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超越熔化的邊界：擴散焊接如何在不熔化的情況下創造堅固接頭？
擴散焊接，或稱擴散連接，是一種使用於金屬加工的固態焊接技術，能夠連接相似及不相似的金屬。這一技術的核心原理是基本的固態擴散，透過將兩個固體金屬表面的原子隨著時間交錯融合。在通常情況下，這會在約為材料絕對熔化溫度50-75%的高溫下進行。即使在室溫下也可以實現一定程度的連接。擴散焊接通常透過施加高壓與這些材料的高溫來進行，這一技術在航空及核能產業中，用於焊接高強度及耐火金屬時表現尤為出色。
擴散焊接是一種不需液體熔融、且通常不需填充金屬的焊接方式。
歷史
擴散焊接的歷史可以追溯到幾十個世紀以前。在珠寶及其他應用中使用的「金填」技術，便是一種有助於連結金和銅的古老方法。工匠們首先將一小塊固體金打形成薄金箔，再將其置於銅基材上，並添加重量。接著，利用所謂的「熱壓焊接」方法，將重量/銅/金箔組合放入爐中加熱，直到金箔充分與銅基材結合。現代擴散焊接方法則由蘇聯科學家N.F. Kazakov於1953年進行描述。
擴散焊接的特性
擴散焊接的一大優勢在於其不涉及液體熔融，並且一般不需要額外的填充金屬。這意味著整體重量不會增加，接頭的性能往往展現出與基材相同的強度及溫度阻力。此外，材料的塑性變形非常小，殘留應力亦微乎其微，並且不會因焊接過程而受到污染。理論上，這一技術可在任何尺寸的接頭表面進行，而不會延長加工時間，但實際上，由於施加的壓力及物理限制，接頭表面面積往往受到制約。
溫度依賴性
穩態擴散主要取決於穿過接合面交界面的擴散通量。該過程受到Fick擴散定律的影響，這一現象在實際焊接中，時間的要求主要依靠擴散係數和濃度梯度的變化。在這一過程中，溫度是唯一可以控制的變數，這也影響著擴散的效率。
擴散焊接過程
在連接兩個具有相似晶體結構的材料時，擴散焊接需將兩件待焊材料以接觸方式夾緊。焊接前，需對接面進行精密加工以確保光滑且無化學污染物存在。施加的壓力和熱量通常持續數小時，這一過程的細節決定了最終焊接接頭的質量。
擴散焊接的優勢
完成焊接後的接頭具有與基材相同的物理和機械性質，而過程中不會出現接頭內部空隙或斷裂的情況。這使得擴散焊接能夠生產高精度的復雜形狀部件。由於其靈活性，擴散焊接能在電子、航空、核能及微流體技術等多個行業得到廣泛應用。
適用性
擴散焊接在電子、航空、核能及微流體等產業中主要用於製造精密部件。儘管相對於其他焊接技術如爆炸焊接，擴散焊接所需的時間較長，但在製作小數量零件時其效率仍然頗具競爭力。隨著技術的不斷進步，擴散焊接在航空工業的應用愈發廣泛，這不僅可以節省製造成本，更能有效利用戰略性昂貴材料。
擴散焊接有助於實現高性能的結構，並在降低成本的同時，保持結構完整性。
隨著未來技術的進步，擴散焊接是否能在更廣泛的應用領域中發揮其潛力呢？
