I. Основное определение

Низкотемпературные припои — это обычно припои с низкой температурой плавления (обычно ниже 450°C). Их особенность заключается в том, что температура пайки значительно ниже температуры плавления основного материала, поэтому при пайке основной материал не расплавляется. Соединения, образуемые такими припоями, обладают относительно низкой прочностью, однако они работают при низких температурах и оказывают незначительное тепловое воздействие на основной материал.

Высокотемпературные припои — это обычно припои с высокой температурой плавления (обычно выше 450°C). Температура пайки этих припоев близка к температуре плавления основного материала, но всё же остаётся ниже её. Получаемые соединения обладают высокой прочностью и способны выдерживать условия работы с высокими температурами и большими нагрузками; однако они оказывают значительное тепловое воздействие на основной материал и предъявляют более высокие требования к технологическому процессу.

2. Критерии температуры пайки для разделения

Наиболее распространённым и авторитетным международным критерием является «450°C».

Низкотемпературный припой (мягкий припой): температура пайки < 450°C

Распространённые типы: оловянно-свинцовые припои (например, Sn-Pb, безсвинцовые припои Sn-Ag-Cu), свинцово-содержащие припои, висмутосодержащие припои, кадмиево-содержащие припои и др.

Типичные области применения: пайка печатных плат (рефлюксная пайка, пайка волной), радиаторы, кухонная посуда, медные трубки для работы при низких температурах, ювелирные украшения и другие изделия.

Высокотемпературный припой (твердый припой): температура пайки > 450°C

Распространённые типы: припои на основе алюминия (~500–600°C), припои на основе серебра (~600–800°C), припои на основе меди (~700–900°C), припои на основе никеля (~1000–1200°C), золотосодержащие припои и другие.

Типичные области применения: трубопроводы кондиционеров для охлаждения (медные трубы), твердосплавные режущие инструменты, детали из нержавеющей стали, компоненты авиационных и космических двигателей, высокотемпературные теплообменники и др.

Почему именно 450°C?

Эта температурная точка выбрана не произвольно; она основана на двух важных инженерных и материаловедческих соображениях:

1. Точка эвтектики свинец-олово: самым широко применяемым в истории припоем является сплав олова с серебром, температура его эвтектической точки составляет 183°C. Однако грань в 450°C была выбрана по причине другого ключевого момента.

2. Температура рекристаллизации металлов: для многих широко используемых металлов (таких как сталь, алюминий и медь) температура от 450°C до 500°C является порогом, при котором начинается процесс рекристаллизации. Рекристаллизация изменяет микроструктуру и механические свойства основного материала (например, твёрдость и прочность). Поэтому пайку, проводимую при температуре выше этой границы, относят к категории «твердой пайки», что означает, что сам процесс пайки может уже привести к отжигу основного материала или изменению его термической обработки.

3. Дальнейшая классификация: мягкая пайка и твёрдая пайка

В соответствии с разделением по температуре припоя, технология пайки также делится на две основные категории:

1. Относительность: понятия «высокая» и «низкая» относятся к исходному материалу. Например, припой, используемый для сварки титановых сплавов, даже при температуре до 900°C всё равно считается «низкотемпературным» процессом по сравнению с точкой плавления титана, равной 1668°C.

2. «Высокотемпературные применения» и «высокотемпературные припойные материалы»: если соединение должно работать в условиях высоких температур (например, детали двигателя), то для его изготовления необходимо использовать высокотемпературный припой. Однако сам «процесс пайки», используемый для создания этого соединения, также протекает при высоких температурах.

3. Диапазон температур пайки: обычно припой представляет собой интервал температур (от температуры твёрдой фазы до температуры жидкостной фазы); в реальной практике пайки операцию необходимо проводить на 30–50°C выше температуры жидкостной фазы.

5. Подведение итогов

Разделение на основные категории: 450°C — это общепризнанная температурная граница, разделяющая высокотемпературные припои (твердые припои) от низкотемпературных припоев (мягких припоев).

Менее 450°C: низкотемпературный/мягкий припой, применяемый в электронике, низкотемпературной герметизации и других областях, где чувствительность к теплу высока, а требования к прочности не чрезвычайно высоки.

Выше 450°C: высокотемпературные/твердые припои, применяемые для изготовления металлических конструкционных деталей с высокой прочностью, высокой надежностью и способностью выдерживать суровые условия эксплуатации (высокие температуры, коррозию, высокие нагрузки).

Выбор припоя зависит от типа основного материала, требований к характеристикам соединения (прочность, электропроводность, коррозионная стойкость, рабочая температура) и условий производственного процесса.