Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Возможность разложения окислов при заданных условиях и режиме пайки зависит от прочности связи меж-
89
ду атомами элементов, входящих в их состав. При нагреве до определенных температур окислы даже в атмосфере воздуха начинают диссоциировать на металл и кислород.
Таблица 15
Температура полного разложения нёкоторых окислов металлов в атмосферных условиях при парциальном давлении кислорода 2121 кн/м2 (0,21 атм)
Наименование окисла Химическая формула Температура полного разложения окисла, °C
Закись золота Au20 250
Окись платины РЮ2 300
Окись серебра Ag20 300
Окись ртути HgO 440
Окись кадмия CdO 900
Закись меди Cu20 1835
Окись свинца PbO 2348
Закись никеля NiO 2751
Закись железа FeO 3000
Закись марганца MnO 3500
Окись цинка ZnO 3817
Как видно из табл. 15, значения температур полного разложения в атмосфере воздуха окислов отдельных металлов достаточно высоки. Только для благородных металлов они лежат ниже температур их плавления. Для остальных металлов температуры разложения окислов в атмосфере воздуха значительно, а в отдельных случаях во много раз, превышают температуры их плавления. Поэтому удалить с них окисную пленку в атмосфере воздуха не представляется возможным. Чтобы создать условия для разложения окислов этих металлов при более низких температурах, необходимо наряду с нагревом уменьшать парциальное давление кислорода в окружающей газовой среде. Это достигается или заменой воздушной атмосферы искусственной, не содержащей кислорода, или вакуумированием.
Согласно закону действия масс константа равновесия обратимой реакции между металлом и кислородом
определяется из соотношения:
*с=а^Гт~’ (Ш-2)
С Me О _
” — т т
где Сме, Со2 , СМе „ о 2г — концентрация металла, кис-
т тп
лорода и окисла.
Так как концентрация С любого компонента равна числу его молей п, деленному на объем системы V, то, пользуясь уравнением идеального газа, в общем виде через парциальное давление р этого компонента можно записать:
. (II1.3)
7 ЯГ
Поскольку в этом выражении произведение при неизменной температуре есть величина постоянная, то вместо концентраций реагирующих веществ в константу равновесия подставляем пропорциональные им парциальные давления:
КР = -
РмеР О,
Лче О,
л 2z
где рме. Ро2 Рме п 0 2г—парциальные давления паров
m m
металла, кислорода и паров окисла.
Это соотношение справедливо, когда металл и его окисел находятся в системе взаимодействующих веществ в виде насыщенных паров. Если же они присутствуют и в конденсированном состоянии, и в виде паров, то их Парциальные давления при неизменной температуре будут постоянны, поскольку находятся в равновесии с конденсированными фазами. Так как постоянные величины входят в выражение константы равновесия, то в зависимости от состояния системы взаимодействующих веществ уравнение будет иметь различный вид. В том случае, ког-
91
да в конденсированном состоянии находится только металл,
т т
когда в конденсированном состоянии только окисел
Если и металл и окисел находятся в конденсированном состоянии, то
В последнем случае константа равновесия имеет такое выражение только тогда, когда металл или окисел, присутствующие в конденсированных фазах, находятся в виде самостоятельных фаз или насыщенных растворов. При ненасыщенном растворе константа равновесия является функцией концентрации в соответствии с правилом фаз. Равенство (III.7) показывает, что при неизменной температуре условия равновесия между металлом и его окислом определяются парциальным давлением кислорода. Если парциальное давление кислорода в газовой атмосфере или вакууме меньше равновесного парциального давления кислорода, образующегося при данной температуре в процессе разложения окисла, то происходит удаление окисной пленки с поверхности металла путем диссоциации. Если же парциальное давление кислорода в газовой атмосфере больше, чем равновесное давление кислорода, образующегося при диссоциации окисла, то происходит дальнейшее окисление металла. Равновесное состояние наступит, когда парциальное давление кислорода, образующегося при диссоциации окисла, будет равно парциальному давлению кислорода в газовой атмосфере, заполняющей пространство печи или контейнера, в которых производится пайка. Равновесное давление называется давлением диссоциации (упругостью диссоциации) окисла. Оно может быть определено тремя методами:
1) непосредственным измерением;
2) расчетом по данным равновесия реакций восстановления окисла водородом или окисью углерода;
(III.6)
92
3) расчетом по термофизическим и термохимическим данным.
Метод замера применим лишь для окислов, значение давления диссоциации которых допускает непосредственное измерение. К ним относятся такие окислы, как Ag20, PdO, HgO, РегОз, CuO, и в меньшей степени СигО и Рез04. Окислы большинства металлов имеют настолько низкое давление диссоциации, что измерить его непосредственно не представляется возможным. Для таких окислов металлов давление диссоциации находится теоретически.
Реакцию диссоциации при восстановлении окисла металла окисью углерода можно представить как сумму двух одновременно протекающих реакций:
