扩散连接原理.
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到利用超塑性材料的高延展性来加速界面的紧密
接触过程，由此发展了超塑性成形扩散焊方法。
原理：从连接初期的变形阶段，因为超塑性材料具
有低流变应力的特征，所以塑性变形能迅速在连 接界面附近发生，甚至有助于破坏材料表面的氧 化膜，因而大大加速了紧密接触过程，实际上， 真正促进连接过程的是界面附近的局部超塑性。 超塑性材料所具有的超细晶粒，大大增加了界面 区的晶界密度和晶界扩散的作用，显著增加了孔 洞与界面消失的过程。
合物，而使接头性能变差。
2.液相扩散连接基本原理 • 液相扩散连接（也称瞬时液相扩散连接） 通常采用比母材熔点低的材料作中间夹层 ，在加热到连接温度时，中间层熔化，在 结合面上形成瞬间液膜，在保温过程中，
随着低熔点组员向母材的扩散，液膜厚度
随之减小直至消失，再经一定时间的保温
而使成分均匀化。
液相扩散连接大致可分为以下3个阶段：
态，扩散迁移十分迅速，因此很快就形成以金
属键连接为主要形式的接头，如图c。
C.形成可靠接头阶段
在接触部分形成结合层，逐渐向体积方向发
展，形成可靠的连接接头，如图d。
上述三个阶段是扩散焊过程的主要特征，
其过程是相互交叉进行，最终在连接界面 处由于扩散、再结晶等生成固溶体及共晶 体，有时生成金属化合物，形成可靠的连 接。该过程同时应考虑界面生成物的性质 ，如性能差别较大的两种金属，在高温长 时间扩散时，界面极易生成脆性金属间化
• 在金属不熔化的情况下，要形成焊接接头就必须 使两待焊表面紧密接触，达到相互原子间的引力 作用范围[ (1~5)×10ˉ8 cm]以内，这样才可能形成 金属键，获得具有一定强度的接头。一般金属通 过精密加工后，其表面轮廓算数平均偏差为（ 0.8~1.6）×10 ˉ4 cm 。
•在施加正常扩散压力时，实际接触面仅占全部表
• 主要用于：异种金属材料、陶瓷、金属间
化合物、非晶态及单晶合金
• 应用领域：航空航天、仪表及电子、核工
业、能源、化工及机械制造
二.扩散焊的分类
一些扩散焊的实例：
铜和不锈钢
铝合金泵叶轮
铝合金和铜
钼锆合金
单晶硅和单晶硅扩散焊
不锈钢板和网
碳碳和铌合金
铝合金分Fra Baidu bibliotek制造
三.扩散连接原理
1. 固相扩散连接原理
扩散连接原理
一．扩散连接特点 二．扩散连接分类 三．扩散连接原理
四．扩散焊工艺
五．扩散焊设备 六．典型的扩散焊
一． 扩散焊的特点
• 扩散连接（或称扩散焊）是在一定的温度和压力下
使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过在
待焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理
接触，然后经过较长时间的原子相互扩散来实现结
，接触面积逐渐扩大，最终达到整个面的可
靠接触，如图b所示。界面处未能达到紧密接
触的区域逐渐演变成界面孔洞。其中大部分
空洞能依靠扩散而逐渐消除，个别较大的孔 经过很长时间难以消除，形成连接缺陷。
B.接触表面的激活阶段
连接表面达到紧密接触后，由于变形引起的
晶格畸变、位错、空位等各种缺陷大量堆集，
界面区的能量显著增大，原子处于高度激活状
3.可焊接其他焊接方法难以焊接的焊件和材料，如
弥散强化合金、活性金属、耐热合金、陶瓷和复合
材料等，特别适合于不同种类的金属、非金属及异
种材料的连接。
⒋作为一种高精密的连接方法，焊后焊件不变形，
可以实现机械加工后的精密装配连接。
缺点：
⒈焊件待焊表面的制备和装配要求较高。 ⒉焊接过程中焊接时间长，生产效率低。在某些情 况下还会产生一些晶粒过渡长大等现象。 ⒊无法进行连续式批量生产。 ⒋设备一次性投资较大，且连接工件的尺寸受到设 备的限制。
面积的1%左右。其余表面之间的距离均大于原子
引力起作用的范围。实际表面上还存在着氧化膜
、污物和表面吸附层，都会影响接触点上金属原
子之间形成金属键。两母材在连接表面的晶体位 向不同，不同材料的晶体结构也不同，这也会影 响到连接过程。
金属真实表面的情况：
• 扩散焊时，通过对连接界面加压和加热，使得
表面氧化膜破碎和表面微观凸出部位发生塑性
