กระบวนการถลุงแร่ที่มีความบริสุทธิ์สูง

การถลุงแท่งโลหะบัดกรีที่มีความบริสุทธิ์สูงจำเป็นต้องแยกออกซิเจนในชั้นบรรยากาศออกอย่างเข้มงวดในระหว่างการหลอม ก๊าซเฉื่อยอย่างต่อเนื่องที่ปกคลุมไปด้วยไนโตรเจนหรืออาร์กอนที่จุดน้ำค้างต่ำกว่า −40°C และวัสดุเบ้าหลอมที่ทนต่อการชะล้างด้วยสารเคมี เช่น กราไฟต์ที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือซิลิกาผสม เนื่องจากแม้แต่ปริมาณออกซิเจนปริมาณเล็กน้อยที่สูงกว่า 50ppm ก็ส่งเสริมให้เกิดการก่อตัวของ SnO₂ ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพในการเปียกลดลงและเพิ่มผลผลิตของขี้เถ้าในระหว่างการบัดกรีด้วยคลื่น

วัตถุดิบผสมดิบต้องผ่านการคัดกรองล่วงหน้าผ่านสเปกโทรสโกปี XRF เพื่อยืนยันองค์ประกอบของโลหะฐานภายในพิกัดความเผื่อ ±0.15wt% ตามด้วยการทำความสะอาดอัลตราโซนิกในไอโซโพรพานอลแบบแอนไฮดรัสเพื่อกำจัดไฮโดรคาร์บอนบนพื้นผิวและอนุภาคที่ตกค้าง เนื่องจากสารอินทรีย์ที่ตกค้างจะระเหยในระหว่างการทำความร้อนและสร้างรูพรุนขนาดเล็กในแท่งโลหะที่แข็งตัว ขณะเดียวกันก็รบกวนการกระตุ้นการทำงานของฟลักซ์ในระหว่างรอบการรีโฟลว์ที่ตามมา

การหลอมเกิดขึ้นในเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศที่ทำงานที่ 10⁻³Pa หรือดีกว่า โดยที่ประจุเริ่มแรกจะค่อยๆ ให้ความร้อนจากอุณหภูมิแวดล้อมถึง 300°C เป็นเวลากว่า 45 นาที เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการแตกร้าวจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลันในเฟสระหว่างโลหะที่เปราะ จากนั้นจึงเพิ่มเป็น 580°C ที่ 15°C/นาทีเพื่อทำให้เมทริกซ์ Sn–Ag–Cu กลายเป็นของเหลวโดยไม่เกินอุณหภูมิสูงสุดของยูเทคติกที่ 217°C ที่อุณหภูมิมากกว่า 60°C เนื่องจากความร้อนยวดยิ่งมากเกินไปจะเร่งการกัดเซาะของเบ้าหลอมและนำอนุภาคทนไฟเข้าไปในของเหลวที่หลอมละลาย

ในระหว่างการกักเก็บที่อุณหภูมิสูงสุด การกวนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำงานอย่างต่อเนื่องที่ 25Hz เพื่อทำให้การกระจายของตัวถูกละลายเป็นเนื้อเดียวกันในขณะที่ระงับการแยกตัวของเดนไดรต์ และหอกกราไฟท์แบบหมุนจะฉีดเม็ดอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงที่ 0.02wt% เพื่อลดออกไซด์ที่ละลายผ่านปฏิกิริยาดีออกซิเดชันที่ก่อตัวเป็นกระจุก Al₂O₃ ที่ลอยตัว ซึ่งจากนั้นจะถูกขจัดออกทางกลไกจากพื้นผิวหลอมเหลวก่อนที่จะเริ่มการหล่อ

