扩散焊技术原理及应用

扩散焊是指在一定的温度和压力下，待焊表面相互靠近，相互接触，通过使局部发生微观塑性变形，或通过被连接表面产生的瞬态液相而扩大被连接表面的物理接触，然后经较长时间的原子间相互扩散，相互渗透，而形成冶金结合的连接

   扩散焊对焊前材料接合面的表面处理要求较高；需施加一定的压力，但不应产生宏观塑性变形；焊接精度较高，但时间较长，效率较低；可焊接形状复杂、中空或叠层的工件，厚度不受限制；可实现差异较大的异种金属之间的连接。

   扩散焊能够实现同种或异种材料的结合，特别是对性能差异大的异种材料，具有更突出的优势。例如铝和 铜都是常用材料，铝铜连接结构在航空、航天、电子行业中应用也非常广泛，但铜和铝都易被氧化，并且铝和铜之间易产生脆性金属间化合物CuAl2, 此外铜与铝的线膨胀系数不同，易产生很大的热应力。

   航空航天仪表中的重要部件铝铜双金属片的制造就采用了扩散焊方法, 采用LF2铝合金与纯铜通过真空扩散焊方法加工制造，铝合金规格50mm×50mm×1mm，纯铜规格为50mm×50mm ×0.5mm，材料厚度薄，且要求一定的强度和良好的导电性能，铝与铜的真空扩散焊工艺为：真空度5~7×10-3 MPa，焊接温度530~540℃，焊接时间为10min，压力10MPa，焊接结果取得了良好的性能[2]。

   在现代制造业中，陶瓷与金属的扩散焊接可以使构件兼获得金属及陶瓷的性能，相互补充优势，满足工程 的需要。由于陶瓷与金属存在本质上的不同，致使两者间的焊接存在困难：首先结晶结构不同，导致熔点极不相同；其次陶瓷晶体的强大键能使元素扩散困难；再而 热膨胀系数相差悬殊, 导致接头产生很大热应力，会在陶瓷侧产生裂纹；还有结合面产生脆性相/玻璃相会使陶瓷性能减弱。

   在陶瓷与金属的扩散焊中，为缓解接头的残余应力和控制界面反应产物，常采用金属中间层来缓解接头的残余应力， 中间层可采用单一的软金属，也可采用多层金属。软金属中间层有Ni、Cu、Al等，其塑性好，屈服强度低，能通过塑性变形和蠕变变形来缓解接头的残余应 力。采用多层金属中间层的效果要好于单一金属中间层，一般在陶瓷一侧施加低热胀系数、高弹性模量的金属，如Mo等；在金属一侧施加塑性好的软金属，如 Cu、Ni 等。但多层金属的层数不能过多，否则会因层间的结合性能影响接头的稳定性。

   扩散焊技术作为综合性技术，涉及材料、扩散、相变、界面反应、接头应力应变等各种行为，因其技术特点，扩散焊技术正受到越来越 多的关注，在我国已进入实际应用阶段。随着对技术的不断掌握，必将会越来越多地应用到各类产品中。脆性的金属间化合物产生时，接头往往表现出较差的力学性 能。当前，从研究现状来看，主要是采用过渡材料作隔离层，但这会给实际生产增加一定的困难。