Смачивание и растекание припоев

Согласно первому закону капиллярности (формула Лапласа), выведенному для жидкостей, не взаимодействующих с твердым телом,

, (9.1)

где p₁ и p₂ – давления соответственно с вогнутой и выпуклой сторон поверхности жидкости; s₁₂ – поверхностное натяжение жидкости на границе с газовой средой; R₁ и R₂ – радиусы кривизны поверхности.

Из формулы (9.1) следует, что капиллярные явления определяет поверхностный слой жидкости, имеющий кривизну и производящий на жидкость добавочное давление по сравнению с тем, какое она испытывает при наличии плоской поверхности. При растекании капли жидкости по плоской поверхности твердого тела условия ее равновесия выражаются в виде равновесия векторов сил поверхностного натяжения в точке на границе трех фаз. Этой границей является периметр смачивания (рис. 9.3)

s₁₃=s₂₃+s₁₂cosq, (9.2)

где s₁₃ – поверхностное натяжение между твердым телом и газовой средой, действующее на каплю по периметру ее основания; s₂₃ – поверхностное натяжение жидкости на границе с твердым телом; q – краевой угол смачивания.

Рис. 9.3. Схема сил поверхностного натяжения капли жидкости на поверхности твердого тела: 1 – газ; 2 – жидкость; 3 – твердое тело

Здесь cos q – коэффициент смачивания, характеризующий смачивающую способность жидкости.

В процессе пайки происходит активное взаимодействие между основным металлом и расплавленным припоем, поэтому капиллярные явления, протекающие при пайке, более сложны.

Растекание расплава припоя, как и всякой жидкости, по поверхности твердого тела определяется соотношением сил адгезии припоя к поверхности основного металла и когезии, характеризуемой силами связи между частицами припоя.

Капиллярное течение припоев. Согласно статической теории избыточное давление может быть выражено через высоту столба жидкости над заданным уровнем и через его плотность. Например, если жидкость заполняет капилляр, характеризующийся размером d, (рис. 9.4, а), то высота ее поднятия над заданным уровнем поверхности ванны согласно первому уравнению капиллярности:

, (9.3)

где g – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

Рис. 9.4. Схема поднятия жидкости по капилляру круглого сечения (а) и в зазоре между параллельными пластинами (б)

В случае капиллярного течения между двумя параллельными пластинами (см. рис. 9.4, б) высота поднятия жидкости

, (9.4)

где а – размер зазора.

В реальных условиях процесс заполнения зазора расплавленным припоем зависит от многих факторов, поэтому на практике высота поднятия припоя в зазоре для каждого конкретного сочетания: паяемый материал – припой часто определяется экспериментально.