การหล่อจะดำเนินการภายใต้อาร์กอนแบบลามินาร์ที่ไหลลงสู่แม่พิมพ์ทองแดงที่ระบายความร้อนด้วยน้ำด้วยแผ่นทำความเย็นภายในที่ตั้งไว้ที่ 15°C ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแข็งตัวในทิศทางจากล่างขึ้นบนเพื่อดันสิ่งเจือปนที่ตกค้างไปยังมงกุฎโลหะ ซึ่งจะถูกกำจัดออกในภายหลังด้วยการตัดเฉือนปลายอย่างแม่นยำที่ความลึก 8 มม. ต่อความยาว 300 มม. เนื่องจากการเจือปนของอโลหะที่กระจุกตัวอยู่ใกล้พื้นผิวทำให้คุณสมบัติการไหลของการบัดกรีและการปล่อยลายฉลุในการพิมพ์ระดับละเอียดลดลงอย่างมาก

แท่งหล่อแต่ละแท่งผ่านการสุ่มตัวอย่างเป็นชุดสำหรับการวิเคราะห์ GDMS เพื่อตรวจสอบปริมาณสิ่งเจือปนของโลหะทั้งหมดยังคงต่ำกว่า 8 PPM สำหรับองค์ประกอบต่างๆ เช่น Fe, Ni, Zn และ Pb และการวัดค่าความร้อนด้วยการสแกนดิฟเฟอเรนเชียลยืนยันว่าอุณหภูมิของโซลิดัสและของเหลวในของเหลวนั้นเบี่ยงเบนไปไม่เกิน ±0.8°C จากค่าที่ระบุ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงฮิสเทรีซีสของความร้อนเกินช่วงนี้บ่งบอกถึงการแยกเฟสที่ตรวจไม่พบหรือยูเทคติกที่เกิดจากการปนเปื้อน ภาวะซึมเศร้า

บรรจุภัณฑ์ขั้นสุดท้ายใช้ถุงลามิเนตอะลูมิเนียมปิดผนึกสุญญากาศสองชั้นพร้อมซองเก็บออกซิเจนที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ <0>

การตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการจำเป็นต้องมีการสอบเทียบเทอร์โมคัปเปิลรายสัปดาห์ตามมาตรฐาน ITS-90 โดยใช้เซลล์แกลเลียมจุดคงที่ที่อุณหภูมิ 29.7646°C การบันทึกอุณหภูมิหลอมละลายแบบเรียลไทม์ที่อัตราการสุ่มตัวอย่าง 100Hz และการตรวจสอบข้ามของความบริสุทธิ์ของบรรยากาศเตาเผาผ่านเครื่องวิเคราะห์ O₂ พาราแมกเนติกอินไลน์ที่มีขีดจำกัดการตรวจจับที่ 1ppm เนื่องจากการเบี่ยงเบนของเซ็นเซอร์หรือความล่าช้าในการสอบเทียบที่ไม่ได้รับการแก้ไขจะส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการทำซ้ำของจุดวิกฤต หน้าต่างอุณหภูมิ 217–220°C ซึ่งจลนพลศาสตร์การเจริญเติบโตระหว่างโลหะมีอิทธิพลเหนือความน่าเชื่อถือของข้อต่อ

ผู้ปฏิบัติงานต้องสวมถุงมือไนไตรล์ที่ไม่เป็นขุยในระหว่างขั้นตอนการจัดการทั้งหมดหลังการหล่อ หลีกเลี่ยงการสัมผัสกับเครื่องมือสแตนเลส เว้นแต่จะผ่านการทะลุตามมาตรฐาน ASTM A967 และจัดเก็บแท่งสำเร็จรูปไว้ในห้องควบคุมอุณหภูมิที่อุณหภูมิ 22±2°C และ 45±5% RH เนื่องจากเกลือของลายนิ้วมือและคลอไรด์ตกค้างจะทำให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะจุดบนพื้นผิวที่สัมผัส Sn และเร่งการเกิดออกซิเดชันตามขอบเกรนในระหว่างการเก็บรักษาระยะยาวก่อนที่จะป้อนไลน์ SMT