯穿带孔方形块290，带孔方形块290两侧壁分别与两组限位板270固定连接，受压块250顶部与弧形底板117底部活动接触，具体的，当内筒体133运动到外筒体131底部时，内筒体133底部的弧形底板117与受压块250接触，从而迫使受压块250向下运动，使受压块250底部的两组滑轨240向外运动，滑轨240带动支撑座230向外运动，从而迫使转杆220发生转动，缓冲装置200整体下移，同时相邻两组缓冲装置200两端都共同连接一个带孔方形块290，带孔方形块290两侧壁分别与两组缓冲装置200的限位板270固定连接，因此当支撑座230向外运动时，限位柱260也向外运动，此时位于支撑座230与限位板270之间的弹簧280被压缩，从而起到了缓冲作用。

进一步地，成形装置300包括砂型铸造盒310，砂型铸造盒310内部充满型砂，砂型铸造盒310顶部与液体接收管320固定连接，液体接收管320顶部与坩埚120输出端卡接，砂型铸造盒310中部开设有多组第一液流圆孔311，多组第一液流圆孔311呈线性阵列排布，砂型铸造盒310两端均设有多组第二液流圆孔312，位于砂型铸造盒310两端的第二液流圆孔312与位于砂型铸造盒310中部的第一液流圆孔311位于同一平面，第一液流圆孔311与第二液流圆孔312之间开设有多组金属棒成形区313，多组金属棒成形区313平行设置，且有斜角设置，金属棒成形区313设置斜角避免了当进行水平浇筑时合金液的流动性差，而致使制得的合金棒不致密，垂直浇注时，制得的合金棒易出现气泡孔的问题，相邻的两组第一液流圆孔311之间均开设有通孔314，具体的，当电磁阀127打开后，坩埚120内的合金液通过液体接收管320流入到砂型铸造盒310内，砂型铸造盒310内部充满型砂，当合金液通过液体接收管320会流入到第一液流圆孔311内，同时通过第一液流圆孔311流入金属棒成形区313内，当合金液充满金属棒成形区313后，多余的合金液将流向第二液流圆孔312内，同理当第二液流圆孔312内也充满合金液时，第二液流圆孔312内的合金液会回流至金属棒成形区313，从而使金属棒成形区313内能够形成致密的合金棒材，当合金液流向第一液流圆孔311时，会通过底部的通孔314，流向其它的第一液流圆孔311，从而使砂型铸造盒310内的每一个金属棒成形区313都能形成致密的合金棒材。

