朋友們
Readers may remember that I have had an interest in tin pest for some time. Tin pest can occur if nearly-pure tin is exposed to cold temperatures (<13.2oC) for long periods of time. At the end of this post, I provide a short summary of the tin pest phenomenon. See this striking time lapse video of tin pest forming; I assume the time period is over many months.
撰寫這篇文章的原因是，一位來自波蘭的中世紀學者貝亞塔·利皮恩斯卡（Beata Lipińska）正在研究「錫瘟」及其對中世紀文化——尤其是教堂管風琴音管——的影響。她已與我聯繫，詢問我能否協助她尋找從非歷史角度探討「錫瘟」的論文。若讀者手頭有任何能協助貝亞塔的參考文獻，請直接透過[email protected] 與她聯繫。
圖 1. 來自普倫布里奇（Plumbridge）的 Sn 0.05 Cu 合金中的錫黴形態。詳見下文所引用的論文。
什麼是錫害？
錫是一種具有同素異形性的金屬，這意味著它在不同的溫度和壓力條件下會呈現不同的晶體結構。錫有兩種同素異形態。「正常」或白色β錫具有穩定的四方晶體結構，密度為 7.31 g/cm³。當溫度降至 13.2°C以下時，β錫會緩慢轉變為α錫。 「灰色」或稱α錫具有立方晶體結構，密度僅為 5.77 g/cm³。α錫同時也是一種半導體，而非金屬。錫從白色轉變為灰色時的膨脹現象，會導致大多數錫製物品碎裂。
白錫轉為灰錫的宏觀轉化過程約需 18 個月。這張照片——很可能是現代最著名的錫黴病照片——相當清楚地展現了此現象。
This photo is titled "The Formation of Beta-Tin into Alpha-Tin in Sn-0.5Cu at T <10oC" and is referenced from a paper by Y. Karlya, C. Gagg, andW.J.Plumbridge, "Tin pest in lead-free solders", inSoldering and Surface Mount Technology, 13/1 [2000] 39-40.
這個現象已為人所知數世紀之久，關於「錫瘟」也有許多有趣的、可能屬虛構的傳說。其中最著名的傳說，莫過於拿破崙軍隊從莫斯科撤退時，士兵外套上的錫鈕扣因「錫瘟」而逐漸腐蝕殆盡的故事。中世紀另一則常見的軼事則指稱，北歐教堂裡錫製管風琴音管之所以損壞，是撒旦所為，因為「錫瘟」的現象往往看起來就像錫材「染病」了一樣。
最初，錫瘟被稱為「錫病」或「錫瘟疫」。我認為「錫瘟」這個名稱源自德語中「瘟疫」一詞的譯名（即在德語中，「瘟疫」稱為「pest」）。
對大多數稍具材料知識的人來說，β型錫在較低溫度下轉變為α型錫的現象似乎有悖常理。通常材料在較低溫度下會收縮，而非膨脹。雖然其作用機制似乎尚未完全釐清，但這很可能是因為灰色α型錫的熵值低於白色β型錫。隨著低溫下熱量的散失，熵值較低的狀態很可能更為穩定。
由於錫轉化為灰色錫的過程需要膨脹，因此「錫蟲」通常會從邊緣、角落或表面開始成核。成核過程可能需要數十個月，但一旦開始，轉化過程便可能迅速進行，並在數月內導致結構失效。
Although tin pest can form at <13.2oC, most researchers believe that the kinetics are very sluggish at this temperature. There seems to be general agreement in the literature that the maximum rate of tin pest formation occurs at -30 to -40oC.
乾杯
羅恩博士
