近日，云南大学材料与能源学院（云南大学材料基因工程研究中心）的毛勇教授团队在金属材料领域顶刊Acta Materialia（影响因子9.4）上发表了一篇题为“Uncovering deformation twins in intermetallic AuSn and Au5Sn”的研究性论文。
该研究首次报道了金锡合金中两种金属间化合物——双密排六方结构的AuSn（P63/mmc，晶格参数为a=4.414Å，c=5.523Å）和三方结构的Au5Sn（R32，晶格参数为a=5.667Å，c=14.323Å）中的孪晶变形行为。并通过高分辨透射电镜（HRSTEM）表征、密度泛函理论（DFT）计算和晶体学分析，从原子尺度揭示了这两种复杂结构金属间化合物的变形机制。该研究方法有望被应用于解析其他复杂贵金属化合物中的孪晶变形行为及其机制。云南大学材料与能源学院博士研究生孙莹洁为该文的第一作者和上海科技大学马后逾博士为共同一作，通讯作者为云南大学毛勇研究员和美国内布拉斯加大学林肯分校王健教授。
金锡共晶合金在微电子器件和光电子器件封装中具备优异的综合性能，但要实现芯片的晶圆级封装，则需要将金锡共晶合金加工成微米级的焊料薄片。铸态金锡共晶合金的微观结构主要由纳米级层片型分布的AuSn和Au5Sn组成。这种组织形态限制了双相的室温变形行为，并导致了合金的室温加工性较差。因此在这项研究中，采用了时效处理粗化晶粒的方法，激活了双相中的孪晶变形，改善了合金的室温塑性。这项成果为微米级焊料薄片的室温制备提供了实验和理论依据。
本文报道了AuSn孪晶、Au5Sn孪晶和Au5Sn孪晶三种变形孪晶，并量化了它们的基本参数K1，η1，K2和η2。在AuSn中，孪晶有6个等效变体，其基本的孪生错阶为(b3,3h0)，剪切矢量为b3=0.062。而Au5Sn表现出绕<0001>轴的三重对称性，使得Au5Sn中的和孪晶可以分为两组，每组包含三个等效变体。这些孪晶可以通过孪晶变形或伪孪晶变形成。Au5Sn孪晶的孪生错阶为(b3, 3h0)，其剪切矢量为b3=0.059。孪晶的孪生错阶为(b6, 6h0)，其剪切向量b6=0.086。Au5Sn伪孪晶的孪生错阶为（b2, 2h0)。这些发现对于解析其他复杂贵金属化合物中的孪晶变形行为具有重要意义。
研究成果得到了NSFC-云南联合基金重点项目、云南省稀贵金属材料基因工程重大科技专项、云南省贵金属实验室科技项目及云南大学“双一流”建设项目等的支持。计算资源由云南大学先进计算中心提供。部分实验用到了云南大学电镜中心的材料表征设备。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.1196033
供稿：材料与能源学院
编辑：李哲 责任编辑：王崴