擴(kuò)散接合原理
固態(tài)擴(kuò)散接合原理
“擴(kuò)散接合”系指材料在固態(tài)下密接后并施予適當(dāng)壓力,當(dāng)接合
界面之間微量的塑性變形并彼此緊密接觸時(shí),藉由外加熔點(diǎn)以下的熱
源,促使接合界面的表面原子動(dòng)能加速,當(dāng)原子擴(kuò)散及粒界運(yùn)動(dòng)即完
成接合
材料界面接合過程
階段一:
材料處于室溫下并且尚未施加任何壓力,欲接合的界面由于材料
表面的微觀粗糙形態(tài),此時(shí)僅以局部的點(diǎn)狀接觸,
階段二:
在接合界面間施予正向壓力,隨著壓力與溫度的升高,接合界面
產(chǎn)生塑性變形,接觸面積增加,也因溫度的提高造成材料降伏降低,
促使接觸面積迅速擴(kuò)大。在緊密接觸的接合界面,形成材料表面層的
原子晶粒的新晶界,但表面粗糙度始終無法全區(qū)域接觸,所以會(huì)有孔
洞存在
階段三:
原子經(jīng)由粒界擴(kuò)散和體擴(kuò)散填補(bǔ)孔洞,并使新形成之晶界受孔洞
拴鎖作用減小而開始移動(dòng)至平衡位置此時(shí)接合界面形成新的晶界;部
份孔洞在此粒界運(yùn)動(dòng)過程中,被遺留在晶粒內(nèi)
階段四:
原子的體擴(kuò)散及粒界移動(dòng)使殘馀之孔洞及界面消失,兩塊材料合
而為一
擴(kuò)散接合控制參數(shù)
擴(kuò)散接合主要控制參數(shù)條件有:表面處理、溫度、時(shí)間、壓力及
保護(hù)氣氛。
A. 表面處理(surface condition)
擴(kuò)散接合系借材料接合面緊密接觸,增加原子擴(kuò)散途徑而達(dá)到接
合,任何影響擴(kuò)散接合之障礙如表面粗糙度、氧化層、附著油脂及污
染物,均須完全清潔與排除。
B. 溫度(temperature)
溫度提供擴(kuò)散接合過程中原子克服擴(kuò)散能障所需的能量,溫度越
高,原子擴(kuò)散及粒界移動(dòng)則越快,孔洞亦會(huì)消失,但伴隨高溫也可能
帶來晶粒成長而造成接合件機(jī)械性質(zhì)不良,擴(kuò)散接合溫度控制在材料
熔點(diǎn)(絕對溫度)0.53 至 0.88 倍間為宜。
C. 時(shí)間(time)
接合壓力與所需時(shí)間成反比,系為一時(shí)間-壓力
關(guān)系趨勢圖;另接合時(shí)間增長,雖可獲得較佳之接合件,但亦可能發(fā)
生材質(zhì)變化,因此參數(shù)控制需謹(jǐn)慎評(píng)估;同時(shí)就成本觀點(diǎn)言,增加接
合時(shí)間并不符合經(jīng)濟(jì)效益