Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Электрохимизм процессов флюсования. По современным представлениям расплавы солей находятся в ионизированном состоянии, поэтому рассмотренные выше процессы флюсования являются электрохимическими. На ионное строение расплавленных солей указывает резкое уменьшение их электропроводности при температурах кристаллизации.
53
Электропроводность ионных кристаллов связана с наличием в них неупорядоченных ионов и незанятых мест в узлах кристаллической решетки, а электропроводность твердых окислов во флюсах типа стекол — с наличием свободных электронов и электронных «дырок». С повышением температуры количество неупорядоченных ионов и электронов увеличивается, вследствие чего с ростом температуры, как правило, уменьшается электросопротивление кристаллов солей и окислов. Неупорядоченность частиц зависит от энергетического состояния вещества. Если энергия частицы будет выше некоторого предела, определяемого потенциальным барьером, то частица может покинуть узел решетки и внедриться в соседнее междоузлие.
В расплавленном состоянии соли полностью диссоциированы на ионы, поэтому электропроводность их зависит только от подвижности ионов, которая, в свою очередь, определяется энергией активации, необходимой для перемещения иона с одного места на другое. Таким образом, в расплавленных солях носителями тока являются положительные и отрицательные ионы. При плавлении соли электропроводность ее возрастает скачками, что связано с исчезновением дальнего порядка, т. е. расположения ионов, характерного для твердого кристалла, и в связи с этим возрастанием подвижности ионов и резким снижением энергии активации.
Применяемые в качестве флюсов стекла в этом отношении отличаются от солевых расплавов, так как даже в твердом состоянии они обладают лишь ближним порядком в расположении частиц и, таким образом, не отличаются от переохлажденных жидкостей. При переходе флюсов типа стекол из твердого состояния в жидкое электропроводность их возрастает плавно.
Электропроводность солей зависит от элементов их структуры. Электропроводны только те расплавы солей, в которых элементами структуры являются ионы. Если такими элементами являются молекулы, то расплавы почти не проводят электрического тока i[6].
Во флюсах, содержащих тетраборнокислый натрий ЫагВ^Оу и борную кислоту Н3В03, которые при нагреве до высоких температур разлагаются с образованием борного ангидрида В2О3, электропроводность значительно ниже, чем у флюсов на основе галоидов металлов. Это
54
связано с тем, что в расплавленном состоянии чистый борный ангидрид незначительно проводит ток, имея сходство в этом отношении с водой.
В многокомпонентных флюсах, представляющих собой системы из многих солей, зависимость электропроводности от различных факторов носит сложный харак-
Рис 14. Влияние содержания окислов в криолите на его удельную электропроводность
тер. В этом случае электропроводность определяется константами исходных солей, свойствами образующихся в результате взаимодействия между ними химических соединений, а также возможностью образования сложных комплексных ионов.
Вводимые во флюсы фториды щелочных и щелочноземельных металлов в процессе флюсования растворяют в своем составе окислы основного металла и припоя, в связи с чем электропроводность их изменяется. Это имеет большое значение, так как электропроводность расплавов солей непосредственно связана с их вязкостью, а последняя определяет возможность растекания флюса и смачивания им поверхности основного металла. Поэтому количество фторида во флюсе должно быть таким, чтобы при растворении в нем окислов в процессе флюсования электропроводность снижалась незначительно и таким образом вязкость флюса не повышалась. Влияние содержания окислов в криолите 3NaF • AIF3 на его электропроводность показано на рис. 14.
В процессе флюсования взаимодействия в системе основной металл — окисная пленка—флюс в зависимости от состава и свойств флюсов имеют различный характер.
При пайке с флюсами, содержащими ионы основного металла, между металлом и флюсом происходит обмен катионами При одинаковых скоростях перехода катиона
55
из кристаллической решетки основного металла в расплав флюса и из расплава флюса в решетку металла между ними устанавливается динамическое (подвижное) равновесие. Поскольку в этом равновесии участвуют не все частицы взаимодействующей системы основной металл — флюс, а только катионы, то в контакте основной металл — флюс должен быть добавочный фактор равновесия, которым является двойной электрический слой, образующийся в результате накопления отрицательных зарядов на поверхности металла и положительных ионов в расплаве флюса. Двойной электрический слой, образующийся в контакте основной металл — расплав соли, является причиной возникновения между ними скачка потенциала.
При пайке с применением флюсов, не содержащих катионы основного металла, происходит взаимодействие основного металла с другими находящимися во флюсе солями. В процессе такого взаимодействия между основным металлом Ме0.м и, например галоидом, с которым он взаимодействует, Месл:п устанавливается равновесие:
