專利名稱：一種低氧含量微球焊料粉末的制備方法及其專用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末制備技術(shù)，具體為一種低氧含量微球焊料粉末的制備方法及其專用設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)今許多電子電器設(shè)備如筆記本電腦、手機(jī)，攝像機(jī)等均采用焊膏焊接印刷電路板，焊膏中的主要成分是Pb-Sn、Sn-Zn-Bi和Sn-Ag-Cu等合金系焊料粉末，對(duì)此粉末的三個(gè)主要技術(shù)要求是粒度細(xì)，一般需＜200目，即＜74μm，許多場(chǎng)合需325目，即44μm粉末；形狀為球形；氧含量小于100ppm以保證焊接質(zhì)量。目前主要采用惰性氣體霧化法制造，即將合金熔化流出，以高壓氣體將其噴霧成液滴并凝結(jié)成粉末，此法存在的主要問題是所得粉末的粒度分布很寬，成品率較低，因氣流干擾，粉末的球形度較差，而且氧含量往往在150ppm以上，因而該法的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低氧含量微球焊料粉末的制備方法及其專用設(shè)備，使粉末的粒度分布較窄、球形度較好，從而成品率高。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將焊料原料加熱熔化后使其過熱度達(dá)到30～300℃，以穩(wěn)定流速(流速范圍為3～50克/秒)注入高速旋轉(zhuǎn)的霧化器內(nèi)離心霧化，霧化器直徑為30～100mm，霧化器轉(zhuǎn)速為4000～40000轉(zhuǎn)/分，使其獲得高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，在霧化器邊緣霧化為微細(xì)液滴，在飛行過程中因表面張力凝結(jié)為球形粉末，粉末的粒度為15～104μm，其氧含量小于100ppm。
所述霧化器轉(zhuǎn)速較好為8000～18000轉(zhuǎn)/分；所述焊料可以為Pb基、Sn基、Sn-Zu基、Cu基和Ag基之一；所述離心霧化可以在真空中進(jìn)行，真空度為5～5×10-2；所述離心霧化在Ar、N2、He或空氣中進(jìn)行，壓力為0.01～0.2MPa。
本發(fā)明的專用設(shè)備包括置于封閉式霧化容器內(nèi)的熔化包、霧化器、恒溫器以及驅(qū)動(dòng)霧化器轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，其中霧化器位于熔化包下方，為上端開口的回轉(zhuǎn)容器，恒溫器安裝于霧化器底部，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的外側(cè)罩有水冷室，電機(jī)置于水冷室內(nèi)，霧化容器底部連有集粉室。
所述霧化器直徑為30～100mm；所述電機(jī)為與霧化器同軸的高速電機(jī)或通過皮帶傳動(dòng)的高速電機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速的要求，本發(fā)明可以采用高穩(wěn)定性動(dòng)平衡旋轉(zhuǎn)器件和高精度的高速軸承，保證高速動(dòng)平衡，并采用超高強(qiáng)石墨、BN、輕金屬Al、Ti或不銹鋼材料制成高效霧化器，使其能承受高轉(zhuǎn)速而產(chǎn)生的巨大離心力，又使熔體在霧化器內(nèi)有效得到轉(zhuǎn)動(dòng)能；采用恒溫控制器使霧化過程中霧化器保持恒溫，防止熔體凝固或過熱。
本發(fā)明的原理之一是將熔體高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為粉末的表面能。當(dāng)熔體在離心旋轉(zhuǎn)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)能為mR2ω2/2，霧化為粉末，并飛行時(shí)，其表面能為3γm/rρ，飛行動(dòng)能為mv02/2，其中m為液滴質(zhì)量，R為旋轉(zhuǎn)半徑，ω為旋轉(zhuǎn)角速度，γ為表面張力，ρ為液滴密度，r為液滴半徑，v0為熔滴飛行初速度。其能量關(guān)系為mR2ω2/2＝3γm/rρ+mv02/2由于表面能項(xiàng)與液滴直徑成反比，細(xì)粉的表面能很高，為了能夠制備細(xì)粉末，應(yīng)該使液體高速旋轉(zhuǎn)，以得到盡可能高的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，同時(shí)在霧化器邊緣有效地轉(zhuǎn)化為細(xì)液滴的表面能，從而限制液滴的飛行初速度v0，可減小容器直徑。
