19.3.8.1 屈服强度
图19.12所示为对CNT添加剂对两种复合焊料的屈服强度的影响。可以看到，随着CNT含量的增加，两种复合焊料的屈服强度都会增加。有趣的是，随着CNT含量的增加，Sn-Ag-Cu复合焊料的屈服强度连续增加。但是对于Sn-Pb焊料而言，当CNT含量小于0.3wt%时，其屈服强度呈增加之势；而当CNT含量大于0.3wt%时，屈服强度随后降低。在这两种情形中，发现焊料不可能吸收超过1wt%的SWCNT。当CNT添加量为1wt%时，Sn-Ag-Cu复合焊料的屈服强度的最大增幅比纯净的焊料高出52.9%。相反，当CNT添加量为0.3wt%时，Sn-Pb焊料的屈服强度达到最大增量，增幅为18%。
图19.12 所含SWCNT的质量分数不同时，复合焊料的屈服强度的变化情况
19.3.8.2 极限抗拉强度
图19.13给出了Sn-Pb复合焊料和Sn-Ag-Cu复合焊料的极限抗拉强度与SWCNT含量的函数关系。测量中，所有的纳米复合焊料的抗拉强度均有很小的偏差。所观察得到的抗拉强度的变化趋势与CNT添加物对屈服强度的影响趋势相似。随着SWCNT添加量的增加，Sn-Ag-Cu焊料标本的极限抗拉强度随之单调增加。而对于Sn-Pb焊料来说，当SWCNT含量为0.03wt%时，其极限抗拉强度达到最大值，然后随SWCNT含量增加而下降。当SWCNT含量为0.03wt%时，Sn-Pb焊料具有的极限抗拉强度比纯的Sn-Pb焊料高出26%。对于SWCNT而言，其对焊料极限抗拉强度的影响与其对聚合物的影响相似[32]。我们同时观察到，Sn-Ag-Cu焊料的极限抗拉强度最大增幅为51%。导致抗拉强度改善的原因可能在于焊料基体和SWCNT之间强烈的相互作用，正是这种相互作用使得SWCNT在纳米复合材料中具有良好的分散结果。这些分散均匀的SWCNT便可能是抗拉强度增加的原因之一。然而，当SWCNT的含量较高时，其不能在焊料基体中进行适当的分散，同时又因为其具有巨大的表面能，从而会附聚成块[36]。正如当CNT含量超过0.03wt%时所观察到的Sn-Pb焊料的情况一样，焊料的抗拉强度会减小。
图19.13 SWCNT含量对Sn-Pb复合焊料和Sn-Ag-Cu复合焊料的抗拉强度的影响
图19.14 两种复合焊料的弹性模量随SWCNT质量分数的变化情况
19.3.8.3 弹性模量(www.xing528.com)
图19.14给出了当SWCNT的质量分数不同时，两种复合焊料（Sn-Pb和Sn-Ag-Cu）的弹性模量的变化情况。与屈服强度、极限抗拉强度一样，随SWCNT含量的增加，Sn-Ag-Cu复合焊料的弹性模量随之单调增加；而对于Sn-Pb而言，当SWCNT含量在0.3wt%时，其弹性模量达到最大值。由于CNT允许应力在晶粒界面大幅转移，由此产生的强化效果导致了弹性模量随SWCNT含量增加而总体增加的趋势。倘若假设在烧结过程后，所有的纳米复合材料均处于一种相似的高质量的分散状态，这样就可以对Sn-Pb复合焊料的表现做出可行的解释。当CNT含量为0.3wt%时，在SWCNT/Sn-Pb复合焊料的烧结过程中可以观察到一些凝聚物，且这些凝聚物的数量不断增加。我们认为凝聚物是焊料再次凝聚的结果，且这些凝聚物显著地降低了焊料的杨氏模量。当SWCNT含量为1wt%时，Sn-Ag-Cu复合焊料达到12642MPa的最大模量，这比原始焊料6385MPa的模量值要高出98%。当CNT含量为0.3wt%时，Sn-Pb复合焊料达到14216MPa的最大模量。这表明了相比原始焊料9276MPa的值，最大模量有了53%的增加。
19.3.8.4 延展性
量化延展性的方法是对材料的塑性应变进行测量，直至材料失效。在对Sn-Pb复合焊料和Sn-Ag-Cu复合焊料的测量中可以发现两者都具有可观的延展性。图19.15给出了作为SWCNT含量函数的延展性（延伸率）的变化曲线。测量结果表明，随着SWCNT含量的增加，两种复合焊料的延伸率都具有降低的趋势。当延伸率到33.3%时，Sn-Ag-Cu焊料断裂。添加SWCNT为0.1wt%时，焊料会在延伸率达到26.6%时发生断裂。添加SWCNT为1wt%时，焊料在延伸率为23.8%时失效，这比原始Sn-Ag-Cu焊料的基体低了约27%（原书此处为四舍五入的简略算法。———译者注）。这表明，在添加了CNT的情况下，Sn-Ag-Cu焊料的脆性增加，这也和Chen等人关于复合焊料的研究结果一致[37]。如图19.15所示，当添加0.03wt%的SWCNT进行强化后，Sn-Pb焊料的延伸率比纯的Sn-Pb焊料的延伸率明显要更低；当SWC-NT的含量从0.03wt%增加到0.5wt%时，延伸率却会下降。当SWCNT含量为0.5wt%时，焊料的延伸率比纯的Sn-Pb焊料降低了24%。从这点可以明显看出，随着SWCNT含量的增加，复合焊料基体的刚性增加，由此两种复合焊料的脆性也随之增加。在所有的情况下，失效时所对应的延伸率均有所降低。导致这种现象的主要原因在于，焊料基体中的SWCNT具有物理约束的作用，并最终限制了基体的变形。
图19.15 纳米复合焊料的延展性与SWCNT含量的函数关系
19.3.8.5 断裂功
图19.16给出了对Sn-Pb复合焊料和Sn-Ag-Cu复合焊料而言，断裂功随SWCNT含量变化的情况。然而，随着SWCNT含量的增加，Sn-Ag-Cu复合焊料的断裂功并非呈现线性变化的趋势。在此情形下，可以观察到断裂功的最大值和最小值。断裂功的最小值出现在SWCNT添加量为0.5wt%时，而最大值则是出现在未掺杂的Sn-Ag-Cu焊料中。对于Sn-Pb焊料而言，断裂功的最小值发生在CNT含量为0.8wt%时，而最大值则是出现在未掺杂的Sn-Pb焊料的情况下。
图19.16 Sn-Pb复合焊料和Sn-Ag-Cu复合焊料中SWCNT含量对断裂功的影响
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