到目前为止,扩散焊在原子能和航空、航天工业中应用得最广,在这些工业中,为了满足严格的使用要求,不仅需要研制新材料,而且同样要研究将这些材料制成可用的工程构件的方法,扩散焊就是为了适应先进工艺要求而发展起来的一种加工技术,扩散焊方法有很多名称,因为它可以采用许多不同的方式进行,对于各种扩散焊方法来说,加工程序的主要细节和冶金方面都是相同的。
固态扩散连接的过程大致可分为三个阶段:
第1阶段为接触变形阶段,高温下微观不平的表面,在外加应力的作用下,总有一些点首先达到塑性变形,在持续压力的作用下,接触面积逐渐扩大,最终达到整个面的可靠接触。
第二阶段是界面推移阶段,通过接触界面原子间的相互扩散,形成牢固的结合层,这个阶段一般要持续几分钟到几十分钟。
第三阶段是界面和孔洞消失阶段,在接触部位形成的结合层逐渐向体积方向发展,扩大牢固连接面,消除界面孔洞,形成可靠的连接接头。三个过程相互交叉进行,连接过程中可以生成固溶体及共晶体,有时形成金属间化合物,通过扩散、再结晶等过程形成固态冶金结合,达到可靠连接。
体扩散(晶内扩散)
熔化焊料扩散到晶粒中去的过程叫做体扩散或晶内扩散。焊料向母材内部的晶粒间扩散。由于晶界之间的能量起伏,因此这个扩散阶段,可形成不同成分的合金。沿不同的结晶方向,扩散程度不同。由于扩散,母材内部生成各种组成的合金。在某些情况下,晶格变化会引起晶粒自身分开。对于体扩散,如焊料的扩散超过母材允许固溶度,就会产生象铜和锡共存的那种晶格变化,使晶粒分开,形成新晶粒。这种扩散是在铜及黄铜等金属被加热到较高温度时发生的。
晶格内扩散
将焊料沿着晶体内特定的晶面,以特定的方向扩散的过程叫做晶格内面扩散或网孔状扩散。这是由于固体金属的不规则,熔化的金属原子向某一个面析出及晶格缺陷而引起的。这种扩散也可沿结晶轴方向发生,焊料金属可分割晶粒,引起和晶界扩散相类拟的现象。
在电子产品用的锡铅焊料中,几乎不发生这种扩散,这里仅做为参考。