2013大学生创新创业训练计划申报表（王晨旭、胡望意）(1) - 图文

大学生创新创业训练计划申报表

项目名称：项目内容：负 责 人：学 院：专 业：指导老师：申报日期：SiC对Cu-Fe-P合金组织及性能的影响■创新训练项目 □创业训练项目

□创业实践项目

王晨旭 材料科学与工程学院 金属材料工程 蔡薇 2013.5.16

教务处制

一、简表

项目名称 项目来源 项目类别 学科类别 项目实施时间 姓名 SiC对Cu-Fe-P合金组织及性能的影响 A．自主研发 B.他人授权 C其它 ■科研 □教学 □设计 □工程 □自选 □其它 ■工学 □理学 □文学 □管理 □经济 □其它 起始时间： 2013 年 9 月 完成时间： 2014 年 5 月 学号 （完整） 年级 学院 专业 联系电话 E-mail 申请团队（第一位为负责人） 王晨旭 20101168 2010级 胡望意 20111737 2011级 材料科金属电话：15216104480 学与工材料E-mail: wcxv01xylmm@163.com 程学院 工程 材料科金属电话：18270716355 学与工材料E-mail:1264263458@qq.com 程学院 工程 年龄 51 职称 教授 联系电话 15179759936 指导教师姓名 蔡薇 学院或部门 （教研室） 材料科学与工程学院（金属材料） 主要研究课题及成果：（有2位以上指导教师时，分别填写） 获奖： 1. 高耐蚀铝黄铜关键技术研究开发与产业化，2012年中国有色金属工业科学技术进步一等奖；第二 2. 1994. 12《模拟法挤压铝型材挤压模具研究》获中国有色工业总公司，科技进步三等奖，第二 3. 1999.7《铝型材挤压模具工作带化学抛光工艺研究》获国家有色金属工业局部级科技进步三等奖，第二 课题： 1. 江西省自然科学基金项目《弹性耐蚀稀土黄铜研究》江西省科技厅、编号：2009GZC0048、2010年～2012； 2. 福建省龙岩市科技局，龙财字[2008]85号，《高精度铜箔关键技术研究》2009.9年～2011.1年； 3. 江西省自然科学基金项目《铜合金异型材高温挤压塑性变形》江西省科技厅；编号：550033、2005年～2006。 获批专利： 1. 柳瑞清、蔡薇、肖翔鹏. 一种含稀土添加元素的无镍白铜合金及其板材制备方法.专利号：ZL 2010 1 0262393.5，授权公告日：2011.9.21 2. 蔡薇、柳瑞清、刘仁辉、许洪胤、李莉、吴语. 一种黄铜表面无铬钝化技术，专利号：ZL 2010 1 0595972.1；授权公告日：2013.1.30 3. 柳瑞清，蔡薇，吴语，彭丽军. 一种新型高弹性铜镍锰合金及其制备方法，专利号：ZL 2010 1 056459.8；授权公告日：2013.1.30 申报理由（包括自身具备的知识条件、特长、兴趣、已有的实践创新成果等。） 已经学习了基本的金属材料科学的专业知识，基本了解了金属材料实验研究的技术方法，对金属材料的实验研究及新材料的开发具有浓厚的兴趣。 参与了“Cu-15Ni-28Zn-13Mn-Co合金的制备与加工性能研究”课题的研究。 2012-2013学年获2013年第十三届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛江西理工大学赛区优胜奖、获江西理工大学专业素质拓展平台之“楚江杯”第二届科技论文大赛材料科学与工程学院三等奖。 项目简介（300-500字左右）： 引线框架是半导体元器件和集成电路（IC）的主要材料，起到支撑芯片、传输信号和散热的作用。目前电子元器件都朝着高密度化、小型化、大功率化方向发展，对引线框架材料的功能、性能提出了更高的要求。Cu-Fe-P系列合金是铜基合金引线框架材料中使用最多最广的一种，约占整个引线框架材料用量的65％以上。它的工艺性能优良、价格低廉，能满足引线框架多种性能要求。这种合金是典型的析出强化型合金，其利用Fe在铜中的固溶度随温度变化有较大的差异来提高合金导电导热性。但是Cu-Fe-P合金的强度不高、导电性能也不够优异，属于中强中导型铜合金，难以满足不断发展的电子产业对引线框架材料功能、性能等多方面越来越高的需求。本项目在Cu-Fe-P合金添加SiC，目的是进一步提高合金的强度，同时不降低合金的导电性。通过研究热处理工艺，得到一种高强度、高导电率的新Cu-Fe-P合金。前期的探索性试验结果显示，SiC能提高合金的力学性能，同时不影响合金的电导率，说明该研究具有很好的研究前景。该研究能促进我国高强高导铜合金产业的发展，降低高强导电铜合金生产成本，缩短国内引线框架材料在研究、产业化等方面国外的差距。 项目特色与创新点： 在本项目中，采用的SiC来源广泛、价格低廉，有利于实现产业化。无机非金属材料和铜合金的结合是本课题的一个创新点，预期能够利用通过向Cu-Fe-P合金中添加SiC后的合金，从而加快我国高强中导、高强高导等高精铜合金引线框架材料的发展。 对项目成员的要求： （1）服从组织安排，包括相关规定及实验任务、时间的安排； （2）对项目研究具有浓厚兴趣，勤于查阅文献，积极参与实验及探讨； （3）对试验过程中发现的问题能与其他同学互相沟通、商量解决问题的办法。 二、立项依据

