** 扩散焊（Diffusion Bonding）** 是一种通过在固态下使待焊材料表面相互接触，利用原子扩散作用实现冶金结合的焊接技术。它不依赖熔化过程，而是通过加热、加压或两者共同作用，使接触面的原子突破界面阻力，扩散形成牢固的化学键，从而实现材料的连接。

一、基本原理

微观机制

待焊工件表面经精密加工后紧密贴合，在高温（通常为母材熔点的 0.5~0.8 倍）和一定压力（或仅靠材料自重）下，接触界面发生塑性变形，破坏表面氧化膜并增大真实接触面积。

随着时间延长，原子通过扩散作用（晶界扩散、体积扩散等）跨越界面，形成共同晶粒或金属键结合，最终实现冶金连接。

关键要素

温度：提高原子活性，加速扩散过程，但需避免母材过热或晶粒粗大。

压力：确保界面紧密接触，促进氧化膜破裂和塑性流动。

时间：足够的保温时间使扩散充分进行，形成完整结合层。

表面状态：待焊表面需清洁（无油污、氧化膜）、平整（粗糙度低），以减少扩散阻力。

二、主要类型

根据工艺条件和辅助手段，扩散焊可分为以下几类：

1. 普通扩散焊（Direct Diffusion Bonding）特点：直接对工件施加压力和温度，无需中间层。

适用场景：同种金属（如不锈钢、钛合金）或物理化学性质相近的异种金属（如铝 - 铜）的连接，要求界面贴合精度高。

2. 中间层扩散焊（Diffusion Bonding with Interlayer）

特点：在待焊材料间加入一层或多层中间层材料（如金属箔、非晶态合金、玻璃等）。

作用：

降低焊接温度和压力（中间层熔点低于母材）；

避免异种金属间形成脆性化合物（如钢与钛直接焊接易生成 TiFe 等脆性相，中间层可选用镍、铜等过渡金属）；

填充界面微小间隙，改善结合质量。

适用场景：异种金属（如陶瓷 - 金属、钢 - 铝合金）、复合材料或复杂结构的连接。

3. 超塑性扩散焊（Superplastic Diffusion Bonding）

特点：利用某些材料（如铝合金、钛合金）的超塑性特性（在特定温度和应变速率下呈现极大延伸率而不破裂），在低压力下实现大面积连接。

优势：可焊接大尺寸或复杂形状工件，变形小，接头性能均匀。

4. 真空扩散焊（Vacuum Diffusion Bonding）

特点：在真空环境中进行焊接，避免高温下材料氧化，提高界面原子扩散效率。

适用场景：高熔点金属（如钨、钼）、易氧化材料（如钛、锆）或对焊接质量要求极高的场合（如航空航天部件）。

5. 其他衍生工艺

热等静压扩散焊（HIP Diffusion Bonding）：利用热等静压设备，通过均匀气压施加压力，适用于复杂三维结构的连接。

动态扩散焊：在焊接过程中施加振动或动态载荷，促进界面原子扩散和缺陷消除。

三、工艺特点

优势

接头质量高：

界面无熔化区，避免了传统熔焊的气孔、裂纹、偏析等缺陷，接头成分、组织与母材基本一致，力学性能接近母材。

适用范围广：

可焊接同种金属、异种金属、金属 - 陶瓷、复合材料等，尤其适合难熔金属、活性金属（如钛、铌）和精密微型元件（如电子器件）。

变形小：

压力较低且温度可控，工件整体变形量小，适合高精度零件的焊接。

环保清洁：

无需填充材料和焊剂，无飞溅、烟尘等污染。

局限性

工艺成本高：

需要高精度的加热和加压设备（如真空扩散焊机），设备投资大。

焊接周期长（通常需数十分钟至数小时），生产效率较低。

表面制备要求严：

待焊表面需研磨抛光（粗糙度 Ra≤1.6μm），且需严格清理油污和氧化膜。

工件尺寸受限：

受设备尺寸限制，难以焊接大型工件，多用于中小尺寸零件。

四、应用领域

航空航天：

发动机叶片（如镍基高温合金叶片的异种金属连接）、火箭喷嘴、钛合金结构件等。

电子与微电子：

半导体器件封装（如芯片与基座的连接）、多层印制电路板（PCB）、传感器元件。

核能与化工：

核反应堆部件（如不锈钢 - 锆合金连接）、耐蚀管道、换热器（如铝 - 铜复合板）。

刀具与模具：

硬质合金 - 钢刀具（中间层扩散焊）、复合材料模具（如陶瓷增强金属基复合材料）。

新兴材料连接：

金属基复合材料（MMCs）、纳米材料、非晶合金等新型材料的焊接。

五、发展趋势

工艺优化：结合数值模拟（如有限元分析）优化温度、压力、时间参数，缩短焊接周期。

复合技术：与激光、超声波等技术结合（如激光辅助扩散焊），提高扩散效率和接头质量。

自动化与智能化：开发全自动扩散焊设备，集成在线检测（如红外测温、超声探伤），提升生产效率。

新材料应用：针对新能源、航空航天等领域的高性能材料（如钛合金、金属间化合物），开发专用中间层和工艺。

 扩散焊凭借其高精度、高质量的连接特性，正成为高端制造领域（如航空航天、精密电子）不可替代的关键技术，未来随着工艺创新和成本降低，其应用范围将进一步扩大。