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].


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.

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].

Mogą zainteresować Cię również

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...
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...
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.
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...
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...
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.
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. ...
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, ...
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...
Kalendarium wydarzeń
Relacje
„Hutnictwo żelaza i stali w Polsce. Wyzwania i szanse dla szarej i zielonej stali”
23 listopada w Centrum Informacji Naukowej i Bibliotece Akademickiej w Katowicach odbyła się konferencja „Hutnictwo żelaza i stali w Polsce. Wyzwania i szans...
Sprawdź więcejEMO 2023 – Mazak Go Green
Podczas targów EMO 2023, które odbyły się 18-23 września br. w Hanowerze, firma Yamazaki Mazak zaprezentowała swoją wizję zaawansowanych rozwiązań technologi...
Sprawdź więcejEnergetab 2023
Za nami trzy intensywne dni 36. międzynarodowych targów energetycznych ENERGETAB. Były one niezwykle pracowite dla 433 wystawców, którzy starali się zaprezen...
Sprawdź więcejI Mazowieckie Sympozjum Obróbki Skrawaniem
W dniu 22 czerwca br. na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Warszawskiej odbyło się I Mazowieckie Sympozjum Obróbki Skrawaniem, współorganizo...
Sprawdź więcej