进一步地，外筒体131外侧壁设有基架400，外筒体131外侧壁与基架400固定连接，具体的，基架400为外筒体131提供支撑。

进一步地，一种高性能键合合金丝由一种高性能键合合金丝的制备方法制得。

本发明的使用过程如下：本领域技术人员通过向坩埚120内投入金合金键合丝的原材料，关闭盖体121，拧紧紧定螺栓122，同时转动磁性块123，使磁性块123与盖体121顶部吸附，使坩埚120与盖体121固定在一起，从而确保坩埚120内部为密封环境，打开气泵124，抽取坩埚120内部气体，使坩埚120内部处于真空，同时给导电轨道135通电，使正电极环114、螺旋线圈116、负电极环115之间形成回路，使螺旋线圈116产生涡流，基于涡流效应，给坩埚120内部的金属原料加热，通过给第一固定线圈132通入交变电流，交变电流产生交变磁场，因此，第二线圈134则在交变磁场中感应出感生电流，根据楞次定律，感生电流与第一固定线圈132电流存在斥力，内筒体133在该斥力作用下获得加速度，最终沿着导电轨道135向上运动，当内筒体133运动到外筒体131上部时，切断第一固定线圈132内的交变电流，内筒体133继续向上做减速运动，此时打开伺服电机125，使搅棍126能够加速坩埚120内部的金属融化，当其运动到顶端时，坩埚120内部的金属原料刚好融化，同时内筒体133在重力的作用下向下运动，其运动加速度为重力加速度，正好处于完全失重态，即处于微重力状态，在内筒体133运动到外筒体131顶部时，提高通入螺旋线圈116的电流，使坩埚120内部的液态金属温度升高，同时关闭伺服电机125，使内筒体133做自由落体运动，在下落的过程中各个液态金属之间进行融合，从而形成液态合金，在融合的过程中，处于完全失重的状态下，此时相互互溶的液态金属之间动量对流削弱，使形成的合金晶核数目减小，晶体长大速度和尺寸增加，同时减少晶体中的缺陷，在内筒体133即将接触到外筒体131底部时，由于内筒体133做自由落体运动，因此其瞬时速度过大，此时向第一固定线圈132通入高压电流，使感生电流与第一固定线圈132电流之间的斥力增大，从而延缓内筒体133的下降速度，当内筒体133底部的弧形底板117与与受压块250接触，从而迫使受压块250向下运动，使受压块250底部的两组滑轨240向外运动，滑轨240带动支撑座230向外运动，从而迫使转杆220发生转动，缓冲装置200整体下移，同时相邻两组缓冲装置200两端都共同连接一个带孔方形块290，带孔方形块290两侧壁分别与两组缓冲装置200的限位板270固定连接，因此当支撑座230向外运动时，限位柱260也向外运动，此时位于支撑座230与限位板270之间的弹簧280被压缩，从而起到了缓冲作用，能够大大降低内筒体133所受到的冲击力，保护了坩埚120不受损坏，当内筒体133运动到外筒体131底部时，由于第一固定线圈132内部不断通入交变电流，因此内筒体133在外筒体131底部时，会加速向上运动，当其运动到外筒体131顶端时，切断第一固定线圈132的交变电流，同时切断通向导电轨道135内的交变电流，在重力的作用下内筒体133向下做自由落体运动，此时螺旋线圈116停止给坩埚120内部的液态金属加热，且液态金属处于真空环境中，因此液态合金会进行降温凝固，由于处于自由落体运动，因此其不受坩埚120内壁影响，因此其过冷度增大，大的过冷度会使合金晶粒细化，形成没有枝晶特征的极细晶粒—微晶，有利于获得非晶和准晶组织，有优异的耐磨、耐蚀及超导性能，由于组成合金的各个液态金属均处于自由落体运动，因此其在融合凝固的过程中各液体金属之间的密度差作用减小，从而避免了由于合金中各组分的密度不同，在重力的作用下合金会出现重元素下沉、轻元素上浮的情况，即重力偏析现象，从而便于难混合的金属在制成合金时均匀凝固，提高合金的耐磨、抗震与抗压性能，由于坩埚120内部的液体合金处于真空环境且不受坩埚120内壁影响，因此易出现深过冷效应，因此坩埚120内部的合金始终处于液态状态，当内筒体133二次运动到外筒体131底部时打开电磁阀127，坩埚120内的合金液通过液体接收管320流入到砂型铸造盒310内，砂型铸造盒310内部充满型砂，当合金液通过液体接收管320会流入到第一液流圆孔311内，同时通过第一液流圆孔311流入金属棒成形区313内，当合金液充满金属棒成形区313后，多余的合金液将流向第二液流圆孔312内，同理当第二液流圆孔312内也充满合金液时，第二液流圆孔312内的合金液会回流至金属棒成形区313，从而使金属棒成形区313内能够形成致密的合金棒材，当合金液流向第一液流圆孔311时，会通过底部的通孔314，流向其它的第一液流圆孔311，从而使砂型铸造盒310内的每一个金属棒成形区313都能形成致密的合金棒材，从而得到致密的直径为5-10mm的合金棒。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种高性能键合合金丝的制备方法，其特征在于，包括合金锭熔炼-浇筑-拉丝-成品退火-覆膜-绕线及入库操作步骤，具体步骤如下：

步骤一：合金锭熔炼，按所需重量称取金合金键合丝原材料，金合金键合丝由以下重量比的金属材料组成:银15-30%，镍10-20%，钯1-2%，微量添加元素钙5-50ppm，铈10-200ppm和钽20-180ppm，其余含量为金，将原材料在真空且完全失重的环境下进行熔练成合金溶液；

步骤二：浇筑，将步骤一制得的合金溶液在完全失重的环境下进行初步冷却，然后导入到砂型铸造箱中进行浇筑成形，形成直径为5-10mm的合金棒；

步骤三：拉丝，对步骤二得到的直径为5-10mm的合金棒进行拉丝，得到键合丝芯线；

步骤四：成品退火，在退火过程中采用氮气作为退火气氛，采用管式退火的方式对步骤三中所得的合金线进行退火；

步骤五：覆膜，采用真空覆膜的方式，对合金丝表面进行覆膜；

步骤六：绕线及入库，用放线设备检验键合丝的放线和应力情况，合格后置于复绕机上将键合丝缠绕在键合丝轴上，用拉力试验机检验键合丝的机械性能是否符合要求，将检验合格的成品按照要求进行包；

步骤一中所述合金锭熔炼的具体操作步骤为；

S1：通过向坩埚（120）内投入金合金键合丝的原材料，关闭盖体（121），拧紧紧定螺栓（122），同时转动磁性块（123），使磁性块（123）与盖体（121）顶部吸附，使坩埚（120）与盖体（121）固定在一起，从而确保坩埚（120）内部为密封环境；

