本發(fā)明涉及用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料的制備方法。
背景技術(shù):
近年來,隨著能源危機(jī)的不斷升華,光伏產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展。然而用于光伏電池組的涂錫焊帶一直使用sn-pb焊料,鉛的使用對(duì)環(huán)境污染非常嚴(yán)重,并且隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,sn-pb焊料的使用導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的污染逐漸加劇并且是不可挽回的,也因此我國(guó)涂錫焊帶難以打入國(guó)際市場(chǎng),成為我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題之一,直接影響產(chǎn)業(yè)及環(huán)境的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。另外,pb的引入雖然可以一定程度上提高sn的強(qiáng)度,但提高效果非常有限,導(dǎo)致焊帶使用過程中容易翹曲或脫焊,大幅降低太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率與光伏電池組的使用壽命,不利于光伏產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展與普及。并且,sn-pb焊料導(dǎo)電性不佳,不利于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率的提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)sn-pb焊料中pb重金屬對(duì)環(huán)境污染的問題,而提供用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料的制備方法。
本發(fā)明用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
一、熔煉:將sn基體在溫度為280℃的熔煉爐中進(jìn)行熔煉,除渣后將溫度從280℃降溫至sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃,得到熔體;
二、cnts增強(qiáng):將攪拌槳和超聲分散棒一起置于熔體中,將cnts按1wt.%~5wt.%進(jìn)行稱重,然后將稱量的cnts采用sn箔進(jìn)行包覆然后置于熔體中,在sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃、機(jī)械攪拌速度為300rpm~600rpm和超聲分散功率為300w~700w的條件下進(jìn)行分散,分散時(shí)間為30min~100min,得到混合均勻的cnts-sn熔液,可直接用于焊帶涂錫工序。
本發(fā)明用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
一、熔煉:將sn基體在溫度為280℃的熔煉爐中進(jìn)行熔煉,除渣后將溫度從280℃降溫至sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃,得到熔體;
二、cnts增強(qiáng):將攪拌槳和超聲分散棒一起置于熔體中,將cnts按1wt.%~5wt.%進(jìn)行稱重,然后將稱量的cnts采用sn箔進(jìn)行包覆然后置于熔體中,在sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃、機(jī)械攪拌速度為300rpm~600rpm和超聲分散功率為300w~700w的條件下進(jìn)行分散,分散時(shí)間為30min~100min,得到混合均勻的cnts-sn熔液;
三、在機(jī)械攪拌速度為200rpm和超聲分散功率為200w的條件下將混合均勻的cnts-sn熔液的溫度從sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃升溫至280℃,導(dǎo)入模具中冷卻,得到用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料。
本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明采用超聲輔助攪拌鑄造法,在sn焊料中引入碳納米管(cnts)代替pb制備cnts-sn復(fù)合材料焊料,可以解決傳統(tǒng)sn-pb焊料中pb重金屬對(duì)環(huán)境的污染問題,對(duì)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。另外,由于cnts優(yōu)異的力學(xué)性能與導(dǎo)電性,因此cnts-sn復(fù)合材料焊料與sn-pb焊料相比,還可以大幅提高焊料的強(qiáng)度水平與導(dǎo)電性,其中強(qiáng)度提高10~30%,導(dǎo)電性提高5~15%,從而有效提高其使用壽命與太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式一:本實(shí)施方式的用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
一、熔煉:將sn基體在溫度為280℃的熔煉爐中進(jìn)行熔煉,除渣后將溫度從280℃降溫至sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃,得到熔體;
二、cnts增強(qiáng):將攪拌槳和超聲分散棒一起置于熔體中,將cnts按1wt.%~5wt.%進(jìn)行稱重,然后將稱量的cnts采用sn箔進(jìn)行包覆然后置于熔體中,在sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃、機(jī)械攪拌速度為300rpm~600rpm和超聲分散功率為300w~700w的條件下進(jìn)行分散,分散時(shí)間為30min~100min,得到混合均勻的cnts-sn熔液,可直接用于焊帶涂錫工序。
本實(shí)施方式步驟一中將溫度從280℃降溫至sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃的目的是為了增加熔體的粘稠度有利于cnts的分散。
本實(shí)施方式步驟二中機(jī)械攪拌速度越高、超聲分散功率越高,越利于cnts在sn熔液中的分散,cnts含量越高,越難以完全分散,因此需要的攪拌速度更高、超聲分散功率更大、分散時(shí)間越長(zhǎng),因此本實(shí)施方式的機(jī)械攪拌速度為300rpm~600rpm和超聲分散功率為300w~700w。雖然分散時(shí)間越長(zhǎng)越利于分散,但時(shí)間越長(zhǎng),雜質(zhì)引入越多,不利于導(dǎo)電性的改善,因此本實(shí)施方式分散時(shí)間控制在30min~100min。