（包括项目的研究意义、现状分析，并附主要参考文献及出处） 本项目以引线框架材料为研究对象。引线框架材料的研究已经取得一定进展，优良综合性能材料的研制技术已达到较高水平。铜及其合金作为引线框架首选材料已为人们共识，因此相对于研发新型材料体系而言，探索铜合金新的成分体系、新的制备工艺将更有吸引力。 目前，电子产品向着高密度化、小型化、大功率化的方向发展，对引线框架材料的性能也提出了更高的要求，我国近年来电子产业的迅猛发展使得对作为集成电路核心的引线框架材料材料的产量和性能提出了更高的要求。铜合金以其优良的综合性能和低廉的价格，获得了广大企业的青睐，成为应用最广泛的引线框架材料。我国引线框架市场需求虽大，高精引线框架铜带材却还是主要依赖进口，所以，研究、生产高性能的引线框架材料对我国的集成电路产业、电子产业具有经济、战略双重意义。 集成电路、大规模集成电路以及超大规模集成电路的不断涌现，使得铜合金引线框架材料越来越受重视。即使在欧美经济疲软、制造产能过剩的2011年，国内集成电路市场规模为8065.6亿元，同比增长9.7%，高于全球的1.3%。然而，目前引线框架材料的核心技术还是主要被日本、美国、德国、法国和英国所掌握。我国引线框架市场需求虽大，高精引线框架铜带材却还是主要依赖进口，我国的高强高导引线框架材料的研究还远落后于欧美发达国家，若不改善这一现状，必然阻碍我国电子产业的发展，影响我国现代化建设的进程。 20世纪80年代以来的30余年中，铜合金因其具有高导电、高导热及价格低等特点，逐渐代替可伐合金与FeNi42合金，成为制造引线框架的主要材料，随着集成电路由陶瓷封装向塑料封装发展，与塑封相匹配的铜基合金引线框架的用量不断增大，已占到80％左右，已开发出的合金牌号达100多种，成为引线框架材料的主流。 铜合金按材料性能分类，可分为高强度型、高导电型、高强高导型、高强中导型和中强中导型；按合金的成分分类，主要有铜铁系列、铜镍硅系列、铜铬系列、铜镍锡系列等，其中使用最广泛的是铜铁磷系，典型材料是C194合金和KFC合金。 Cu-Fe-P系列简介： 该系列合金是铜基合金引线框架材料中使用最多最广的一种，约占整个引线框架材料用量的65％以上。它的工艺性能优良、价格低廉，能满足引线框架多种性能要求。这种合金是典型的析出强化型合金，其利用Fe在铜中的固溶度随温度变化有较大的差异来提高合金导电导热性。通过分析Cu-Fe相图可知，在高温时，Fe在铜中的固溶度最大可达4%，而在室温时，Fe在铜中的固溶度几乎为零，随着温度下降，Fe以α相形式析出。研究表明，若此时合金中存在P元素，合金中可生成细小的Fe2P金属化合物，此种化合物的析出能大大提高合金的强度和导电率，因此P元素已被泛应用于形成Cu-Fe-P系列合金。值得注意的是，在添加P元素时控制其加入量极重要，通常加入的P含量不能大于磷铁原子比1∶3的比例，过多的加入量将使磷在铜中残余,