S2：打开气泵（124），抽取坩埚（120）内部气体，使坩埚（120）内部处于真空，同时给导电轨道（135）通电，使正电极环（114）、螺旋线圈（116）、负电极环（115）之间形成回路，使螺旋线圈（116）产生涡流，基于涡流效应，给坩埚（120）内部的金属原料加热；

S3：通过给第一固定线圈（132）通入交变电流，交变电流产生交变磁场，因此，第二线圈（134）则在交变磁场中感应出感生电流，根据楞次定律，感生电流与第一固定线圈（132）电流存在斥力，内筒体（133）在该斥力作用下获得加速度，最终沿着导电轨道（135）向上运动；

S4：当内筒体（133）运动到外筒体（131）上部时，切断第一固定线圈（132）内的交变电流，内筒体（133）继续向上做减速运动，此时打开伺服电机（125），使搅棍（126）能够加速坩埚（120）内部的金属融化，当其运动到顶端时，坩埚（120）内部的金属原料刚好融化，同时内筒体（133）在重力的作用下向下运动，其运动加速度为重力加速度，正好处于完全失重态；

S5：在内筒体（133）运动到外筒体（131）顶部时，提高通入螺旋线圈（116）的电流，使坩埚（120）内部的液态金属温度升高，同时关闭伺服电机（125），使内筒体（133）做自由落体运动；

S6：在内筒体（133）即将接触到外筒体（131）底部时，由于内筒体（133）做自由落体运动，因此其瞬时速度过大，此时向第一固定线圈（132）通入高压电流，使感生电流与第一固定线圈（132）电流之间的斥力增大，从而延缓内筒体（133）的下降速度，当内筒体（133）底部的弧形底板（117）与缓冲装置（200）接触时，能够大大降低内筒体（133）所受到的冲击力，保护了坩埚（120）不受损坏；

步骤二中所述浇筑的具体操作步骤为；

S1：当步骤一中内筒体（133）运动到外筒体（131）底部时，由于第一固定线圈（132）内部不断通入交变电流，因此内筒体（133）在外筒体（131）底部时，会加速向上运动，当其运动到外筒体（131）顶端时，切断第一固定线圈（132）的交变电流，同时切断通向导电轨道（135）内的交变电流；

S2：在重力的作用下内筒体（133）向下做自由落体运动，此时螺旋线圈（116）停止给坩埚（120）内部的液态金属加热，且液态金属处于真空环境中，因此液态合金会进行降温凝固，由于处于自由落体运动，因此其不受坩埚（120）内壁影响，因此其过冷度增大；

S3：由于坩埚（120）内部的液体合金处于真空环境且不受坩埚（120）内壁影响，因此易出现深过冷效应，因此坩埚（120）内部的合金始终处于液态状态，当内筒体（133）二次运动到外筒体（131）底部时打开电磁阀（127），合金液缓慢流入到成形装置（300），从而在成形装置（300）内形成直径为5-10mm的合金棒。

2.根据权利要求1所述的一种高性能键合合金丝的制备方法，其特征在于：所述步骤一中合金锭熔炼的装置为冶炼装置（100），所述冶炼装置（100）包括升举组件（130）：还包括：与升举组件（130）连接的炼金组件（110）；

所述炼金组件（110）包括上支撑环（111），所述上支撑环（111）下表面固定安装有多组呈圆周阵列排布的支撑柱（112），多组所述支撑柱（112）底部固定安装有同一个下支撑环（113），所述上支撑环（111）外侧壁与正电极环（114）固定连接，所述下支撑环（113）外侧壁与负电极环（115）固定连接，所述螺旋线圈（116）两端分别与正电极环（114）、负电极环（115）输出端固定连接，所述螺旋线圈（116）侧壁与多组支撑柱（112）卡接。

3.根据权利要求2所述的一种高性能键合合金丝的制备方法，其特征在于：所述坩埚（120）与上支撑环（111）上壁固定连接，所述坩埚（120）顶部与盖体（121）底部通过四组紧定螺栓（122）固定连接，所述磁性块（123）设有四组，且呈圆周阵列排布，四组所述磁性块（123）底部均与上支撑环（111）顶部转动连接，所述盖体（121）上表面与气泵（124）输出端固定连接，所述盖体（121）上表面与伺服电机（125）固定连接，所述伺服电机（125）输出轴转动密封贯穿盖体（121）上壁，且与搅棍（126）固定连接，所述坩埚（120）底部与电磁阀（127）固定安装。