具體實(shí)施方式二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是:所述sn基體為純sn、sn-ag合金或sn-cu合金。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是:所述cnts為多壁cnts或單壁cnts。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。
具體實(shí)施方式四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是:步驟二中將cnts按3wt.%進(jìn)行稱重。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。
具體實(shí)施方式五:本實(shí)施方式用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
一、熔煉:將sn基體在溫度為280℃的熔煉爐中進(jìn)行熔煉,除渣后將溫度從280℃降溫至sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃,得到熔體;
二、cnts增強(qiáng):將攪拌槳和超聲分散棒一起置于熔體中,將cnts按1wt.%~5wt.%進(jìn)行稱重,然后將稱量的cnts采用sn箔進(jìn)行包覆然后置于熔體中,在sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃、機(jī)械攪拌速度為300rpm~600rpm和超聲分散功率為300w~700w的條件下進(jìn)行分散,分散時(shí)間為30min~100min,得到混合均勻的cnts-sn熔液;
三、在機(jī)械攪拌速度為200rpm和超聲分散功率為200w的條件下將混合均勻的cnts-sn熔液的溫度從sn基體的熔點(diǎn)以上5~10℃升溫至280℃,導(dǎo)入模具中冷卻,得到用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料。
本實(shí)施方式步驟三中使用較低的攪拌速度與超聲功率一方面可以保證cnts不至于發(fā)生團(tuán)聚,還可以保證sn液不至于飛濺。
具體實(shí)施方式六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式五不同的是:所述sn基體為純sn、sn-ag合金或sn-cu合金。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式五相同。
具體實(shí)施方式七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式五或六不同的是:所述cnts為多壁cnts或單壁cnts。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式五或六相同。
具體實(shí)施方式八:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式五至七之一不同的是:步驟二中將cnts按3wt.%進(jìn)行稱重。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式五至七之一相同。
具體實(shí)施方式九:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式五至八之一不同的是:步驟二中所述機(jī)械攪拌速度為500rpm。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式五至八之一相同。
具體實(shí)施方式十:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式五至九之一不同的是:步驟二中所述超聲分散功率為500w。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式五至九之一相同。
用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
實(shí)施例一:用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
一、熔煉:將純sn在溫度為280℃的熔煉爐中進(jìn)行熔煉,除渣后將溫度從280℃降溫至240℃,得到熔體;
二、cnts增強(qiáng):將攪拌槳和超聲分散棒一起置于熔體中,將多壁cnts按1wt.%進(jìn)行稱重,然后將稱量的cnts采用sn箔進(jìn)行包覆然后置于熔體中,在240℃、機(jī)械攪拌速度為300rpm和超聲分散功率為300w的條件下進(jìn)行分散,分散時(shí)間為30min,得到混合均勻的cnts-sn熔液;
三、在機(jī)械攪拌速度為200rpm和超聲分散功率為200w的條件下將混合均勻的cnts-sn熔液的溫度從240℃升溫至280℃,導(dǎo)入模具中冷卻,得到用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料。
測(cè)試結(jié)果顯示,雜質(zhì)含量小于0.2%,抗拉強(qiáng)度提高20%,導(dǎo)電率提高5%。
實(shí)施例二:本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于:步驟二中多壁cnts按3wt.%進(jìn)行稱重;步驟二中在240℃、機(jī)械攪拌速度為500rpm和超聲分散功率為500w的條件下進(jìn)行分散;分散時(shí)間為60min。其他與實(shí)施例一相同。
測(cè)試結(jié)果顯示,雜質(zhì)含量小于0.4%,抗拉強(qiáng)度提高30%,導(dǎo)電率提高11%。
實(shí)施例三:用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
一、熔煉:將sn-ag合金在溫度為280℃的熔煉爐中進(jìn)行熔煉,除渣后將溫度從280℃降溫至235℃,得到熔體;
二、cnts增強(qiáng):將攪拌槳和超聲分散棒一起置于熔體中,將單壁cnts按5wt.%進(jìn)行稱重,然后將稱量的cnts采用sn箔進(jìn)行包覆然后置于熔體中,在235℃、機(jī)械攪拌速度為600rpm和超聲分散功率為700w的條件下進(jìn)行分散,分散時(shí)間為100min,得到混合均勻的cnts-sn熔液;
三、在機(jī)械攪拌速度為200rpm和超聲分散功率為200w的條件下將混合均勻的cnts-sn熔液的溫度從235℃升溫至280℃,導(dǎo)入模具中冷卻,得到用于涂錫焊帶的cnts-sn復(fù)合材料焊料。
測(cè)試結(jié)果顯示,雜質(zhì)含量小于0.7%,抗拉強(qiáng)度提高30%,導(dǎo)電率提高15%。