致使合金的导电率大幅下降。此外，还可加入微量的Zn、Sn、Mg、Ti等元素来提高引线框架的综合性能，如Zn的加入可以提高焊料的不剥离性等。目前常见的该系列合金有C194、KFC、Tamac-5、KIF201等。 铜合金作为引线框架，其强度和导电的最优配比一直是研究者研究的方向之一。随着合金元素的添加，铜合金的强度提高，但是导电率却受到了影响。铜的导电率和导热率仅次于银，是一种具有优良工艺性能的材料，作为引线框架材料其强度是一大关键问题，纯铜强度只有Fe-Ni42合金的1/2，因此，如何同时满足引线框架高强高导的要求在目前和将来都应是研究的重点。引线框架铜合金材料的发展方向为开发强度 550～650MPa、电导率80％～85％ IACS的高强度、高导电性能的合金，目前世界各国都在向这个目标冲击。 我国集成电路研究的开始于上世纪80年代中期，与国外研究水平相比还存在着很大的差距。要改变材料技术水平低，品种不配套、产业化规模小、长期依赖进口的局面，是我国引线框架材料产业急需发展的方。这一现状也使本项目研究具有一定 参考文献： [1] 李珂. 2011年中国集成电路产业回顾与2012年发展展望[J].中国集成电路，2012,5:16-18. [2] 刘平，田保红，赵冬梅.铜合金功能材料[M].北京：科学出版社，2004.111-112. [3] 刘平，任凤章，贾淑果.铜合金及其应用[M].北京：化学工业出版社，2007. [4] 杨明波，李晖，杨惠.金属材料实验基础[M].北京：化学工业出版社，2008. [5] 涂思京，闰晓东，谢水生等.引线框架用铜合金cl94的组织性能研究[J].稀有金属，2004，28(l):199-201. [6] 王碧文等.铜及铜合金线材生产概述[A].电子工业用铜合金材料研讨推广会论文集[C].北京.2002,29. [7] 赵谢群.引线框架铜合金材料研究及开发进展[J].稀有金属, 2003, 27(6): 777-781. [8] 师阿维.稀土Y对C194 合金组织及性能影响的研究[D].江西赣州：江西理工大学，2007. [9] 李本贵，于艳，曹志强，方园，李廷举.铜基合金的强化机理和研制现状[J].铸造，2005，54（10）：948-952. [10]闫晓东,涂思京,黄国杰,谢水生. C194铜合金的强化机制研究 [J].稀有金属，2005,29（5）：635-638. [11]张生龙,尹志民.高强高导铜合金设计思路及其应用[J].材料导报，2003，17(11):26-29. [12]Norlyukl Nomoto,Tong Chingping,Makoto Ohta,Katsuhiro Yamakawa.A Process for Manufacturing Cu-Fe Alloy C194-ESH with High Electrical Conductivity and Excellent Heat-Resistance[J].Hitachi Cable Review,1999,18：62-67. [13]B. Majumdar , M. Sowjanya, M. Srinivas, D. A. Babu and T. Kishen K. Reddy.Issues on Puddle Formation During Rapid Solidification of Fe–Si–B–Nb–Cu Alloy Using Planar Flow Melt Spinning Process[J] Transactions of the Indian Institute of Metals.2012,12(65):841-847. [14]A. Munitz , A. Venkert, P. Landau, M. J. Kaufman and R. Abbaschian. Microstructure and phase selection in supercooled copper alloys exhibiting metastable liquid miscibility gaps[J]Journal of Material Science.2012,12(47):7955-7970. [15]宋学孟.金属物理性能分析[M].北京:机械工业出版社,1981:24-27. [16]魏全金.材料电子显微分析[M].北京:冶金工业出版社,1990:116-119. [17]刘平，任凤章，贾淑果.铜合金及其应用[M].北京：化学工业出版社，2007. [18]陈小祝，杨元政，龙红军.Fe、P对C194铜合金组织与性能的影响[J].铸造，2010,59（1）:64-70. [19]陈小红，李炎，田保红，康布熙，张毅，刘平.铜基引线框架材料C194合金的析出相研究[J].铸造，2006，55（5）：513-515. [20]Hyung Giun Kim, Taeg Woo Lee, Seung Zeon Han, Kwangjun Euh,Won-Yong Kim, and Sung Hwan Lim. Microstructural Study on Effects of C-Alloying on Cu-Fe-P Cast Alloy[J] Met. Mater. Int., 2012,18(2) :335-339. [21]黄国杰，谢水生，程镇康，马吉苗，程磊.引线框架用C194铜合金工艺的研究[J].金属热处理，2006,31（11）：67-70. [22]陈秀琴.C194引线框架材料生产工艺[J].上海有色金属，2006,27（3）：25-31. [23]蔡薇，柳瑞清，谢水生，王晓娟.固溶时效工艺对C194合金性能的影响[J].热加工工艺，2006,35（2）：32-36. [24]向朝建，郭富安，杨春秀，汤玉琼，曹兴民.形变热处理对C194铜合金析出相及相变驱动力的影响[J] .重有色合金，2009,29（1）：93-96. [25]柳瑞清，刘凯，谢水生，程镇康.分级时效对热轧态C194合金性能的影响[J].稀有金属，2006,30：155-157. [26]闫晓东，涂思京，黄国杰，谢水生.C194铜合金的强化机制研究[J].稀有金属，2005,29（5）：635-638. [27]蔡薇，柳瑞清，王晓娟.C194合金加工工艺与性能研究[J].锻压技术，2006,4:25-27 [28]Cha-Yong Lim, Seung-Zeon Han, and Seong-Hee Lee. Formation of Nano-Sized Grains in Cu and Cu-Fe-P Alloysby Accumulative Roll Bonding Process METALS AND MATERIALS International[J] Vol. 12, No. 3 (2006):225-230. [29]Hyung Giun Kim, Taeg Woo Lee, Seung Zeon Han, Kwangjun Euh,Won-Yong Kim, and Sung Hwan Lim. Microstructural Study on Effects of C-Alloying on Cu-Fe-P Cast Alloy[J] Met. Mater. Int., 2012,18(2) :335-339. [30]Younghwan Jang, Sangshik Kim, Seungzeon Han, Chayong Lim, and Masahiro Goto. Tensile Behavior of Commercially Pure Copper Sheet Fabricated by 2- and 3-Layered Accumulative Roll Bonding (ARB) Process[J]. METALS AND MATERIALS International, 2008, 14(2 ):171-175 三、项目实施方案

