(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211059131.8 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650031 云南省昆明市五华区一 二一 大街文昌路68号 申请人 云南前沿液态金属研究院有限公司 (72)发明人 种晓宇　宋平　冯晶　宋东明　 余威　林洋　母昆阳　杨志恒　 (74)专利代理 机构 重庆德立创新专利代理事务 所(普通合伙) 50299 专利代理师 隋金艳 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于第一性原理筛选超低熔点共晶合金熔 接材料的方法 (57)摘要 本发明公开了基于第一性原理筛选超低熔 点共晶合金熔接 材料的方法， 包括获取Sn ‑In‑TM 体系中存在的晶体结构， 基于密度泛函理论的第 一性原理计算方法， 高精度的结构驰豫获得了 Sn‑In‑TM体系中各晶体结构的基本物相信息， 并 计算了Sn ‑In‑TM体系中晶体 结构的热力学性质， 进一步结合CALPHAD模型， 建立了Sn ‑In‑TM体系 的热力学模型， 分析共晶点的成分和温度。 筛选 出来一种超低熔点共晶合金熔接材料： 其成分比 为Sn:In： Bi=(18.15 ‑22.76):(30.57 ‑33.54): (41.58‑45.31)。 这种超低熔点共晶合金熔接材 料的共晶点温度在41.6 ‑45.7℃， 该超低熔点共 晶合金熔接材料成分的比例是首次发现， 具有超 低熔点， 造粉质量高、 无粘结现象等优点。 权利要求书2页 说明书16页 附图7页 CN 115422744 A 2022.12.02 CN 115422744 A 1.基于第一性原理筛选超低熔点共晶合金熔接材料的方法， 其特征在于， 包括以下内 容： 步骤1， 获取Sn ‑In‑TM体系中存在的二元晶体结构， 其中TM代表Sb、 Ag、 Zn、 B i、 Cu中的一 种； 步骤2， 分别 对截断能和k点网格密度进行收敛性测试， 选取能量最低点对应的截断能， 选取能量 最低点对应的k 点网格密度； 步骤3， 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法， 对各二元晶体结构， 进行低精度的 结构优化， 能量的收敛准则为10‑6eV， 力的收敛准则为 然后分别对低精度优化后 的各二元晶体结构进行高精度的结构优化， 能量的收敛准则为10‑8eV， 力的收敛准则为 达到收敛标准后， 基于高精度优化后的各二元晶体结构， 分别计算基本物相信 息； 步骤4， 基于高精度优化后的各二元晶体结构， 对各二元晶体结构进行声子谱计算， 筛 选声子谱无虚频的二元晶体结构； 步骤5， 基于准简谐近似方法， 分别对筛选出的声子谱无虚频的各二元晶体结构进行热 学性能的计算； 步骤6， 基于计算的各二元晶体结构的热学性能， 得到热力学数据， 结合CALPHAD模型， 根据热力学 数据优化CALPHAD模型参数， 建立Sn ‑In‑TM体系的热力学模型； 步骤7， 基于Sn ‑In‑TM体系的热力学模型， 获得Sn ‑In‑TM体系的液相投影面， 分析共晶 点的成分比和温度， 筛 选出超低熔点共晶合金 熔接材料。 2.根据权利要求1所述的基于第一性原理筛选超低熔点共晶合金熔接材料的方法， 其 特征在于， 步骤2具体包括： 测试截断能时， 选取k点网格密度4*4*4， 固定其他参数， 分别测 试150,200,250,300,350,400,450,500不同截断能下对应的能量， 选取能量最低 点对应的 截断能450； 然后测试k点网格密度， 选取截断能为450， 固定其他参数， 分别测试4*4*4， 6*6* 6， 8*8*8,10 *10*10不同k 点网格密度下的能量， 选取能量 最低点对应的k 点网格密度8*8*8。 3.根据权利要求1所述的基于第一性原理筛选超低熔点共晶合金熔接材料的方法， 其 特征在于， 步骤3具体包括： 步骤3.1， 设置参数优化参数 “ISIF＝3， IBRION＝2 ”， 分别对Sn ‑In二元晶体结构、 In ‑Bi 二元晶体结构和Sn ‑Bi二元晶体结构进行低精度 结构优化， 能量的收敛准则为10‑6eV， 力的 收敛准则为 步骤3.2， 低精度结构优化完成后， 基于低精度结构优化后的Sn ‑In二元晶体结构、 In ‑ Bi二元晶体结构和Sn ‑Bi二元晶体结构再次进行高精度的结构优化， 能量的收敛准则为10‑ 8eV， 力的收敛准则为 两次结构优化之后没有达到收敛标准， 修改优化参数为 “ISIF＝2， IBRION ＝1”， 继续进行优化， 达 到收敛标准； 步骤3.3， 基于高精度结构优化后的结构能量， 分别计算基本物相信息， 所述基本物相 信息包括形成焓， 利用形成焓计算公式分别计算各二元晶体结构的形成焓。 4.根据权利要求1所述的基于第一性原理筛选超低熔点共晶合金熔接材料的方法， 其 特征在于， 步骤4具体包括： 步骤4.1， 设置参数 “ISIF＝2， IBRION＝8 ”， 利用Phonopy有限位移 法逐个对各二元晶体权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422744 A 2结构进行声子谱计算， 声子谱高对称点处存在虚频； 步骤4.2， 对高精度 结构优化后的各二元晶体结构再次进行结构优化， 把力的收敛准则 提高到 能量的收敛准则不变， 分别对各二元晶体结构进行2*2*2的扩胞， 对应的 高对称k点设置缩小一半， 再次进行声子谱计算， 直到声子谱无虚频。 5.根据权利要求1所述的基于第一性原理筛选超低熔点共晶合金熔接材料的方法， 其 特征在于， 所述 步骤6包括： CALPHAD模型如下： 化合物在不同温度下的吉布斯能如下 所示： 其中a,b,c,d,e和f是模型参数， 由上面描述的第一性原理的准简谐计算得到的热力学 数据评估得到， HSER是最稳定单质在2 98.15K和1bar下的焓作为 参考态。 6.根据权利要求5所述的基于第一性原理筛选超低熔点共晶合金熔接材料的方法， 其 特征在于， 步骤6进一 步包括： 液相的吉布斯能表达式为： 其中yi是组元i在液相中的摩尔分数，xsGL是过剩吉布斯能相， 代表纯液相的吉布 斯能； 过剩吉布斯能xsGL的形式为： 其中 是组元i和j之间的vth阶交 互作用参数， 由下式得到： 模型参数v,LiqA和v,LiqB是由热力学 数据和液相 相关的相边界数据评估得到 。 7.根据权利要求6所述的基于第一性原理筛选超低熔点共晶合金熔接材料的方法， 其 特征在于， Sn ‑In‑Bi体系的热力学模型为： 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述的基于第 一性原理筛选超低熔点共晶合金熔接材料的 方法， 其特征在于， 从Sn ‑In‑Bi体系的筛选出的Sn:In:Bi的成分比为(18.15 ‑22.76): (30.57‑33.54):(41.58 ‑45.31)， 共晶点温度为 41.6‑45.7℃。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422744 A 3