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扩散焊的工作原理、优点及应用

它是一种固态焊接工艺，通常在受控的气氛下，利用热和压力，有足够的时间进行扩散和聚结。在这一过程中，在金属熔点以下的温度升高的情况下，将大约10兆帕的中等压力施加到精心清洁的工件表面，这主要是由于扩散造成的。原子在界面上扩散形成键。扩散是指由于浓度梯度，原子在关节处的迁移。这个过程需要大约0.6Tm (Tm是金属的熔化温度)的温度，以便在被连接的部件之间有一个高的扩散速率。这里，表面塑性变形最小，主要的聚结机制是固态扩散。

当两种晶体结构相似的材料发生连接时，扩散键合是通过夹紧两片材料，使它们的表面彼此毗连而进行焊接。在焊接之前，这些表面必须加工光滑，并保持无化学污染物或其他碎片。大多数情况下，表面处理包括抛光、蚀刻和清洗以及扩散压力和温度是影响扩散键合工艺的重要因素。表面粗糙度Ra小于2微米，波纹小于400微米为佳。氧化物需要清除。

扩散焊接是在可控气氛下进行的，以防止氧化。有时，需要一层填充材料来达到良好的粘接。如图3.5所示，任何夹在两个金属表面之间的材料都可能阻止材料的充分扩散，因为焊接的强度取决于压力、温度、接触时间和金属的清洁度。

扩散焊的例子是金与铜的结合。首先，用锤击法得到一层薄薄的金箔。一旦夹紧，金箔就会被放在铜箔上，然后把重物放在上面，通常会持续好几个小时。在扩散焊接中，压力可以通过自重施加，或通过使用气体压差的压力机施加，或通过高压灭菌器施加，因为这种方法可以精确测量零件上的负载。然后将该组件置于熔炉中，直到获得良好的粘结。这些零件通常在熔炉中或通过电阻加热。图3.6为采用电阻法进行扩散焊加热的示意图。当使用具有强氧化层的金属(如铜)时，扩散连接必须在真空或惰性气体环境中进行。

扩散焊接的各个阶段

扩散焊分为三个简化阶段，具体如下:

第一阶段:变形和界面边界形成
在表面完全接触之前，两个表面上非常小的表面缺陷(凹凸)将接触和塑性变形。当这些小的表面缺陷变形时，它们相互连接，形成两个表面之间的界面。

第二阶段:晶界迁移和孔隙消除
升高的温度和压力都会导致材料的加速蠕变，晶界和原材料的迁移。两个表面之间的空隙缩小为孤立的孔隙。

第三阶段:体积扩散消孔
材料开始扩散穿过相邻表面的边界，混合这个材料边界，创造一个结合。

扩散焊接的优点、局限性及应用

扩散焊的优点:

1.表面的塑性变形是最小的。
2.可以焊接不同的材料。
3.获得了高质量的焊缝。
4.工件的厚度没有限制。
5.结合面具有与基材相同的物理力学性能。
6.扩散键合技术可以帮助我们制造高精度、复杂形状的零件。此外，扩散是灵活的。
7.扩散键合方法具有广泛的应用前景，可用于相似或不同材料的连接，在复合材料的加工中也具有重要的应用价值。
8.该工艺不是很难接近，而且执行扩散连接的成本不高。
9.该扩散焊接工艺能够产生高质量的界面，界面中不存在不连续和气孔。