專利名稱：：納米增強無鉛焊料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種焊料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：Sn-58Bi合金是低溫?zé)o鉛焊料的理性材料，但是由于Sn-Bi系焊料隨著Bi的質(zhì)量分數(shù)的增加，Bi在Sn中固溶或析出使合金的強度降低，從而使塑韌性下降，延展率顯著降低，導(dǎo)致潤濕性差、熔點高、抗拉伸強度低和0.2%的屈服強度低。應(yīng)用現(xiàn)有的Sn-58Bi焊料釬焊焊接，焊接接頭的的潤濕角為28.1°，0.2。/。的屈服強度為37.5MPa，抗拉伸強度為37.5MPa。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了解決應(yīng)用現(xiàn)有的Sn-58Bi焊料焊接，焊接接頭的潤濕性差、抗拉伸強度低和0.2%的屈服強度低的問題，提供了一種納米增強無鉛焊料及其制備方法。本發(fā)明納米增強無鉛焊料由碳納米管和Sn-58Bi焊料制成；其中碳納米管和Sn-58Bi焊料混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為O.03%0.07%。納米增強無鉛焊料的制備方法如下一、將碳納米管加入到混酸溶液中，在超聲功率為IOOW的條件下超聲處理I.5h，然后在6(TC的條件下攪拌2h，再自然冷卻至室溫，然后以800轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心30min;二、用去離子水洗滌經(jīng)步驟一處理的碳納米管至洗液的pH值為7，過濾，向濾渣中加入無水乙醇，其中濾渣與無水乙醇的體積比為l:10，然后在充滿氬氣的石英管中在溫度為6(TC的條件下干燥2.5h，再在干燥室氣壓小于30Pa、溫度為8(TC的條件下干燥2.5h，然后在轉(zhuǎn)速為260r/min的條件下球磨7h;三、將經(jīng)過步驟二處理的碳納米管與Sn-58Bi焊料混合，然后在保護氣為氬氣、轉(zhuǎn)速為400r/min的條件下球磨30分鐘6小時，即得混合物；四、將混合物在真空熱壓爐內(nèi)壓力為2噸的條件下壓制10秒鐘得到坯料，然后在坯料表面上噴涂0.2mm厚的石墨，再在氬氣中以115。C的溫度燒結(jié)2.5小時，即得無鉛焊料;其中步驟一中所述的混酸溶液為濃硫酸與濃硝酸按照l:l的體積比組成；步驟二中所述的石英管的直徑為92mm，長度為2000mm;步驟三所述混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為O.03%0.07%。本發(fā)明方法步驟二中磨球與濾渣的質(zhì)量比為40:1;步驟三中磨球與碳納米管的質(zhì)量比為40:1;步驟二和步驟三中所用的磨球為陶瓷球；步驟三中所述的Sll-58Bi焊料的粒徑為3050ym。采用本發(fā)明方法所得的無鉛焊料用于焊接的潤濕角為24.6度26.2度，焊接接頭的0.2%屈服強度為39.lMPa47.lMPa、抗拉強度為51.5MPa57.5MPa、接頭的延伸率為55.90%57.24%。本方法同樣適用于Sn-Bi-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu系無鉛焊料。圖1是未經(jīng)處理的碳納米管SEM圖；圖2是未經(jīng)球磨Sn-58Bi焊料的SEM圖；圖3是碳納米管質(zhì)量含量為O.07y。無鉛焊料的SEM圖；圖4是應(yīng)用碳納米管含量為0.07%的焊料焊接紫銅板接頭的SEM圖。具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。具體實施方式一本實施方式中納米增強無鉛焊料由碳納米管和Sn-58Bi焊料制成；其中碳納米管和Sn-58Bi焊料混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為0.03%0.07%。