Припои, флюсы и контактолы

Припои, флюсы, контактолы применяются для создания механически прочного, герметичного шва или постоянного электрического контакта с малым переходным сопротивлением.

При пайке припои нагреваются до температуры плавления, в зависимости от которой их принято делить на две группы - мягкие и твердые. К мягким припоям - относятся припои с температурой плавления до 300 0С, а к твердым - выше 300 0С. Мягкие припои в основном являются оловянно-свинцовыми согласно ГОСТ 21931-76. Если в припое содержится 1 – 5 % сурьмы, то они называются сурьмянистыми.

Наиболее распространенными из мягких припоев являются: ПОС-61, в котором 61 % Sn, остальные % - свинец ( температура кристаллизации 190 0С, удельное сопротивление ρ = 139 мкОм м ); ПОССу-61-0,5 - оловянно-свинцовый, малосурьмянистый, содержащий 61 % Sn, 5 % сурьмы, остальные % - свинец (температура кристаллизации 189 0С. удельное сопротивление ρ = 0,140 мкОм м ); ПОСК-5О-18 - припой, содержащий 50 % Sn, 18 % кадмия, остальные % - свинец ( температура кристаллизации 145 ° С, удельное сопротивление ρ = 0,133 мкОм м).

Эти припои применяются для лужения и пайки монтажных проводов (диаметром 0,05 -0,08 мм), спиральных пружинок в электроизмерительных приборах, резисторов, конденсаторов, печатных схем и при производстве полупроводниковых приборов, для лужения и пайки пассивной части микросхем и других элементов, чувствительных к перегреву.

Стандартными твердыми припоями являются медно-цинковые и серебряные.

Наиболее распространенными из них являются следующие: ПМЦ-36 - припой медно-цинковый, содержащий 36 % Сu, остальные % - цинк (температура кристаллизации 950 0С, используется для пайки латуни с содержанием меди до 64 % ); ПСР- 25 и до ПСР-70 - серебряные припои, содержащие от 25 до 70 % Аg, меди - от 40 до 26 %, цинка - от 35 до 4 % ( температура их кристаллизации около 600 - 750 °С).

Для пайки алюминия применяют специальные припои. Из них наиболее распространены П425А ( температура плавления 415 - 425 0С), в составе которого 19 - 21 % М, 14 – 16 % Сu, 64 – 66 % Zn; ПСИЛО ( силумин), состоящий из 90 – 87 % А1 + 10 – 13 % Si ( температура плавления 577 0С); АВИА-1 - сплав. в котором содержится 55 % Sn, 20 % Сd, 22 % Zn, ( температура плавления 200 0С).

При пайке алюминия низкотемпературными припоями (АВИА-1 и др.) его поверхность предварительно должна быть покрыта никелем. Фосфорные припои марки МФI и прочие с содержанием фосфора в сплаве (Сu - Р) от 8,5 до 10 %, имеющие температуру плавления 725-850 0С, являются самофлюсующимися, т.е. пайка ими производится без применения флюса.

Недостаток их - хрупкость шва. Стали не пригодны для пайки. Используются для пайки медных, латунных, бронзовых деталей, работающих в режимах малых статических нагрузок. Иногда в качестве припоев используют чистые металлы.

Например, кадмий применяют для пайки и лужения никеля, чистое олово для лужения и пайки меди и ее сплавов, низкоуглеродистой стали и платины, а чистая медь - для пайки низкоуглеродистой стали и никеля.

В качестве флюсов используется очень большое количество материалов. Назначение флюсов - удалять загрязнение и оксиды с поверхности спаиваемых металлов, уменьшать поверхностное натяжение расплавленного припоя, защищать поверхность металла и припоя в процессе пайки от окисления. Флюсы подразделяются на несколько групп по различным признакам.

Флюсы, применяемые при пайке мягкими припоями в основном с активными неорганическими веществами.