（包括项目的训练目标、前期准备、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等） 1.训练目标： 通过本项目的系列试验：（1）初步研制出强度、性能更好的Cu-Fe-P引线框架材料；（2）学习掌握金属材料研究实验的实验仪器操作以及基本实验技能，实验现象的基本分析技能及学会材料研究的基本方法；（3）学习自主文献调研与选题、设计实验方案、拟定实验计划、实施实验、数据分析处理和撰写总结报告与研究论文；（4）提高自身自主学习的能力、团队协作的能力和项目组织实施与管理能力。 2.前期准备： 相关文献资料的查阅，项目可行性分析，实验路线、实验方案的制定，工艺参数的确定，实验材料的准备。前期实验已经取得一定效果。 3.组织实施： （1）组建创新团队，并依据能力安排任务； （2）以添加不同含量的SiC对Cu-Fe-P合金组织及性能影响为研究对象，在导师指导下拟定创新训练计划、方案与技术路线，并进行项目开题； （3）利用课余、周末及节假日进行项目的实验研究； （4）及时向导师汇报项目研究进展、存在的问题与解决对策，定期安排报告会，及时与导师沟通使实验能更加有序顺利地进行。 4.过程管理： 自主管理课题研究过程包括：（1）实验室场地的落实，仪器使用、材料购买、材料管理；（2）经费的管理和使用；（3）实验室保洁、安全与考勤；（4）组织课题开题及结题报告会；（5）定期开展课题组的汇报讨论会（6）定制相关规章制度，明确责任、分工到位；（7）过程管理文件齐全。 5.实践环节： 文献调研、方案设计、材料准备、实验研究、实验数据的整理分析，论文撰写。 6.教师指导： 教师负责学生在整个研究过程中的指导工作，具体内容包括：（1）指导学生检索中外文献方法，协助学生制定创新研究计划、方案与技术路线；（2）对研究过程种的技术关键给予技术指导；（3）指导对学生对收集的数据进行理论分析；（4）定期检查学生的试验研究进度，解决试验过程出现的问题。（5）参与学生项目开题报告与学术报告会，并对学生开题和报告给予评判及指正，提出建议；（6）指导学生撰写项目结题、科技论文、毕业论文及答辩。 项目结题： 课题完成后撰写项目结题报告、科技论文及毕业论文。 四、学校提供条件 （包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持政策等）

