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[分享] 表面张力的起因 [复制链接]

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离线panda-liu
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2003-05-16
只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2003-07-02
某表面的表面张力决定于原子的原子间键合能。在液态金属里的大部分,每个原子大约有12个近临原子,可把其总内能看着是这些原子间键合能之和。表面层原子比体内原子具有更高的位能,因为包围它的原子不完全。如果表面面积增大,更多的原子占据表面上的位置,消耗的能量就增加。原子的键合能和汽化热有密切关系。因此要汽化一个原子,所有和它相邻的原子键都得打开。为了把一个原子从体内移到表面,这个原子的一部分键必须被打开。所以汽化热和表面张力之间有着某种关系。原子间键的强度还反映在熔点上。事实上熔点高的金属总是具有强的表面张力。
在两种金属界面上的原子有两种形式的键:一种是和同类原子之间的键;另一种是和其它金属原子之间的键。这两种形式的键取决于金属对金属的键合能,而不管界面原子比体内原子具有的能量是高还是低。在界面上的原子能量越高,界面上的张力越大。
上述金属对金属的键决定了两种金属在固态互相溶解的程度。两种金属溶解度越大,它们之间界面张力就越低。这可以以铁被液态铜或液态银润湿的例子里看出。铁和铜相互溶解的范围大约是5%(原子比),而铁和银彼此实际上不溶解。铁和铜之间界面张力明显比铁和银之间低,各自大约是0.3和1.2焦耳/平方米。
上述论点适用于不形成金属间化合物的系统。焊接时,常用到的是生成金属中间化合物的系统。这种化合物的生成表示有关原子间存在着很强的亲和力。这种化合物很高的稳定性被它们的熔点比纯元素的熔点高所证明。生成金属中间化合物显然表示不同原子彼此间的吸引力比相同原子的大。结果金属中间化合物是在界面上形成的,那界面上的能因而应该比较低。在常用的锡铅焊料合金中,锡促进润湿,从而和铜基体金属形成金属中间化合物。纯铅几乎从来没有作为焊料使用过,因为它不润湿,但只需加上白分之几的锡就可以使它们成为一种实际上完全可用的焊料。
在一小块铜板上,加一定量熔融的焊料,可用于研究扩展现象。发现扩展面积最大,即接触角θ值最小的在一定条件下是含锡50%(质量比)的合金。顺便提一下,这种焊料正巧接近共晶组分。测量锡铅合金的rl(液体的表面张力)时观察到,加铅使rl减小。由测量Rl、Rs(固体的表面张力)和θ值计算界面张力表明,锡含量越高,Rls(液体与固体界面的表面张力)越小。增加铅,Rls值就增大,但远远被Rl减小过度补偿,直到加到50%的铅为止。表面上看,最大扩展面积出现在共晶组分附近,似乎暗示,在共晶熔融和润湿行为之间存在某种关系。但是,这种关系实际上并不存在。
如果焊料渗入某个缝隙,那涉及的是完全不同的机理。此时,每个单位面积表面自由能的变化由Rs-Rls给出,同时现在Rl没有影响,因为液体表面面积未改变。锡铅合金渗入水平缝隙的渗透率,在100%锡时最大。这证实了Rls是在100%锡时最低。这个例子也清楚地说明,用液滴在平板上做可润湿试验不足以预示在实际焊接时真实的润湿情况,实际焊接涉及的几何形状是多种多样的。因此,某种焊料合金的润湿性质是无法从一种单一的试验方法作出推断的。锡铅合金的粘滞性几乎完全不受混合比的影响,因此不是润湿现象的一个因素。
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离线azhlove
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2002-10-08
只看该作者 沙发  发表于: 2003-07-05
panda-liu 的高论好难懂:rolleyes: :rolleyes: :rolleyes:
出了校门有好长时间没有看到这么深奥的理论了,看了几遍才有了一个大概(咋舌)。我也说两句,针对SMT具体应用,算是狗尾续貂吧。
1、焊盘,引脚(固相)的表面张力越大,可焊性越佳。助焊剂的作用之一就是去除氧化层,增大表面张力。
2、温度升高,表面张力会变小,对固相和液相都是如此,但体现在液相上更为明显,相应的例子就是适当提高烙铁温度能提高可焊性。
3、粗糙的表面有利于提高形成金属合金时的啮合力,但往往是表面张力的杀手。
离线panda-liu
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2003-05-16
只看该作者 藤椅  发表于: 2003-07-05
谢谢azhlove 的补充。这不是我的高论(十年前一篇译文的摘录):o 。我认为译文的营养价值很高,高就高在作者本人就是锡焊的理论和实践的家平方:) 。
离线dizhutao
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2003-08-09
只看该作者 板凳  发表于: 2003-09-19
用户被禁言,该帖自动屏蔽!
离线hotpot
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2003-03-26
只看该作者 报纸  发表于: 2003-09-19
谢谢老liu的分享:em33 :em33

的确营养丰富;) 上学时学的东西都快忘的差不多了:em30

^抽煙
离线panda-liu
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2003-05-16
只看该作者 地板  发表于: 2003-09-19
dizhutao ,平方是偶对文章作者 R . J 克莱因 . 瓦辛克的尊称:)

在我们的焊接过程中,用一般的张力理论如水在玻璃上的表现是不够的,因为他们之间没有发生扩散,没有形成新的化合物,只是一般的物理现象而已。
增加浸锡深度是为了加强焊料与被焊目标的接触(特别是金属化孔),前提是被焊目标必须润湿,而润湿的条件就是驱除被焊目标上的氧化物,注意是驱除(赶走!)哦。
有金属化孔又有贴片是比较难焊的,一个需要增加浸锡深度,另一个的浸锡深度几乎为0,这时焊剂到达的位置就相当重要了,没有焊剂的地方,焊料也就无法到达,在这之后金属溶解度才会体现出来。不同的金属原子在规定的温度和时间下相互扩散,形成规定的合金厚度,这就是我们想要的结果。
一般来说,浸锡深度应控制在最低限度,焊料不是压进孔中的,而是靠自身的特性浸入的。
浸锡深度过大,会影响焊点的分断,这时焊点的形成往往偏离波峰面的0速区较远,受峰面流速的影响较大,桥接、少锡现象就会增加。:)
离线july
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2003-02-11
只看该作者 地下室  发表于: 2003-09-19
^鼓掌
离线billsmith
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2003-06-04
只看该作者 7楼 发表于: 2003-09-19
这些知识很有用!太好了!谢谢!:em01 :em01 ^鼓掌^擁抱
离线dizhutao
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2003-08-09
只看该作者 8楼 发表于: 2003-09-19
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离线tyxcdf
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只看该作者 9楼 发表于: 2003-09-20
很好,谢谢.
离线tyxcdf
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只看该作者 10楼 发表于: 2003-09-20
太深奥了呀,
谢谢高论:em31
离线hawoopan
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2003-08-01
只看该作者 11楼 发表于: 2003-09-21
?研究研究