本发明涉及一种无铅焊料及其制备方法，属于材料制备领域。
背景技术：
传统锡铅焊料因为具有优良的焊接性能，在过去的工业生产中得到了广泛应用。但铅是一种有毒物质，对人体的健康造成了严重威胁。2006年，欧洲首先颁布了相关法令，严禁商业电子产品中铅的使用，此后各国也纷纷出台相应的政策。因此近年来无铅焊料逐渐取代铅锡焊料，获得了广泛应用。随着科技的发展，电子电路集成度越来越改，焊点也相应的变得越来越小，对其力学、电学、热学等方面的性能提出了新的挑战。传统的无铅焊料已不能满足当前工业的需求，因此对新型无铅焊料的开发和应用，变得十分紧迫。
目前市面上已有多种无铅焊料，比较常见的有sn-cu、sn-ag-cu、sn-zn等系列。但是直到目前，仍然没有一款焊料能够完全代替传统的锡铅焊料。在传统无铅焊料中，引入第二相增强相使其成为复合焊料，是一种增强焊料性能的可行性方法。
二维过渡金属碳化物或碳氮化物，即mxene是一种类似石墨烯的新型二维结构材料，具有高比表面积、高电导率；目前，mxene已在储能、吸附、增强等领域展现出巨大的潜力。本发明在传统的无铅焊料中，引入mxene作为第二相增强相，制备出mxene增强无铅焊料。较传统的无铅焊料，mxene增强无铅焊料的力学、热学等方面性能显著提升。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的是提供一种无铅焊料及其制备方法，该无铅焊料引入mxene作为第二相，增强传统无铅焊料，得到一种比现有无铅焊料具有更高力学、电学、热学性能，更符合现代电子工业发展趋势的复合钎焊料。
技术方案：本发明提供了一种无铅焊料，该焊料包括无铅焊料基体和增强相，且增强相占无铅焊料基体质量的0.1％～1％；其中所述无铅焊料基体为sn-ag-cu合金、sn-sb合金、sn-in合金、sn-cu合金或sn-ag合金中的一种，所述的增强相为mxene材料。
所述的sn-ag-cu合金中，各元素的质量百分数如下：sn为85％-98％，ag为0.5％-5％，cu为0.5％-10％；所述的sn-sb合金中，各元素的质量百分数如下：sb为1％-5％，其余为sn；所述的sn-in合金中，各元素的质量百分数如下：in为0.1％-50％，其余为sn；所述的sn-cu合金中，各元素的质量百分数如下：cu为0.5％-3.5％，其余为sn；所述的sn-ag合金中，各元素的质量百分数如下：ag为1％-5％，其余为sn。
本发明还提供了一种无铅焊料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)、将mxene和无水乙醇混合后，超声分散均匀，之后烘干得到微观分散均匀的mxene材料，得到增强相；
2)、按比例将步骤1)得到的增强相加入到无铅焊料基体中混合，得到均匀混合物；
3)、将步骤2)得到的均匀混合物放入模具中，压模成型得到坯体；
4)、在保护气氛下，将坯体在150℃-200℃烧结2～5h(建议给区间值)得到所述的无铅焊料。
其中：
步骤1)所述的mxene与无水乙醇的质量体积比为0.75mg/ml～1.75mg/ml，所述的超声分散是指用超声波震荡仪震荡分散30～60min，超声频率为20-40khz。
步骤2)所述的将增强相加入到无铅焊料基体中混合是指将增强相和无铅焊料基体放入混粉机中，混合6～12h，使mxene均匀的分散在无铅焊料基体中，得到均匀混合物。
步骤4)所述的压模成型是指在500～1000mpa的压力下将模具中的均匀混合物单轴压实成圆柱形坯体。
所述的圆柱形坯体的直径为8～16mm。
所述的保护气氛是指高纯氩气。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明以sn-ag-cu、sn-ag、sn-in、sn-cu、sn-ag-cu-bi、sn-in-ag粉末以及mxene粉末为初始原料，向传统无铅焊料中引入第二相增强相mxene，较传统无铅焊料相比，mxene增强无铅焊料在力学、热学等方面的性能得到了显著提升。
2、本发明用粉末冶金的方法，提高了mxene在无铅焊料基体中的分散性。
3、在保护性气氛下加热至100-200℃，快速合成mxene增强无铅焊料，使用设备简单，适合大规模生产。
具体实施方式
实施例1：
称取0.005gmxene，置于3.75ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-5ag-10cu(sac)合金中，放入混粉机中混合6个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在500mpa的压力下，压成直径为16mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，200℃烧结，保温2h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例2：
称取0.01gmxene，置于17.5ml无水乙醇中，超声震动60min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-1ag-1cu(sac)合金中，放入混粉机中混合11个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在600mpa的压力下，压成直径为9mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，160℃烧结，保温3.5h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例3：
称取0.025gmxene，置于31.25ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-5ag-0.5cu(sac)合金中，放入混粉机中混合9个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在800mpa的压力下，压成直径为10mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，180℃烧结，保温4h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例4：