具體實施方式二具體實施方式一中納米增強無鉛焊料的制備方法如下一、將碳納米管加入到混酸溶液中，在超聲功率為100W的條件下超聲處理1.5h，然后在6(TC的條件下攪拌2h，再自然冷卻至室溫，然后以800轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心30min;二、用去離子水洗滌經(jīng)步驟一處理的碳納米管至洗液的pH值為7，過濾，向濾渣中加入無水乙醇，其中濾渣與無水乙醇的體積比為l:10，然后在充滿氬氣的石英管中在溫度為6(TC的條件下干燥2.5h，再在干燥室氣壓小于30Pa、溫度為80。C的條件下干燥2.5h，然后在轉(zhuǎn)速為260r/min的條件下球磨7h;三、將經(jīng)過步驟二處理的碳納米管與Sn-58Bi焊料混合，然后在保護氣為氬氣、轉(zhuǎn)速為400r/min的條件下球磨30分鐘6小時，即得混合物；四、將混合物在真空熱壓爐內(nèi)壓力為2噸的條件下壓制10秒鐘得到坯料，然后在坯料表面上噴涂0.2mm厚的石墨，再在氬氣中以115。C的溫度燒結(jié)2.5小時，即得無鉛焊料；其中步驟一中所述的混酸溶液為濃硫酸與濃硝酸按照l:l的體積比組成；步驟二中所述的石英管的直徑為92mm，長度為2000mm;步驟三所述混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為O.03%0.07%。本實施方式步驟二或步驟三中所用的球磨機為QM-4H行星式球磨機；本實施方式步驟四中采用美國真空工業(yè)公司生產(chǎn)的Center6-1650-15T真空熱壓爐對球磨后粉體壓制；本實施方式中所用的Sn-58Bi焊料由深圳市億鋮達工業(yè)有限公司生產(chǎn)；本實施方式所用濃硝酸質(zhì)量濃度為68%;本實施方式所用濃硫酸的濃度為98%。由圖l(未經(jīng)處理的碳納米管SEM圖)可知未經(jīng)處理的碳納米管出現(xiàn)了團聚現(xiàn)象，由圖2(未經(jīng)球磨Sn-58Bi焊料的SEM圖)可知未經(jīng)球磨Sn-58Bi焊料的粒徑較大，通過圖3(碳納米管質(zhì)量含量為0.07。/。無鉛焊料的SEM圖)看出，經(jīng)過球磨后無鉛焊料中的Sn-58Bi焊料粒徑變小了，并且碳納米管沒有團聚現(xiàn)象。采用本發(fā)明方法所得的無鉛焊料用于焊接的潤濕角為24.6度26.2度，焊接接頭的0.2%屈服強度為39.lMPa47.lMPa、抗拉強度為51.5MPa57.5MPa、接頭的延伸率為55.90%57.24%。具體實施方式三本實施方式與具體實施方式二不同的是步驟二中磨球與濾渣的質(zhì)量比為40:1。其它與具體實施方式二相同。具體實施方式四本實施方式與具體實施方式二或三不同的是步驟三中磨球與碳納米管的質(zhì)量比為40:1。其它與具體實施方式二或三相同。具體實施方式五本實施方式與具體實施方式四不同的是步驟二和步驟三中所用的磨球為陶瓷球。其它與具體實施方式四相同。具體實施方式六本實施方式與具體實施方式二、三或五不同的是步驟三中所述的Sn-58Bi焊料的粒徑為3050um。其它與具體實施方式二、三或五相同。具體實施方式七本實施方式與具體實施方式六不同的是步驟三中所述的Sn-58Bi焊料的粒徑為40ym。其它與具體實施方式六相同。具體實施方式八本實施方式與具體實施方式二、三、五或七不同的是步驟三中所述混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為0.04%0.06%。其它與具體實施方式二、三、五或七相同。.具體實施方式九本實施方式與具體實施方式八不同的是步驟三中所述混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為0.05%。其它與具體實施方式八相同。