申请人所在的江西理工大学拥有博士人才培养项目1个、1个博士后科研工作站、16个一级学科硕士点、69个二级学科硕士点、15个工程硕士培养领域。近五年来，共承担国家―863‖、―973‖计划，国家科技支撑计划，国家自然科学基金、国家社会科学基金等各级各类科研项目2000多项，科研总经费6亿多元；获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、中国专利优秀奖、江西省科技进步一等奖等国家和省部级奖70多项。多年来一直与中国铝业集团公司、上海宝钢集团公司、中国中钢集团公司、安徽铜陵有色金属集团公司、深圳中金岭南有色金属股份有限公司、江西铜业集团公司等100余家国内大中型钢铁、有色金属企业建立了紧密的产学研合作关系，有500多项科研成果被采用，产生了较大的经济效益和社会效益。 本院（材料科学与工程学院）能为本科研项目提供熔炼、轧制、线切割、热处理、等基础实验设备以及电导率测试仪、布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计、电子金相显微镜等检测设备，此外本校的工程研究院能提供X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪等先进的检测设备，为本项目研究提供有力的科学支撑。蔡薇教授，长期从事铜及铜合金新材料研制与加工新技术研究，受聘国内多家铜加工企业技术专家，先后承担纵、横向科研课题10多项，获省部级科技进步奖3项，获发明专利3项，发表学术论文20余篇，出版教材1部，获省级教学成果奖2项，所在课题组成员，长期从事铜及铜合金新材料、铜加工新技术研究，具有丰富的研究经验，为我们课题的开展提供了很好的技术平台。 五、项目执行环节 ■文献查阅 □社会调查 ■方案设计 □建立理论模型 ■实验研究 ■数据处理 □平台开发 □实物模型 □样机研制 □综合测试与完善 ■撰写论文与研究 ■结题和答辩 ■成果推广或论文发表 □其它 六、项目经济和社会效益分析（不少于500字）

