擴散焊接技術在電真空領域的應用

2015-02-18 李海濤 中國航天系統科學與工程研究院

  擴散焊是制造電真空器件的關鍵工藝技術之一,具有連接精度高、接頭強度高、可焊材料種類多等優點,在電真空器件領域應用前景廣闊。本文簡略的介紹了擴散焊接技術的特點、分類、連接材料以及它們在電真空領域的典型應用。

  電真空器件是由數十種材料(其中包括金屬材料和非金屬材料)通過焊接方法連接成為結構非常復雜的構件。制造電真空器件通常采用的焊接方法有釬焊、弧焊、電阻焊、激光焊、電子束焊、擴散焊、冷壓焊等。隨著器件向毫米波方向發展,對零部件的連接精度、變形量等提出了更加苛刻的要求。擴散焊能連接絕大多數材料,其中包括以前被認為不能連接的金屬和非金屬,并使接頭具有高可靠性,高靜載強度和動載強度、熱穩定性、真空密封性以及高的彈性,還可以實現精密焊接,保障焊接結構具有給定的幾何參數、使用性能,因此擴散焊接在真空電子器件制造過程中應用前景廣闊。

  1、擴散焊

  前蘇聯Kazakov于20世紀50年代中期提出擴散焊技術。主要包括固相擴散連接(Solid State Diffusion Bonding)、瞬間液相連接(Transient Liquid PhaseBonding,簡稱TLP)和部分瞬間液相連接(Partial Transient  Liquid Phase Bonding,簡稱PTLP)。

  1.1、固相擴散焊

  固相擴散焊目前是擴散焊最常用的方法。固相擴散焊是依靠界面原子遷移的固態工藝過程,在一定時間、溫度及壓力下實現結合,待連接表面必須光滑(Ra<0.4μm)潔凈,一般情況下擴散焊溫度為(0.5~0.9)Tm(Tm為材料的熔點,異種材料連接時,Tm為低熔點材料的熔點)。部分連接接頭由于材料的熱膨脹不匹配及冶金不相容,很難實現直接擴散焊,通常采用中間層(或復合中間層)。固相擴散焊溫度高、壓力大、時間長(甚至達幾小時),為克服上述問題,TLP近年來得到發展。

  1.2、TLP

  TLP是介于熔焊和壓焊之間的一種焊接方法。TLP是用一種特殊成分、熔化溫度較低的薄層中間層合金作為連接合金,放置在焊接面之間,施加小的壓力或不施加壓力,并在真空條件下加熱到中間層合金熔化,液態的中間層合金潤濕母材,在焊接面間形成均勻的液態薄膜,經過一定的保溫時間,中間層合金與母材之間發生擴散,合金元素趨向于平衡,熔點升高達到擴散焊加熱溫度而進一步擴散,形成牢固的連接[3]。

  2、擴散焊的特點

  與熔化焊、釬焊相比,擴散焊具有的特點如表1所示。

表1 擴散焊的主要特點

擴散焊的主要特點

  6、結束語

  隨著電真空器件向高頻段、小型化發展,以及新型高性能材料的不斷應用,對零部件的連接性能提出了更高的技術要求,必將促進擴散焊技術在電真空器件領域的應用和發展。同時,擴散焊技術在不斷研究新工藝方法,也必將為電真空器件采用新材料、新結構提高性能提供技術支撐。