Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
ESTUDIO AB-INITIO DE PROPIEDADES ESTRUCTURALES Y TERMODINÁMICAS
DE COMPUESTOS INTERMETÁLICOS CON ESTRUCTURAS B8:
CASOS CU-IN Y CU-SN
S. Ramos de Debiaggi (1,3) , A.M. Monti (4) , C. Deluque Toro (1) , S. Sommadossi (2,3) y
A. Fernández Guillermet (3,5)
(1) Departamento de Física y (2) Departamento de Mecánica - Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional del Comahue
Buenos Aires 1400, (8300) Neuquén, Argentina.
(3) CONICET
(4) Instituto Sabato, Univ. Nac. de San Martín/CNEA, Avda. General Paz 1499,
B1650KNA, San Martín, Buenos Aires, Argentina
(5) Grupo Física de Metales. Centro Atómico Bariloche. 8400 S. C. de Bariloche, Argentina
E-mail (autor de contacto): ramos@uncoma.edu.ar
RESUMEN
En este trabajo estudiamos propiedades estructurales y termodinámicas de compuestos intermetálicos
binarios de Cu-In y Cu-Sn en relación al interés que han despertado dichos sistemas por su aplicación en el
desarrollo de tecnologías de unión libres de Pb. Mediante modelado computacional ab-initio basado en la
teoría de la funcional densidad consideramos las estructuras ideales hp6 y hp4, sobre las cuales se basan
las verdaderas superestructuras de equilibrio propuestas para la fase común η-η´ presente en los diagramas
de fase de ambos binarios. Evaluamos parámetros de red, energías de equilibrio, ecuaciones de estado y
energía de formación de los compuestos, con el objetivo de establecer tendencias en cuanto a la estabilidad
relativa de los distintos sistemas. Este estudio representa un primer paso hacia una mayor comprensión de
las verdaderas superestructuras de equilibrio asociadas a estos sistemas, con el objeto de determinar, a
largo plazo, la manera en que tiene lugar la extensión ternaria de ambas estructuras binarias a través del
diagrama de fases del sistema Cu-In-Sn.
Palabras clave: Sistemas Cu-In y Cu-Sn, modelado ab-initio, soldadura por difusión libre de Pb.
1. INTRODUCCIÓN
Las aleaciones ternarias del sistema Cu-In-Sn han recibido atención creciente en los últimos años en razón de
su aplicación en el desarrollo de tecnologías de unión basadas en nuevas aleaciones libres de Pb. Como paso
previo al estudio de dichas aleaciones ternarias, en este trabajo focalizamos nuestra atención en las fases η de
los sistemas binarios Cu-In y Cu-Sn. Los diagramas de fase de dichos binarios presentan una fase común η
(Cu2In/Cu6Sn5) basada en estructuras B8 del tipo NiAs (hP4)/InNi2 (hP6), la cual, según se ha reportado,
presenta una región continua de estabilidad en el diagrama de fases ternario Cu-In-Sn a temperaturas por
debajo de los 400 °C. Las estructuras B8 asociadas a los sistemas Cu-In y Cu-Sn son estructuras que han
despertado un considerable interés ya que son comunes a un gran número de compuestos intermetálicos
formados entre metales de transición (T) y elementos (B) de los grupos III-VI de la tabla periódica [1,2]. El
prototipo hP6 (Ni2In) es el que aloja mayor proporción de átomos T, existiendo variantes que cubren el
intervalo de composiciones entre las fórmulas TB y T2B. La estructura básica B8 (P63/mmc) consiste en una
red hexagonal compacta (posición de Wyckoff 2(c)) del grupo del elemento principal (B) comprimido a lo
largo de c, con los intersticios octaédricos [2(a)] ocupados por el metal de transición (T). En la variante con
la máxima proporción disponible de átomos (T) se llenan también los intersticios trigonales bipiramidales
[sitios 2(d)]. Existen dos subclases de estructuras tipo B8: B81 y B82, como se muestran en la Fig 1. En la
clase B81 (NiAs) los intersticios 2(d) están vacíos, mientras que en la B82 (Ni2In) se llenan completamente.
Los intermetálicos ricos en metales de transición se presentan generalmente formando superestructuras B8
formadas por ordenamiento de los átomos T o vacancias en posiciones 2(d) (intersticios bipiramidales
trigonales). En los compuestos pobres en metales T suele encontrarse otro tipo de ordenamiento, a saber,
sitios 2(d) vacantes, sitios 2(c) ocupados y ordenamiento de vacancias en 2(a). En general los compuestos
intermetálicos ricos en metales T presentan relaciones c/a mucho menores que el valor ideal para
estructuras hcp (1.63), en particular, cercanas al valor pseudocúbico (3/2) 1/2 = 1.225.
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