① 液相的生成。将中间层材料夹紧在焊件间，并加
上一定的焊接压力，在保护气体保护下进行加热
，直至中间层材料液化和填满间隙。
② 等温凝固过程。当液相形成并填满焊缝间隙后，
进入保温期，它使液固相之间进行充分的扩散。
③ 成分均匀化。由等温凝固形成的接头成分很不均
匀，为获得成份和组织均匀化的接头，需要继续
保温扩散来完成。
变形和高温蠕变，若干微小区域出现金属之间
的结合，这些区域进一步通过连接表面微小凸
出部位的塑性变形、母材之间发生的原子相互 扩散得以不断扩大，当整个连接界面均形成金 属键结合时，也就最终完成了扩散连接过程。
扩散连接过程的三个阶段：
A. 物理接触阶段
高温下微观不平的表面在外加压力的作
用下，一些点首先达到塑性变形，持续加压
合的一种焊接方法。
• 与常用压力焊的相同点：在连接过程中需要施加一
定的压力。
• 不同点：工艺条件的不同。
扩散焊与熔焊、钎焊方法的比较
优点：
⒈扩散焊接头的显微组织和性能与母材接近或相同 ，不存在气孔、宏观裂纹等融化焊特有的缺陷， 也不存在具有过热组织的热影响区。焊接参数容 易控制，批量生产时接头质量稳定。 2.可以进行内部及多点、大面积构件的连接以及电 弧可达性不好或用熔焊方法不能实现的连接。可 焊接其他方法难以焊接的材料。
瞬间液相扩散连接的示意图：
a) 形成液相 b)低熔点元素向母材扩散 c)等温凝固d)等温凝固结束e)成份均匀化
瞬时液相扩散连接特点：
① 该方法的表面平备要求不高，其粗糙度为
40um左右。
② 焊接时间短。
③ 装备轻，自动化程度高，适合于现场焊接 ，也适合于室内焊接。 ④ 接头质量可靠。
由图a可知这里有二段待焊钢 管，中间夹着中间层材料， 钢管轴向加压力F，感应圈通 入感应电流加热，并加惰性 气体保护其焊缝。焊接温度 由红外测温仪检测，并控制 焊接过程。
3.超塑成形扩散连接基本原理
• 材料超塑性通常是指在一定温度下，组织为等轴
细晶粒且晶粒尺寸小于3um，变形速率小于10ˉ3~
10ˉ5 时，拉伸变形率可达到100%~1500%。
• 从扩散焊连接理论可知，焊接界面的紧密接触和
界面孔洞的消除与材料的塑性变形、蠕变及扩散
过程关系 密切。材料超塑性的发现，使人们联想
接触过程，由此发展了超塑性成形扩散焊方法。
原理：从连接初期的变形阶段，因为超塑性材料具
有低流变应力的特征，所以塑性变形能迅速在连 接界面附近发生，甚至有助于破坏材料表面的氧 化膜，因而大大加速了紧密接触过程，实际上， 真正促进连接过程的是界面附近的局部超塑性。 超塑性材料所具有的超细晶粒，大大增加了界面 区的晶界密度和晶界扩散的作用，显著增加了孔 洞与界面消失的过程。
合物，而使接头性能变差。
2.液相扩散连接基本原理 • 液相扩散连接（也称瞬时液相扩散连接） 通常采用比母材熔点低的材料作中间夹层 ，在加热到连接温度时，中间层熔化，在 结合面上形成瞬间液膜，在保温过程中，
随着低熔点组员向母材的扩散，液膜厚度
随之减小直至消失，再经一定时间的保温
而使成分均匀化。
液相扩散连接大致可分为以下3个阶段：
态，扩散迁移十分迅速，因此很快就形成以金
属键连接为主要形式的接头，如图c。
C.形成可靠接头阶段
在接触部分形成结合层，逐渐向体积方向发
展，形成可靠的连接接头，如图d。
上述三个阶段是扩散焊过程的主要特征，
其过程是相互交叉进行，最终在连接界面 处由于扩散、再结晶等生成固溶体及共晶 体，有时生成金属化合物，形成可靠的连 接。该过程同时应考虑界面生成物的性质 ，如性能差别较大的两种金属，在高温长 时间扩散时，界面极易生成脆性金属间化
• 在金属不熔化的情况下，要形成焊接接头就必须 使两待焊表面紧密接触，达到相互原子间的引力 作用范围[ (1~5)×10ˉ8 cm]以内，这样才可能形成 金属键，获得具有一定强度的接头。一般金属通 过精密加工后，其表面轮廓算数平均偏差为（ 0.8~1.6）×10 ˉ4 cm 。
•在施加正常扩散压力时，实际接触面仅占全部表
• 主要用于：异种金属材料、陶瓷、金属间
化合物、非晶态及单晶合金
• 应用领域：航空航天、仪表及电子、核工
业、能源、化工及机械制造
二.扩散焊的分类
一些扩散焊的实例：
铜和不锈钢
铝合金泵叶轮
铝合金和铜
钼锆合金
单晶硅和单晶硅扩散焊
