Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Для измерения коэффициента поверхностного натяжения вязких жидкостей, а также расплавов, имеющих высокую активность, наиболее удобен метод неподвижной капли. Данный метод связан с решением основного уравнения поверхности капли:
где о — коэффициент поверхностного или межфазного натяжения; Ri и R2— главные радиусы кривизны элемента поверхности в рассматриваемой точке; pi и р2 — соответственно плотность капли и среды, в которой она находится; g — ускорение силы тяжести; х — координата рассматриваемой точки поверхности капли; Ro — радиус кривизны в вершине капли.
Измерение радиуса кривизны, особенно в условиях высоких температур, сопряжено с большими трудностями,
я = Ьр,
(IV.11)
(IV.12)
147
поэтому обычно замеряют координаты точек поверхности капли. Поскольку относительно вертикальной оси капля симметрична, то, определив координаты плоской кривой, являющейся меридиальным сечением ее поверхности, можно составить уравнение кривой x=f(y), из которого находят
dy
Подставив эти выражения в уравнение (IV.13), получим общее дифференциальное уравнение капли, для которого предложены различные частные решения, имеющие ограниченное применение. В общем виде уравнение аналитически не проинтегрировано. Наиболее удобная и достаточно точная методика расчета основана на приближенном графическом интегрировании основного уравнения поверхности капли [2].
Коэффициенты поверхностного натяжения расплавов чистых металлов при температуре плавления приведены в табл. 24 [3].
Коэффициенты поверхностного натяжения расплавов многокомпонентных припоев зависят от физико-химических свойств входящих в них компонентов и их содержания. На рис. 42 изображены изотермы коэффициентов поверхностного натяжения наиболее распространенной основы припоев системы Си — Ag. По характеру кривых видно, что с увеличением содержания меди в припое поверхностное натяжение их возрастает, причем с повышением температуры рост протекает более интенсивно. Следует иметь в виду, что в условиях пайки поверхностное натяжение расплавленных припоев в значительной степени зависит от состава применяемых газовых сред, так как на границе фаз протекают сложные физические и химические взаимодействия (табл. 25). Так, аргон увеличивает поверхностное натяжение олова и свинца по
148
Таблица 24
Коэффициенты поверхностного натяжения расплавов чистых металлов
Коэффициент поверх -Металл ностного натяжения, н\м (эрг!см2)
А^еталл
Коэффициент поверхностного натяжения, Him (эрг/см2)
Ag
Ва
Са
Со
Си
Ей
Gd
Hg
Yr
Li
Мп
Nb
Os
Pr
Rb
Ru
Se
Sn
Tb
T1
V Yb Au Ce Er Hf La Na Pd Rh Sm Ti
Y
0,930 (930) 0,330(330) 0,420(420) 1,870(1870) 1,351(1351) 0,450(450) 0,650 (650) 0,478 (470) 2,400(2400) 0,398/398) 1,750/1750) 2,150/2150) 2,600/2600) 0,690)690) 0,090)90) 2,050)2050) 0,106)106) 0,554)554) 0,650 >650) 0,490 H90) 1,750 M750) 0,450 >450) 1,134 /1134) 0,680 >680) 0,620 }620) 1,460 4460) 0,700 V700) 0,191(191) 1,600 (1600) 2,050 (2050) 0,620 (620) 1,390 ((1390) 0,900(900)
A1
Be
Cd
Cr
Dy
Fe
Ge
Ho
К
Lu
Mo
Nd
Pb
Pt
Re
Sb
Si
Sr
Th
Tu
W
Zn
Bi
Cs
Ga
In
Mg
Ni
Ra
Sc
Та
U
Zr
0,914(914) 1,145(1145) 0,558(558) 1,590(1590) 0,640(640) 1,840 (1840) 0,600(600) 0,650 (650) 0,101(101) 0,950(950) 2,050(2050) 0,680(680) 0,480 (480) 1,740(1740) 2,500 (2500) 0,384(384) 0,860 (860) 0,350 (350) 1,050(1050) 0,620 (620) 2,300(2300) 0,810(810) 0,390 (390) 0,060(60) 0,707(707) 0,559(559) 0,569(569) 1,810(1810) 0,450(450) 0,800(800) 2,400(2400) 1,300(1300) 1,400(1400)
сравнению с гелием. Добавка к аргону и гелию трехфтористого бора для олова является поверхностно активной и приводит к снижению поверхностного натяжения, а у свинца эта добавка практически не изменяет поверхностного натяжения. В атмосфере азота поверхностное натяжение олова и свинца возрастает. Углекислый газ срав-
149
нительно слабо снижает поверхностное натяжение олова, в то время как свинец в среде этого газа сильно снижает поверхностное натяжение. Примесь кислорода к газовым средам резко влияет на измеьение поверхностного натяжения металлов.
6,%i
Рис. 42. Изотермы коэффициентов поверхностного натяжения системы медь — серебро при температурах 1000 (I), 1050 (2) и 1125° С (3)
Таблица 25
Значения коэффициента поверхностного натяжения олова и свинца в зависимости от состава окружающей газовой среды по данным Р. Е. Есинберлина и С. А. Наймана
Металл Газовая среда Коэффициент поверхностного натяжения, я\м (эрг\см3) Металл Газовая среда Коэффициент поверхностного натяжения, н!м(эрг\смг)
Олово Гелий 0,496(496) Сви- Гелий 0,494 (494)
I состава нец I состава
Аргон техн. 0,568(568) Аргон техн. 0,587(587)
Двуокись 0,504(504) Двуокись 0,403(403)
углерода углерода
техн. техн.
Азот 0,704 (704) Азот 0,777(777)
Фреон-12 0,361(361) Фреон-12 0,690(690)
150
Поверхностная энергия твердых тел. Силы взаимодействия в твердых металлах по своей природе идентичны силам, действующим в расплавах; отличие связано лишь с различной подвижностью атомов и ионов.
По аналогии с жидкостями работа перемещения внутренней частицы кристалла на поверхность превращается в потенциальную энергию частицы. Следовательно, поверхностные частицы кристалла обладают большей потенциальной энергией, чем внутренние, и на поверхности сосредоточивается избыток энергии. Оценивая поверхностную энергию металлов в твердом состоянии, необходимо учитывать также избыточную энергию, вносимую дефектами решеток кристаллов.
