Reklama
dlaProdukcji.pl rejestracja

Wpływ przemian alotropowych na właściwości fizykochemiczne cyny

Z artykułu dowiesz się:

  • jak wykorzystać właściwości cyny w przemyśle,
  • jakie zagrożenia wiążą się z zastosowaniem cyny i jej stopów,
  • w jaki sposób bezpiecznie stosuje się stopy cyny w przemyśle.

Cyna jest jednym z najczęściej wykorzystywanych materiałów w produkcji układów elektronicznych. Jest relatywnie tanim metalem, ma srebrzystą barwę i jest plastyczna. Jak wykorzystuje się ją w przemyśle?

Cyna utlenia się w powietrzu, tworząc dwutlenek cyny. Temperatura topnienia cyny wynosi 231,9°C, czyli jest wystarczająco wysoka dla większości warunków zastosowania, a jednocześnie umożliwiająca wygodną produkcję. Ponadto cyna ma względnie dobre parametry elektryczne i właściwości mechaniczne, zwłaszcza w przypadku stopu z ołowiem. Tak więc cyna jest powszechnie stosowana w stopach lutowniczych jako wykończenie powierzchni do nadruku płytek drukowanych (metoda SMD). Jest też wykorzystywana jako poszycie dla złącz przewlekanych (metoda THT).

Odmiany alotropowe cyny i powstawanie zarazy cynowej

Cyna jest alotropowa, co oznacza, że ​​ma różne struktury krystaliczne w różnych warunkach temperatury i ciśnienia (rys. 1). Biała β-Sn posiada stabilną tetragonalną strukturę krystaliczną o gęstości 7,31 g/cm3. Jest plastycznym, miękkim metalem o wysokiej przewodności cieplnej (66,8 W/m*K) i małej rezystywności (16 nΩ*m w 0°C). Szara α-Sn po schłodzeniu poniżej 13,2°C ma strukturę regularną i gęstość 5,77 g/cm3. Ta odmiana alotropowa cyny jest krucha i łamliwa oraz posiada właściwości półprzewodnikowe [1].

STAL_11-12_23_Wojciech_Kowalski_PRZEMIANY_ALOTROPOWE_WLASCIWOSCI_FIZYKOCHEMICZNE_CYNY_RYS_1_A
Rys. 1a. Struktury krystaliczne odmian alotropowych cyny β-Sn [2]; rysunek: autor
STAL_11-12_23_Wojciech_Kowalski_PRZEMIANY_ALOTROPOWE_WLASCIWOSCI_FIZYKOCHEMICZNE_CYNY_RYS_1_B
Rys. 1b. Struktury krystaliczne odmian alotropowych cyny α-Sn [2]; rysunek: autor

Zmiany strukturalne

Zmiana struktury z tetragonalnej w regularną pod wpływem obniżania temperatury ma szkodliwy wpływ na połączenia lutowane wykonane z cyny. To jest niedopuszczalne w produkcji układów elektronicznych. Zjawisko to znane jest pod pojęciem tin pest (w dosłownym tłumaczeniu: „zaraza cynowa”) (rys. 2). Zrozumienie, w jaki sposób powstaje zaraza cynowa, jest ważne dla oceny niezawodności układów elektronicznych.

STAL_11-12_23_Wojciech_Kowalski_PRZEMIANY_ALOTROPOWE_WLASCIWOSCI_FIZYKOCHEMICZNE_CYNY_RYS_2
Rys. 2. Zaraza cynowa na irlandzkich monetach z XVII w. [3]; zdjęcie: autor

Właściwości cyny wykorzystywane w przemyśle

Mimo iż większość urządzeń elektronicznych nie jest narażona na niskie temperatury przez dłuższy czas, w wielu gałęziach przemysłu, takich jak motoryzacyjny (np. ratraki), wojskowy (bazy wojskowe w regionach podbiegunowych), kosmiczny (satelity) i telekomunikacyjny (wieże telefonii komórkowej), elektronika musi być niezawodna we wszystkich temperaturach [1].

