乡亲们
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.
发布此帖的原因是，来自波兰的中世纪学者贝阿塔·利皮恩斯卡（Beata Lipińska）正在研究“锡疫”及其对中世纪文化的影响，尤其是对教堂管风琴管的影响。她已与我联系，询问我能否帮助她寻找从非历史角度探讨“锡疫”的论文。如果读者有任何能帮助贝阿塔的参考文献，请直接通过[email protected] 与她联系。
图1. 普卢姆布里奇产的Sn 0.05 Cu合金 样品中形成的锡斑。详见下文所引文献。
什么是锡？
锡是一种具有同素异形性的金属，这意味着它在不同的温度和压力条件下会呈现不同的晶体结构。锡有两种同素异形体。“正常”或白色β锡具有稳定的四方晶体结构，其密度 为7.31g/cm³。当温度降至13.2°C以下时，β锡会缓慢转变为α锡。 “灰色”或α锡具有立方晶体结构，其密度（密度 ）仅为5.77 g/cm³。α锡还是一种半导体，而非金属。锡从白色转变为灰色时的膨胀会导致大多数锡制品碎裂。
白锡向灰锡的宏观转化过程大约需要18个月。这张照片——可能是现代最著名的锡疫病照片——非常清晰地展现了这一现象。
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.
这一现象已为人所知数百年，关于“锡病”流传着许多有趣的、可能属于虚构的故事。其中最著名的一个故事是：拿破仑军队从莫斯科撤退时，士兵们外套上的锡扣因“锡病”而逐渐腐烂。中世纪另一个广为流传的轶事是，北欧教堂里的锡制管风琴音管之所以逐渐损坏，是撒旦所为，因为“锡病”往往使锡看起来像是“患病”了一样。
起初，锡瘟病被称为“锡病”或“锡瘟疫”。我认为，“锡瘟病”这一名称源自德语中“瘟疫”一词的译法（即在德语中，“瘟疫”是“pest”）。
对于稍懂材料知识的人来说，β锡在低温下转化为α锡的现象似乎有悖常理。通常情况下，材料在低温下会收缩，而非膨胀。尽管其作用机制似乎尚未完全明确，但这很可能是因为灰色α锡的熵低于白色β锡。在低温下热量被带走的情况下，熵较低的状态可能更稳定。
由于锡向灰锡的转化需要膨胀，因此锡病通常会在边缘、角落或表面处形成晶核。晶核的形成可能需要数十个月，但一旦开始，转化过程可能会非常迅速，并在数月内导致结构失效。
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.
干杯
罗恩博士