2011年10月，国务院发布《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（国发[2010]32号），提出要“加快培育和发展战略性新兴产业”。其中要重点发展的战略性新兴产业包括新一代信息技术、节能环保等。新一代信息技术领域重点包括高性能集成电路等，而作为集成电路主要组成的部分的引线框架材料必然要随着需求的增长不断发展，市场对引线框架的尺寸、强度、导电性能等提出更高的要求。本项目研究对象为造价低廉、资源丰富的Cu-Fe-P合金及SiC材料，直接面向大规模产业化的Cu-Fe-P引线框架材料生产研究，在不增加生产成本的基础上，尽可能提高合金的综合性能，使其能够满足电子产品越来越高、越来越多的性能及功能上的要求。本项目旨在向中强中导型Cu-Fe-P合金中添加SiC材料，通过熔炼、固溶、轧制、热处理等手段的优化处理，进而将其开发成强度更高、导电性能更优异的引线框架铜合金，改善长期以来Cu-Fe-P合金强度、导电性能不高的状况，带动引我国高强高导引线框架材料的发展，改善我国高强高导材料研究及生产长期落后于国外的局面。国内优质引线框架材料的产业化、规模化发展，必然能够改善高性能引线框架材料主要依靠进口的现状，从而降低成本，这势必会给我国的电子产业链带来深远的影响，从原引线框架原材料、加工、销售等各个环节都能从中获益，进一步促进我电子产业的发展。 七、项目实施风险及应对措施（不少于300字） 向中强中导型Cu-Fe-P合金中添加SiC材料是金属材料研制中的一种新的尝试，SiC材料属于无机非金属材料，其与铜的润湿性能，在铜合金中的存在状态，导电机理、强化机理等都尚不可知，对于添加后合金的性能变化没有可靠的数据支撑，要达到Cu-Fe-P合金强化及提高导电性能的预期效果有一定的难度；此外原材料价格水平随着市场的变化会有所浮动，本项目实验的经费预算与实际可能有所出入；引线框架材料的研究在各大企业、高校以及科研院所一直在进行，本项目研究的新材料在出产前可能有更好的引线框架材料代替；从新产品的出现到被市场接受需要一定时间，这个时间的长短也难以估量。诸如以上都是本项目实施的风险所在。 为了降低风险，必须依靠团队对社会现状、市场材料、产品情况进行较为详细的调研，通过大量的文献阅读、实验手段以及参数的优化、可靠的实验检测设备以及与导师交流沟通来解决各种问题，最大限地降低项目风险。 八、项目预期成果

(1)得到一种新型的强度和导电性能更高综合性能更优良的Cu-Fe-P合金；得到较好的SiC添加工艺；得出SiC颗粒度（目数）、形态、尺寸对Cu-Fe-P合金性能影响规律；得出新型铜合金固溶、轧制、热处理等最佳的生产工艺； (3)在国内外知名刊物上发表1～3篇相关研究的论文； (2)科技论文竞赛论文1分。 (4)项目研究结题报告1份。 九、进程安排 2013年9月 — 2013年 10 月 调研及查阅资料、实验方案制定； 2013年10月 — 2014年11月 实验器材准备、材料购买； 2013年12月 — 2014年3月 实验阶段； 2014年 4月 — 2014年 5 月 实验数据整理分析、总结、书写论文并完成验收报告。 十、经费预算 经费明细 原材料/试剂/药品购置费 测试/计算/分析费 出版物/文献/信息传播费 其他 合计 预算额度（元） 8000 6500 3500 2000 20000 经费说明 购买铜材等原材料及一些辅助材料 性能检测费用 购买图书与资料、论文检索、论文撰写、出版及专利申请、打字复印等费用 材料加工处理、试样加工费用 十一、承诺及推荐意见 （一）申报者承诺： 1. 我保证填报内容属实； 2. 如果获得资助，我和本项目组成员将严格遵守有关各项规定，切实保证研究工作时间，按计划认真开展研究工作，按时报送有关材料； 3. 任何与本项目相关的论文或发明、专利等成果，注明由江西理工大学创新创业训练计划经费（级别： ）支持。 申请人（签字）： 年 月 日 （二）指导教师推荐意见： 项目负责人已经完成了主要专业的学习。参与了“Cu-15Ni-28Zn-13Mn-Co合金的制备与加工性能研究”课题的研究，参加了学校及分院的科技论文竞赛活动。在研究过程中了具有很强的求知欲，较强的动手能力、团结互助能力及沟通能力。该项目的前期研究数据显示该课题具有可行性。 同意该生申报创新试验项目。 签名： 年 月 日 （三）学院意见： 院长签字： （公章） 年 月 日 （四）学校推荐意见 教务处长签字： （公章） 年 月 日 注：表格栏高不够可增加。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ytzg.html