具體實施方式十本實施方式中焊料的制備方法如下一、將碳納米管加入到混酸溶液中，在超聲功率為100W的條件下超聲處理1.5h，然后在6(TC的條件下攪拌2h，再自然冷卻至室溫，然后以800轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心30min;二、用去離子水洗滌經(jīng)步驟一處理的碳納米管至洗液的pH值為7，過濾，向濾渣中加入無水乙醇，其中濾渣與無水乙醇的體積比為l:10，然后在充滿氬氣的石英管中在溫度為6(TC的條件下干燥2.5h，再在干燥室氣壓小于30Pa、溫度為80。C的條件下干燥2.5h，然后在轉(zhuǎn)速為260r/min的條件下球磨7h;三、將經(jīng)過步驟二處理的碳納米管與Sn-58Bi焊料混合，然后在保護氣為氬氣、轉(zhuǎn)速為400r/min的條件下球磨30分鐘6小時，即得混合物；四、將混合物在真空熱壓爐內(nèi)壓力為2噸的條件下壓制IO秒鐘得到坯料，然后在坯料表面上噴涂0.2mm厚的石墨，再在氬氣中以115'C的溫度燒結(jié)2.5小時，即得無鉛焊料；其中步驟一中所述的混酸溶液為濃硫酸與濃硝酸按照l:l的體積比組成；步驟二中所述的石英管的直徑為92mm，長度為2000mm;步驟三所述混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為O.1%。本實施方式中將具體實施方式二所得的無鉛焊料與本實施方式所得的焊料進行熔點、潤濕性及力學(xué)性能的測試，具體測試方法及結(jié)果如下1、將具體實施方式二所得的無鉛焊料與本實施方式所得的焊料切成重量小于20毫克的小塊，然后放入陶瓷盤上，再以5K/min的速率加熱至16(TC，采用德國生產(chǎn)的STA449C/6/G型綜合熱分析儀測試熔化溫度，結(jié)果如表l:表l焊料焊料中碳納米管含量(％)Tm(。C)Sn-58Bi0139.1無鉛焊料0.03139.5無鉛焊料0.05138.9無鉛焊料0.07139.2本實施方式所得焊料0.1140.1由表l看出采用具體實施方式二所得無鉛焊料的熔點與Sn-58Bi的熔點相比，沒有升高，而本實施方式所得的焊料的熔點與Sn-58Bi的熔點相比升高了。2、將無鉛焊料和本實施方式所得焊料擠壓切成6毫米厚的圓片，再將圓片焊料與助焊膏(深圳市億鋮達工業(yè)有限公司生產(chǎn)的型號為FLY808-T型Sn-Bi專用型焊錫膏)放在銅基板上，并在熔爐中加熱到16(TC，然后用OCA20測角器測量焊料式樣的接觸角，測量結(jié)果如表2:表2焊料焊料中碳納米管含量(%)潤濕角(度)Sn-58Bi028.1無鉛焊料0.0326.2無鉛焊料0.0525.1無鉛焊料0.0724.6本實施方式所得焊料0.127.2由表2可知與本實施方式所得焊料的潤濕角相比具體實施方式二所得無鉛焊料的潤濕角小，與Sn-58Bi焊料的潤濕角相比具體實施方式二所得無鉛焊料的潤濕角小。3、將具體實施方式二所得無鉛焊料和本實施方式所得焊料擠壓切成6毫米厚的圓片，再將經(jīng)過打磨和丙酮清洗的圓片焊料放在紫銅板的待焊接面上(紫銅板的待焊接面上涂有由深圳市億鋮達工業(yè)有限公司生產(chǎn)的FLY808-T型Sn-Bi專用型焊錫膏)，然后在17(TC的溫度下焊接3min。將焊好的試件在INSTRONMODEL1186電子萬能試驗機進行拉剪試驗，拉伸速率為0.5mm/min。測試時，將試件放入夾具中，壓頭移動速度為O.5mm/min，記錄接頭斷裂時所施加的載荷，測試結(jié)果如表3:表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表3可知無鉛焊料的0.2%屈服強度、抗拉強度及延伸率均比本實施方式所得焊料和Sn-58Bi焊料的高。由圖4(應(yīng)用碳納米管含量為0.07y。的焊料焊接紫銅板接頭的SEM圖)可以看出焊接接頭中的Sn基體中有明顯的碳納米管存在。權(quán)利要求1.納米增強無鉛焊料，其特征在于納米增強無鉛焊料由碳納米管和Sn-58Bi焊料制成；其中碳納米管和Sn-58Bi焊料混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為0.03％～0.07％。2.