本發(fā)明原理之二是控制粉末的飛行，從而實(shí)現(xiàn)粉末的分級(jí)。當(dāng)直徑為d的球粒以初速度v0在密度為ρ的介質(zhì)中飛行時(shí)，在重力場(chǎng)g作用下，其水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)微分方程分別為dvdt=-6πcvvxdρρs]]>dvydt=gρ-ρsρs-6πcvvydρρs]]>其中c為阻力系數(shù)；v為飛行速度；vx、vy為飛行速度分量；ρs為球粒密度；t為時(shí)間。
不同粒度粉末有不同的軌跡，而當(dāng)改變飛行初速度v0及介質(zhì)壓力即密度ρ時(shí)，飛行軌跡發(fā)生變化，從而可以實(shí)現(xiàn)粉末粒度的分級(jí)。
本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明將焊料加熱熔化注入霧化器中離心霧化，當(dāng)增高轉(zhuǎn)動(dòng)能量，特別是提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度時(shí)，如轉(zhuǎn)速達(dá)到10000～40000轉(zhuǎn)/分，即ω達(dá)到1047～4188弧度/秒，其法向加速度/重力加速度的比值達(dá)到4.5×104～2.5×104倍，可以得到極好的霧化效果，粉末粒度分布很窄、成品率高、球形度較好，易于制取15～104μm左右的微細(xì)球形粉末。
2.采用封閉式充氣霧化器，充0.01～0.2MPa的Ar、N2、He等惰性氣體或空氣，既可因快速凝固防止粉末氧化，又可控制粉末飛行，便于產(chǎn)品分級(jí)回收，粉末中氧含量低，可達(dá)100ppm以下。
3.生產(chǎn)成本低。


圖1為本發(fā)明專用設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明專用設(shè)備另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1空氣中制備Pb-Sn合金中等粒度粉末(74～104μm)如圖1所示，本實(shí)施例的專用設(shè)備，包括置于封閉式霧化容器9內(nèi)的熔化包(坩堝)1、霧化器2、恒溫器3、軸承4以及驅(qū)動(dòng)霧化器轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)5，其中霧化器2位于熔化包1下方，為上端開口的回轉(zhuǎn)容器，恒溫器3安裝于霧化器2底部，軸承安裝于霧化器轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的外側(cè)罩有水冷室6，電機(jī)5置于水冷室6內(nèi)，霧化容器9底部連有集粉室7；霧化器直徑為50mm，電機(jī)5為通過皮帶傳動(dòng)的高速電機(jī)。
取Pb-61.9％Sn合金2公斤，在帶漏嘴8的坩堝中加熱至250℃，使其熔化，將50mm霧化器預(yù)加熱至250℃，由電機(jī)將其帶動(dòng)轉(zhuǎn)至8000轉(zhuǎn)/分，將漏咀8處塞棒打開，熔液由漏嘴8流出，流速為5克/秒，它流入旋轉(zhuǎn)霧化器后被離心霧化，在飛行過程凝結(jié)成為球形粉末，粒度范圍為74～104μm，粉末的氧含量為90ppm。
實(shí)施例2在密閉容器中制備Pb-Sn合金細(xì)粒度粉末(44～74μm)，與實(shí)施例1不同之處是如圖2所示，霧化器直徑為60mm，電機(jī)5為與霧化器同軸的高速電機(jī)。
在密閉容器中，充入0.1MPa高純氮?dú)猓錃怏w的含氧量小于100ppm，將Pb-61.9％Sn合金20公斤加熱至300℃熔化，用同軸高速電機(jī)將直徑為60mm的霧化器加速至10000轉(zhuǎn)/分，打開塞棒后控制熔體的流速為15-25克/秒，所得球形粉末粒度范圍為44～74μm，粉末的氧含量為80ppm。
實(shí)施例3在密閉容器中制備Pb-Sn合金很細(xì)粒度粉末(30～50μm)，與實(shí)施例2不同之處是在密閉容器中，充入0.09MPa高純氬氣，其氣體的含氧量小于100ppm，將Pb-61.9％Sn合金20公斤加熱至320℃熔化，用同軸高速電機(jī)將直徑為60mm的霧化器加速至12000轉(zhuǎn)/分，打開塞棒后控制熔體的流速為10～15克/秒，所得球形粉末粒度范圍為30～50μm，粉末的氧含量為85ppm。