称取0.05gmxene，置于37.5ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-0.5ag-10cu(sac)合金中，放入混粉机中混合11个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在900mpa的压力下，压成直径为14mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，190℃烧结，保温3h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例5：
称取0.01gmxene，置于17.5ml无水乙醇中，超声震动60min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体49sn-51in合金中，放入混粉机中混合12个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在700mpa的压力下，压成直径为8mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，150℃烧结，保温5h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例6：
称取0.01gmxene，置于17.5ml无水乙醇中，超声震动60min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-0.1in合金中，放入混粉机中混合12个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在700mpa的压力下，压成直径为8mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，150℃烧结，保温5h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例7：
称取0.025gmxene，置于31.25ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-1sb合金中，放入混粉机中混合8个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在1000mpa的压力下，压成直径为11mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，170℃烧结，保温3h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例8：
称取0.025gmxene，置于31.25ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-5sb合金中，放入混粉机中混合8个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在1000mpa的压力下，压成直径为11mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，170℃烧结，保温3h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例9：
称取0.05gmxene，置于37.5ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-1ag合金中，放入混粉机中混合10个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在900mpa的压力下，压成直径为14mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，180℃烧结，保温4h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例10：
称取0.05gmxene，置于37.5ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-5ag合金中，放入混粉机中混合10个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在900mpa的压力下，压成直径为14mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，180℃烧结，保温4h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例11：
称取0.05gmxene，置于37.5ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将mxene加入到5g无铅焊料基体sn-0.5cu合金中，放入混粉机中混合10个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在900mpa的压力下，压成直径为14mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，180℃烧结，保温4h，得到mxene增强无铅焊料。
实施例12：
称取0.05gmxene，置于37.5ml无水乙醇中，超声震动30min，烘干后得到分散性好的mxene；之后将二维碳化钛加入到5g无铅焊料基体sn-3.5cu合金中，放入混粉机中混合10个小时，使mxene均匀的分布在无铅焊料基体中，得到均匀混合物；将均匀混合物放入模具中，在900mpa的压力下，压成直径为14mm的圆柱形坯体；之后将坯体在高纯氩气的保护气氛下，180℃烧结，保温4h，得到mxene增强无铅焊料。
表1是sac焊料及mxene增强无铅焊料的密度、硬度、熔点的测试结果,；
表2是sac焊料及mxene增强无铅焊料在不同温度下的热扩散系数；
通过表1以及表2可以看到，sac无铅焊料中加入mxene后，熔点降低，硬度最高提升7％，热扩散系数最高可提升68％，无铅焊料的力学、热学性能得到显著提升。
表1sac无铅焊料及mxene增强无铅焊料的密度、硬度、熔点
表2sac无铅焊料及mxene增强无铅焊料在不同温度下的热扩散系数