Активные флюсы к ним относятся:

канифоль (24 %), хлористый цинк (4 %), этиловый спирт(72 %) – для пайки черных, цветных и драгметаллов ( остатки флюса необходимо удалять растворителем); канифоль (16 %), хлористый цинк (4 %), вазелин технический (80 %), - при пайке черных и цветных металлов (шов прочный, но требует очень тщательной промывки) для изделий простой конфигурации; хлористый цинк (1.4 %), глицерин (3 %), спирт этиловый (4 %), вода дистиллированная (91,6 %) - при пайке платины, ее сплавов и никеля, с последующей тщательной промывкой в воде; флюс для пайки алюминия и его сплавов (хлористый барий – 4 %. хлористый калий – 29 %, хлористый натрий – 19 %. фтористый кальций – 4 % ) -пайка припоями марки АВИА-1 и АВИА-2.

При пайке твердыми припоями используют обычно несколько марок флюсов. Наиболее популярные из них: Ф70А (температура плавления 370 0С) предназначен для пайки алюминия, его сплавов, как между собой, так и с другими металлами ( хлористый калий – 33 – 37 %. хлористый литий – 40 – 41 %. борофтористоводородный калий – 2 – 29 %); Ф8ООСт ( температура плавления 800 0С) предназначен для пайки нержавеющих сталей, жаропрочных сплавов латунью и другими твердыми припоями ( температура плавления 850 - 1100 0С). Такой припой представляет собой буру (тетраборнокислый натрий 100 %).

Флюсы могут быть твердыми веществами (соли, оксиды, кислоты), пастами и растворами солей и кислот. Очень часто флюсы изготавливаются на местах, поэтому и марки идут не по стандартам. В марках флюсов буквы означают: Ф - флюс, К - канифоль, Сп - спирт, П - гюлиэфирная смола, У -уксусная кислота, М - муравьиная кислота, -Х хлористые соли и т.д.

Контактолами ( иначе электропроводящий клей) называются мало-низкие или пастообразные композиции из различных синтетических смол, используемые в качестве токопроводящих клеев и покрытий.

Токопроводящим наполнителем являются мелкодисперсные горошки металлов или графита для регулирования вязкости используют растворители. Полимерные связующие определяют низкую плотность, высокую прочность и эластичность, а также хорошие адгезионные свойства электропроводящих композиций.

Электрические свойства определяются свойствами дисперсного наполнителя - его электропроводностью, концентрацией, формой и размером частиц, В настоящее время известно более 50 типов контактолов.

Наиболее высокой проводимостью и стабильностью свойств обладают контактолы с содержанием серебра. Их используют для склеивания поверхностей серебра, меди, стекла, керамики.

Если серебро предварительно обработано растворами жирных кислот, то такой клей используется для монтажа элементов радиоэлектроники, таких как ниточные резисторы, фоторезисторы и другие элементы.

Некоторые виды клея, имеющие высокую термостойкость и большой срок службы, используются в производстве керамических конденсаторов и для монтажа интегральных схем. А контактол К-20 обладает максимальной для подобных материалов электропроводностью ( ρ = 0,5 мкОм м).

Марки и характеристики некоторых проводящих клеев приводятся ниже: клей марки К-17: наполнитель - серебро, ρ = 1 - 2 мкОм м, температура отверждения 170 - 200 ° С, максимальная рабочая температура - 200 0С, срок службы 6 месяцев; клей К-20: наполнитель тот же, температура отверждения 20 - 80 0С,максимальная рабочая температура 80 0С, срок службы 6 месяцев.

Контрольные вопросы:

1.Что называют материалами высокого сопротивления?

2.Какие сплавы относят к жаростойким с высоким удельным сопротивлением?

3.Расскажите о жаростойких материалах и нагревательных элементах таких как карбиты, силициды тугоплавких металлов –ниобия, циркония, тантала и гафния?

4.Расскажите о структуре и проводимости германия?

5.Расскажите о структуре и проводимости кремния?

6.Какие сплавы называют тензометрическими?

7.Основные области применения, недостатки, использование контактных материалов?

8.Применение и недостатки припоев?

9.Применение и недостатки флюсов?

10.Применение и недостатки контактолов?

Лабораторная работа№3