不锈钢板和网
碳碳和铌合金
铝合金分Fra Baidu bibliotek制造
三.扩散连接原理
1. 固相扩散连接原理
扩散连接原理
一．扩散连接特点 二．扩散连接分类 三．扩散连接原理
四．扩散焊工艺
五．扩散焊设备 六．典型的扩散焊
一． 扩散焊的特点
• 扩散连接（或称扩散焊）是在一定的温度和压力下
使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过在
待焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理
接触，然后经过较长时间的原子相互扩散来实现结
，接触面积逐渐扩大，最终达到整个面的可
靠接触，如图b所示。界面处未能达到紧密接
触的区域逐渐演变成界面孔洞。其中大部分
空洞能依靠扩散而逐渐消除，个别较大的孔 经过很长时间难以消除，形成连接缺陷。
B.接触表面的激活阶段
连接表面达到紧密接触后，由于变形引起的
晶格畸变、位错、空位等各种缺陷大量堆集，
界面区的能量显著增大，原子处于高度激活状
3.可焊接其他焊接方法难以焊接的焊件和材料，如
弥散强化合金、活性金属、耐热合金、陶瓷和复合
材料等，特别适合于不同种类的金属、非金属及异
种材料的连接。
⒋作为一种高精密的连接方法，焊后焊件不变形，
可以实现机械加工后的精密装配连接。
缺点：
⒈焊件待焊表面的制备和装配要求较高。 ⒉焊接过程中焊接时间长，生产效率低。在某些情 况下还会产生一些晶粒过渡长大等现象。 ⒊无法进行连续式批量生产。 ⒋设备一次性投资较大，且连接工件的尺寸受到设 备的限制。
面积的1%左右。其余表面之间的距离均大于原子
引力起作用的范围。实际表面上还存在着氧化膜
、污物和表面吸附层，都会影响接触点上金属原
子之间形成金属键。两母材在连接表面的晶体位 向不同，不同材料的晶体结构也不同，这也会影 响到连接过程。
金属真实表面的情况：
• 扩散焊时，通过对连接界面加压和加热，使得
表面氧化膜破碎和表面微观凸出部位发生塑性
① 液相的生成。将中间层材料夹紧在焊件间，并加
上一定的焊接压力，在保护气体保护下进行加热
，直至中间层材料液化和填满间隙。
② 等温凝固过程。当液相形成并填满焊缝间隙后，
进入保温期，它使液固相之间进行充分的扩散。
③ 成分均匀化。由等温凝固形成的接头成分很不均
匀，为获得成份和组织均匀化的接头，需要继续
保温扩散来完成。
变形和高温蠕变，若干微小区域出现金属之间
的结合，这些区域进一步通过连接表面微小凸
出部位的塑性变形、母材之间发生的原子相互 扩散得以不断扩大，当整个连接界面均形成金 属键结合时，也就最终完成了扩散连接过程。
扩散连接过程的三个阶段：
A. 物理接触阶段
高温下微观不平的表面在外加压力的作
用下，一些点首先达到塑性变形，持续加压
合的一种焊接方法。
• 与常用压力焊的相同点：在连接过程中需要施加一
定的压力。
• 不同点：工艺条件的不同。
扩散焊与熔焊、钎焊方法的比较
优点：
⒈扩散焊接头的显微组织和性能与母材接近或相同 ，不存在气孔、宏观裂纹等融化焊特有的缺陷， 也不存在具有过热组织的热影响区。焊接参数容 易控制，批量生产时接头质量稳定。 2.可以进行内部及多点、大面积构件的连接以及电 弧可达性不好或用熔焊方法不能实现的连接。可 焊接其他方法难以焊接的材料。
瞬间液相扩散连接的示意图：
a) 形成液相 b)低熔点元素向母材扩散 c)等温凝固d)等温凝固结束e)成份均匀化
瞬时液相扩散连接特点：
① 该方法的表面平备要求不高，其粗糙度为
40um左右。
② 焊接时间短。
③ 装备轻，自动化程度高，适合于现场焊接 ，也适合于室内焊接。 ④ 接头质量可靠。
由图a可知这里有二段待焊钢 管，中间夹着中间层材料， 钢管轴向加压力F，感应圈通 入感应电流加热，并加惰性 气体保护其焊缝。焊接温度 由红外测温仪检测，并控制 焊接过程。
3.超塑成形扩散连接基本原理
• 材料超塑性通常是指在一定温度下，组织为等轴
细晶粒且晶粒尺寸小于3um，变形速率小于10ˉ3~
10ˉ5 时，拉伸变形率可达到100%~1500%。
• 从扩散焊连接理论可知，焊接界面的紧密接触和
界面孔洞的消除与材料的塑性变形、蠕变及扩散
过程关系 密切。材料超塑性的发现，使人们联想