納米增強無鉛焊料的制備方法，其特征在于納米增強無鉛焊料的制備方法如下一、將碳納米管加入到混酸溶液中，在超聲功率為100W的條件下超聲處理1.5h，然后在6(TC的條件下攪拌2h，再自然冷卻至室溫，然后以800轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心30min;二、用去離子水洗滌經(jīng)步驟一處理的碳納米管至洗液的pH值為7，過濾，向濾渣中加入無水乙醇，其中濾渣與無水乙醇的體積比為l:10，然后在充滿氬氣的石英管中在溫度為6(TC的條件下干燥2.5h，再在干燥室氣壓小于30Pa、溫度為8(TC的條件下干燥2.5h，然后在轉(zhuǎn)速為260r/min的條件下球磨7h;三、將經(jīng)過步驟二處理的碳納米管與Sn-58Bi焊料混合，然后在保護氣為氬氣、轉(zhuǎn)速為400r/min的條件下球磨30分鐘6小時，即得混合物；四、將混合物在真空熱壓爐內(nèi)壓力為2噸的條件下壓制10秒鐘得到坯料，然后在坯料表面上噴涂0.2mm厚的石墨，再在氬氣中以115'C的溫度燒結(jié)2.5小時，即得無鉛焊料；其中步驟一中所述的混酸溶液為濃硫酸與濃硝酸按照l:l的體積比組成；步驟二中所述的石英管的直徑為92mm，長度為2000mm;步驟三所述混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為O.03%0.07%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述納米增強無鉛焊料的制備方法，其特征在于步驟二中磨球與濾渣的質(zhì)量比為40:1。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述納米增強無鉛焊料的制備方法，其特征在于步驟三中磨球與碳納米管的質(zhì)量比為40:1。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述納米增強無鉛焊料的制備方法，其特征在于步驟二和步驟三中所用的磨球為陶瓷球。6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或5所述納米增強無鉛焊料的制備方法，其特征在于步驟三中所述的Sn-58Bi焊料的粒徑為3050ym。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述納米增強無鉛焊料的制備方法，其特征在于步驟三中所述的Sn-58Bi焊料的粒徑為40ym。8根據(jù)權(quán)利要求2、3、5或7所述納米增強無鉛焊料的制備方法，其特征在于步驟三中所述混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為O.04%0.06%。9根據(jù)權(quán)利要求8所述納米增強無鉛焊料的制備方法，其特征在于步驟三中所述混合物中碳納米管的質(zhì)量含量為O.05%。全文摘要納米增強無鉛焊料及其制備方法，它涉及一種焊料的制備方法。本發(fā)明解決了應(yīng)用現(xiàn)有的Sn-58Bi焊料焊接，焊接接頭的潤濕性差、抗拉伸強度低和0.2％的屈服強度低的問題。本發(fā)明方法如下將混酸溶液中的碳納米管經(jīng)過超聲、離心所得的沉淀用去離子水洗滌至洗液的pH值為7、過濾，向濾渣中加入無水乙醇后干燥，然后按照預(yù)定質(zhì)量比關(guān)系加入Sn-58Bi焊料，球磨、壓制得到坯料，再將坯料燒結(jié)，即得無鉛焊料。采用本發(fā)明方法所得的無鉛焊料用于焊接的潤濕角為24.6度～26.2度，焊接接頭的0.2％屈服強度為39.1MPa～47.1MPa、抗拉強度為51.5MPa～57.5MPa、接頭的延伸率為55.90％～57.24％。文檔編號B23K35/26GK101653877SQ20091030603公開日2010年2月24日申請日期2009年8月25日優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日發(fā)明者鵬何,呂曉春,晶安,徐金華,鑫馬申請人:深圳市億鋮達工業(yè)有限公司;哈爾濱工業(yè)大學(xué)