Szara α-Sn, którą określa się jako zaraza cynowa, jest krucha. Łatwo zmienia się w proszek i powoduje, że większość cynowych złączy się kruszy. Zaraza cynowa zwykle zarodkuje na krawędziach, w rogach lub na powierzchni. Chociaż może tworzyć się już poniżej 13,2°C, to większość badaczy uważa, że ​​kinetyka tworzenia się zarazy cynowej jest bardzo powolna w tej temperaturze. Wg danych literaturowych można wnioskować, że istnieje ogólna zgoda wśród badaczy, że maksymalna szybkość tworzenia się zarazy cynowej występuje w temperaturach od -30°C do -40°C [1, 2, 4-5, 8-10].

Przejście α-Sn jest procesem zarodkowania i wzrostu. Zarodkowanie jest pierwszym etapem tworzenia się nowej fazy lub nowej struktury poprzez samorozmieszczenie. Najpierw pojawia się nowa faza (α-Sn) w niektórych miejscach w metastabilnej fazie macierzystej (β-Sn) (rys. 3). Obecność niektórych rozpuszczalnych pierwiastków w matrycy cynowej, takich jak Pb, Bi i Sb, tłumi zjawisko β → α, podnosząc temperaturę przejścia fazowego. Jednak dodanie Cd, Au i Ag może całkowicie zahamować tę transformację. Z kolei nierozpuszczalne pierwiastki: Zn, Al, Mg i Mn przyspieszają przejście fazowe, obniżając temperaturę, podczas gdy Cu, Fe i Ni mają tylko niewielki wpływ [4].

STAL_11-12_23_Wojciech_Kowalski_PRZEMIANY_ALOTROPOWE_WLASCIWOSCI_FIZYKOCHEMICZNE_CYNY_RYS_3
Rys. 3. Wzrost fazy α-Sn w wyniku przemiany β → α w temperaturze -40°C [5]; zdjęcia: autor
Reklama
Targi STOM

Firmy przemysłowe poprawiają konkurencyjność. Pomagają im inwestycje w maszyny i automatyzację

Firmy przemysłowe z sektora MŚP poprawiły w ostatnim roku swoją konkurencyjność – pokazuje najnowsza edycja cyklicznego badania Index MiU, przygotowywanego dla Siemens Financial Services w Polsce. Wpływ na to miały przede wszystkim zmiany w obsz...

Kamil-Kowa-Savills-rynek-nieruchomosci-komercyjnych
Partner kategorii:

Rynek nieruchomości komercyjnych w drodze powrotnej na właściwe tory

Firma doradcza Savills wstępnie podsumowała 2023 rok i nakreśliła prognozy najważniejszych trendów. W najbliższym czasie branża nieruchomości komercyjnych w Polsce stanie przed wyzwaniem powrotu do wysokiej aktywności inwestycyjnej, deweloperskiej i na rynku najmu, w obliczu w...

Partner kategorii:

Wpływ przemian alotropowych na właściwości fizykochemiczne cyny

Z artykułu dowiesz się: jak wykorzystać właściwości cyny w przemyśle,jakie zagrożenia wiążą się z zastosowaniem cyny i jej stopów,w jaki sposób bezpiecznie stosuje się stopy cyny w przemyśle.

STAL_11-12_23_SUKCES_POLSKIEJ_TECHNOLOGII_iNspire
Partner kategorii:

Sukces polskiej technologii na światowych rynkach

W świetle dynamicznego rozwoju technologii w branży wycinarek laserowych, Marcin Ejma, założyciel i CEO Eagle Lasers, dzieli się swoimi unikalnymi spostrzeżeniami na temat transformacji, innowacji i kluczowych trendów, które kształtują przyszłość tego dynamiczneg...

STAL_11-12_23_JAK_SIE_PROGRAMUJE_ROBOTY_PRZEMYSLOWE_FOT_3
Partner kategorii:

Jeśli nie przewidzimy katastrofy, na pewno będzie katastrofa, czyli jak się programuje roboty przemysłowe

Jaka ścieżka najszybciej doprowadzi do zawodu programisty robotów przemysłowych oraz jakie kompetencje trzeba mieć, aby się w nim odnaleźć? Na te i inne pytania w rozmowie z Joanną Miśkiewicz odpowiada Dobromiła Włodarska, inżynier-robotyk, współwłaścicielka firm...