4.根据权利要求2所述的一种高性能键合合金丝的制备方法，其特征在于：所述升举组件（130）包括外筒体（131），所述外筒体（131）内壁固定安装有第一固定线圈（132），所述第一固定线圈（132）设有多组，多组所述第一固定线圈（132）呈线性阵列排布，所述内筒体（133）内侧壁与正电极环（114）、负电极环（115）外侧壁固定连接，且为正电极环（114）与负电极环（115）供电，所述内筒体（133）外侧壁固定安装有第二线圈（134），所述第二线圈（134）设有两组，所述导电轨道（135）设有四组，四组所述导电轨道（135）均固定贯穿外筒体（131），四组所述导电轨道（135）均贯穿内筒体（133），且为内筒体（133）供电，所述内筒体（133）与四组导电轨道（135）滑动连接，所述内筒体（133）底部固定安装有四组弧形底板（117）。

5.根据权利要求4所述的一种高性能键合合金丝的制备方法，其特征在于，所述缓冲装置（200）的具体工作方法为：

S1：当内筒体（133）运动到外筒体（131）底部时，内筒体（133）底部的弧形底板（117）与受压块（250）接触，从而迫使受压块（250）向下运动，使受压块（250）底部的两组滑轨（240）向外运动；

S2：滑轨（240）带动支撑座（230）向外运动，从而迫使转杆（220）发生转动，缓冲装置（200）整体下移，同时相邻两组缓冲装置（200）两端都共同连接一个带孔方形块（290），带孔方形块（290）两侧壁分别与两组缓冲装置（200）的限位板（270）固定连接，因此当支撑座（230）向外运动时，限位柱（260）也向外运动，此时位于支撑座（230）与限位板（270）之间的弹簧（280）被压缩，从而起到了缓冲作用；

所述缓冲装置（200）设有四组，且呈矩形排布，所述缓冲装置（200）包括底座（210），所述底座（210）设有两组，且呈对称排布，两组所述底座（210）中部均通过弹性阻尼与转杆（220）转动连接，两组所述转杆（220）另一端均通过弹性阻尼与支撑座（230）转动连接，两组所述支撑座（230）顶端均与滑轨（240）固定连接，所述受压块（250）底部与两组滑轨（240）滑动连接，两组所述支撑座（230）外侧壁均固定安装有限位柱（260），所述弹簧（280）套接在限位柱（260）上，所述弹簧（280）两端分别与支撑座（230）、限位板（270）侧壁固定连接，所述限位柱（260）滑动贯穿限位板（270），相邻的两组所述限位柱（260）侧壁设有同一个带孔方形块（290），所述限位柱（260）滑动贯穿带孔方形块（290），所述带孔方形块（290）两侧壁分别与两组限位板（270）固定连接，所述受压块（250）顶部与弧形底板（117）底部活动接触。

6.根据权利要求1所述的一种高性能键合合金丝的制备方法，其特征在于：所述成形装置（300）的具体成形方法为：

S1：当电磁阀（127）打开后，坩埚（120）内的合金液通过液体接收管（320）流入到砂型铸造盒（310）内，砂型铸造盒（310）内部充满型砂，当合金液通过液体接收管（320）会流入到第一液流圆孔（311）内，同时通过第一液流圆孔（311）流入金属棒成形区（313）内；

S2：当合金液充满金属棒成形区（313）后，多余的合金液将流向第二液流圆孔（312）内，同理当第二液流圆孔（312）内也充满合金液时，第二液流圆孔（312）内的合金液会回流至金属棒成形区（313），从而使金属棒成形区（313）内能够形成致密的合金棒材；

S3：当合金液流向第一液流圆孔（311）时，会通过底部的通孔（314），流向其它的第一液流圆孔（311），从而使砂型铸造盒（310）内的每一个金属棒成形区（313）都能形成致密的合金棒材；

所述成形装置（300）包括砂型铸造盒（310），所述砂型铸造盒（310）内部充满型砂，所述砂型铸造盒（310）顶部与液体接收管（320）固定连接，所述液体接收管（320）顶部与坩埚（120）输出端卡接，所述砂型铸造盒（310）中部开设有多组第一液流圆孔（311），多组所述第一液流圆孔（311）呈线性阵列排布，所述砂型铸造盒（310）两端均设有多组第二液流圆孔（312），位于砂型铸造盒（310）两端的所述第二液流圆孔（312）与位于砂型铸造盒（310）中部的第一液流圆孔（311）位于同一平面，所述第一液流圆孔（311）与第二液流圆孔（312）之间开设有多组金属棒成形区（313），多组所述金属棒成形区（313）平行设置，且有斜角设置，相邻的两组所述第一液流圆孔（311）之间均开设有通孔（314）。

7.根据权利要求1所述的一种高性能键合合金丝的制备方法，其特征在于：所述外筒体（131）外侧壁设有基架（400），所述外筒体（131）外侧壁与基架（400）固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种高性能键合合金丝，其特征在于：由权利要求1-7任意一项所述的一种高性能键合合金丝的制备方法制得。

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