實(shí)施例4與實(shí)施例2不同之處是在密閉容器中，充入0.05MPa高純氬氣，其氣體的含氧量小于100ppm，將Pb-61.9％Sn合金20公斤加熱至370℃熔化，用同軸高速電機(jī)將直徑為80mm的霧化器加速至18000轉(zhuǎn)/分，打開塞棒后控制熔體的流速為10～15克/秒，所得球形粉末粒度范圍為15～50μm，粉末的氧含量為70ppm。
實(shí)施例5與實(shí)施例2不同之處是在密閉容器中，充入0.05MPa高純氬氣，其氣體的含氧量小于100ppm，將Sn-8Zn-3Bi合金20公斤加熱至400℃熔化，用同軸高速電機(jī)將直徑為60mm的霧化器加速至12000轉(zhuǎn)/分，打開塞棒后控制熔體的流速為10～15克/秒，所得球形粉末粒度范圍為30～50μm，粉末的氧含量為75ppm。
權(quán)利要求
1.一種低氧含量微球焊料粉末的制備方法，其特征在于將焊料原料加熱熔化后以穩(wěn)定流速注入高速旋轉(zhuǎn)的霧化器內(nèi)進(jìn)行離心霧化，霧化器轉(zhuǎn)速為4000～40000轉(zhuǎn)/分，使熔體獲得高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，在霧化器邊緣霧化為微細(xì)液滴，液滴在飛行過程中因表面張力凝結(jié)為低氧含量微球焊料球形粉末，粉末的粒度為15～104μm，其氧含量小于100ppm。
2.按照權(quán)利要求1所述低氧含量微球焊料粉末的制備方法，其特征在于所述流速范圍為3～50克/秒。
3.按照權(quán)利要求1所述低氧含量微球焊料粉末的制備方法，其特征在于所述加熱熔化的過熱度達(dá)到30～300℃。
4.按照權(quán)利要求1所述低氧含量微球焊料粉末的制備方法，其特征在于所述焊料為Pb基、Sn基、Sn-Zu基、Cu基和Ag基之一。
5.按照權(quán)利要求1所述低氧含量微球焊料粉末的制備方法，其特征在于所述離心霧化在真空中進(jìn)行，真空度為5～5×10-2Pa；或者在Ar、N2、He或空氣中進(jìn)行，壓力為0.01～0.2MPa。
6.按照權(quán)利要求1所述低氧含量微球焊料粉末的制備方法，其特征在于所述霧化器轉(zhuǎn)速為8000～18000轉(zhuǎn)/分。
7.一種按照權(quán)利要求1所述低氧含量微球焊料粉末的制備方法的專用設(shè)備，其特征在于包括置于封閉式霧化容器(9)內(nèi)的熔化包(1)、霧化器(2)、恒溫器(3)以及驅(qū)動(dòng)霧化器轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)(5)，其中霧化器(2)位于熔化包(1)下方，為上端開口的回轉(zhuǎn)容器，恒溫器(3)安裝于霧化器(2)底部，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的外側(cè)罩有水冷室(6)，電機(jī)(5)置于水冷室(6)內(nèi)，霧化容器(9)底部連有集粉室(7)。
8.按照權(quán)利要求7所述的專用設(shè)備，其特征在于所述霧化器(2)直徑為φ30～100mm。
9.按照權(quán)利要求7所述的專用設(shè)備，其特征在于所述電機(jī)(5)為與霧化器(2)同軸的高速電機(jī)或通過皮帶傳動(dòng)的高速電機(jī)。
10.按照權(quán)利要求7所述的專用設(shè)備，其特征在于所述霧化器(2)采用石墨、BN、輕金屬Al、Ti或不銹鋼材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及粉末制備技術(shù)，具體為一種低氧含量微球焊料粉末的制備方法及其專用設(shè)備。其制備方法是將焊料(如Pb基、Sn基、Sn－Zn基、Ag基或Cu基)原料加熱熔化后以穩(wěn)定流速注入高速旋轉(zhuǎn)的霧化器內(nèi)進(jìn)行離心霧化，霧化器轉(zhuǎn)速為4000～4000轉(zhuǎn)/分，熔體獲得高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，再在霧化器邊緣霧化為微細(xì)液滴，在飛行過程中因表面張力凝結(jié)為球形粉末。其專用設(shè)備是包括置于封閉式霧化容器內(nèi)的熔化包、霧化器、恒溫器以及驅(qū)動(dòng)霧化器轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)。本發(fā)明易于制取15～104μm的微細(xì)球形粉末，所得粉末粒度分布較窄、成品率高、球形度較好，霧化室可抽成真空或充N
文檔編號(hào)B05B17/04GK1559696SQ200410021160
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者王崇琳, 魏雙祺, 宋積德, 姜文濱 申請(qǐng)人:王崇琳