Spájky a tavné poistky

V elektrotechnike sa často používa na vytvorenie vodivého spojenia spájkovanie. Na rozdiel od zvárania, pri ktorom sa spojenie vytvára pomocou rovnakého alebo podobného materiálu, pri spájkovaní sa spoj vytvára pomocou látky s nižšou teplotou tavenia, spájky. Spájkované súčasti sa preto netavia ako pri zváraní, iba sa v spájke do určitej miery rozpúšťajú. Spájka tak priľne k nenatavenému povrchu spojovaných častí.
Spájkovací materiál musí mať okrem dobrej elektrickej vodivosti celý rad ďalších vlastností. Spomedzi nich je osobitne dôležitá zmáčavosť a teplota tavenia.
Podľa teploty tavenia sa spájky rozdeľujú do troch skupín :
Prvá skupina: spájky s veľmi nízkou teplotou tavenia – do 200°C. Sú to dvojzložkové alebo viaczložkové zliatiny kovov s nízkou teplotou tavenia Pb a Sn, ktorých teplota tavenia sa riadi prímesou Cd, Bi alebo Hg. Vhodnou voľbou zloženia možno pripraviť zliatiny s vopred určenou teplotou tavenia.
Druhá skupina: mäkké spájky – s teplotou tavenia od 220 do 500 °C. Pre nízku mechanickú pevnosť sa používajú len na spoje, ktoré sú slabo mechanicky namáhané. Dobre sa nimi spájkuje meď, mosadz, zinok, olovo a ocele. Keďže cín je nedostatkový kov, vyvinuli sa rôzne spájky bez cínu, napr. Pb-Sb, Pb-Ag-Cu, alebo aspoň so zníženým obsahom Sn (spájka Pb-Sn-Cd). Na spájkovanie hliníka namäkko sa používajú spájky obsahujúce Zn, napr. Sn-Zn alebo Cd-Zn.
Tretia skupina: tvrdé spájky – s teplotou tavenia nad 500 °C.K najpoužívanejším patria mosadzné spájky (s obsahom Cu od 42 do 85 %), strieborné spájky s rôznym obsahom striebra, hliníkové spájky (najčastejšie zliatiny Al-Si), zlaté spájky, platinové spájky a paládiové spájky.
Tavné poistky sú rozšíreným prostriedkom nadprúdovej ochrany. Ich činnosť spočíva v tepelnom účinku elektrického prúdu, ktorý pri prúdovom preťažení roztaví tavný vodič poistky prv, ako sa neprípustne oteplia ostatné časti elektrického obvodu. Materiál tavného vodiča musí mať okrem dobrej konduktivity nízku teplotu tavenia, veľkú odolnosť proti oxidácii a musí ľahko tvoriť pary, aby sa teplom elektrického oblúka vyparil bez tuhých zvyškov. Bežné poistky majú tavný vodič najčastejšie z Ag, Al, Zn alebo zo zliatin kovov s nízkou teplotou tavenia. Výkonové poistky majú tavný vodič z Ag alebo postriebreného medeného drôtika. V osobitnom prípade tavnej poistky – tepelnej poistky – nie je tavný vodič, ale jeho funkciu preberá mäkká spájka, ktorá spája kontakty odtláčané pružnými silami.

Roztavením spájky sa kontakty rozpoja a obvod sa preruší.
V terminológii spájkovania sa už niekoľko desiatok rokov vyskytuje pojem aktívne spájky. Týmto pojmom sa označujú tie spájky, ktoré obsahujú jeden alebo viac prvkov s vyššou afinitou k prvku v chemickom zložení materiálu substrátu. Úlohou aktívneho prvku je zabezpečiť dobré zmáčanie substrátu reakčným rozkladom povrchovej vrstvy substrátu. Aktívne spájky potom možno použiť na vytváranie spojov s rôznymi, či už keramickými, alebo kovovými substrátmi. Spájkovanie keramiky s kovom však zďaleka nie je také jednoduché. Pre úspešné zvládnutie tak náročného procesu treba prekonať celý rad problémov: predovšetkým je to rozdielnosť fyzikálnych vlastností, najmä teploty tavenia, spájkovaných materiálov, ďalej je to problematika povrchového napätia (zmáčavosti spájky), ktoré môže spôsobiť vytláčanie materiálu spájky mimo spoja - do otrepu. To do istej miery závisí od množstva aktívneho prvku v spájke, ktoré sa eliminuje nielen z hľadiska teploty tavenia, ale aj z potreby zamedzenia zvýšenej krehkosti prechodovej oblasti keramika/spájka, kde môžu vznikať skrehujúce fázy. Tieto výrazným spôsobom ovplyvňujú šmykovú pevnosť spoja. Preto treba voliť taký typ spájky, ktorá spĺňa svojim zložením požadované kritériá. Medzi nádejné spájky na spájanie kombinovaných materiálov keramika-kov patria mäkké bezolovnaté spájky na báze cínu, ktoré sú obohatené malým množstvom titánu (obvykle do 6 hm.%). Ich nespornou výhodou je to, že matrica spájky má dostatočnú zásobu plasticity, čím dokáže kompenzovať nežiadúce zvyškové napätia v spoji. Naviac titán sa zlučuje s uhlíkom, dusíkom alebo kyslíkom keramického materiálu, prípadne vytvára intermetalické zlúčeniny, ktoré zvyšujú pevnosť fázového rozhrania.

Zdroje:

Elektrotechnológia-Ján Stoffa -