STAL-9-10-spawalnictwo-CO-SIE-DZIEJE-W-BRANZY-SPAWALNICZEJ-1
Partner kategorii:

Kontrola głębokości wtopienia w czasie rzeczywistym w procesie spawania laserowego z wykorzystaniem interferometrycznego pomiaru odległości − cz. I

Z artykułu dowiesz się: jakie wyzwania stoją przed procesem monitorowania spawania laserowego,jaką rolę odgrywa w procesie monitorowanie podczas spawania,jakie systemy do monitorowania warto stosować.

STAL_11-12_23_Mikolaj_Lagowski_TANI_LEASING_W_2023_ROKU_iStock-855198460
Partner kategorii:

Sposoby na tani leasing w 2023 roku

Z artykułu dowiesz się: co zrobić, żeby dostać tani leasing w 2023 roku;jak przy obecnym poziomie stóp procentowych znaleźć dobrą ofertę leasingu;na jakie elementy trzeba zwrócić uwagę, wybierając leasing. ...

Partner kategorii:

Zakład PepsiCo w Żninie uruchamia nowoczesną linię produkcyjną Pepsi

Zakład napojowy PepsiCo w Żninie stale się modernizuje, stawiając na wydajność przy jednoczesnym poszanowaniu środowiska. Taka właśnie jest nowa linia produkcyjna zbudowana i uruchomiona w  niespełna dwa miesiące. W zakładzie rozlewane są kultowe napoje Pepsi, Mirinda, ...

cynk-a-ochrona-przeciwkorozyjna-stali-przeglad-zastosowan-fot-2
Partner kategorii:

Rola cynku w ochronie przeciwkorozyjnej stali – przegląd zastosowań

Metaliczny cynk, w różnych postaciach, jest nadal masowo i z doskonałymi rezultatami wykorzystywany w wielu technikach ochrony przed korozją konstrukcji i wyrobów stalowych eksploatowanych w różnych warunkach – w atmosferze, wodzie i ziemi. Niniejsze opracowanie ma na celu wsk...

Reklama
elamed EKO

Relacje

Katalog produktów

Reklama
Poznaj dobre praktyki BHP
Reklama
dlaProdukcji.pl - rejestracja
Reklama
dlaSpecjalistów.pl

Sklep

STAL Metale & Nowe Technologie 11-12/23

STAL Metale & Nowe Technologie 11-12/23

Zamów
Nowoczesne Hale 3-4/2023

Nowoczesne Hale 3-4/2023

Zamów
Utrzymanie Ruchu 1/2023

Utrzymanie Ruchu 1/2023

Zamów
Fastener 1/2023

Fastener 1/2023

Zamów
Metody diagnostyki maszyn i urządzeń w predykcyjnym utrzymaniu ruchu

Metody diagnostyki maszyn i urządzeń w predykcyjnym utrzymaniu ruchu

Zamów
Rozwiązania energooszczędne wykorzystywane w budownictwie wielkopowierzchniowym (e-book)

Rozwiązania energooszczędne wykorzystywane w budownictwie wielkopowierzchniowym (e-book)

Zamów
Gwinty - rodzaje, wymiary, podstawowe obliczenia

Gwinty - rodzaje, wymiary, podstawowe obliczenia

Zamów
Koła zębate – projektowanie, wytwarzanie, pomiary, eksploatacja

Koła zębate – projektowanie, wytwarzanie, pomiary, eksploatacja

Zamów
Inżynieria doskonałości w procesach biznesowych. Przewodnik po teorii i dobrych praktykach

Inżynieria doskonałości w procesach biznesowych. Przewodnik po teorii i dobrych praktykach

Zamów
Metrologia. Wybrane zagadnienia (e-book)

Metrologia. Wybrane zagadnienia (e-book)

Zamów
Przewodnik po technologiach przemysłu 4.0

Przewodnik po technologiach przemysłu 4.0

Zamów
Vademecum projektanta. Budownictwo halowe (e-book)

Vademecum projektanta. Budownictwo halowe (e-book)

Zamów

Nasze strony wykorzystują pliki cookies. Korzystanie z naszych stron internetowych bez zmiany ustawień przeglądarki dotyczących plików cookies oznacza, że zgadzacie się Państwo na umieszczenie ich w Państwa urządzeniu końcowym. Więcej szczegółów w Polityce prywatności.