瞬态液相连接的过程及应用的介绍

瞬态液相（TLP）连接过程如图7-16所示^[16]204。

将一特殊成分和熔化温度的TLP中间层合金（厚度约2.5～100μm）作为钎料，放置于装配好的工件间，并施加不大的压力（如0～0.007MPa）（见图7-16a），然后在真空或氢气保护下加热到连接温度（约1100～1250℃）。在连接温度下，中间层首先熔化，润湿母材，在工件的配合面之间形成一薄层液体（见图7-16b）。当工件在连接温度下保温时，中间层与母材之间的元素扩散迅速进行，使界面区成分发生变化，这种变化导致接头部分的等温凝固，在连接温度下形成了接合（见图7-16c）。等温凝固发生后，接头的组织与母材基本相似，但在成分和结构上仍有所差别。然后在此温度下保持更长的时间，使接头的成分和结构均匀化，直到与母材相同（见图7-16d）。

图7-16 瞬态液相连接过程 Fig.7-16 The transient liquid phase bonding process

为了更好地了解瞬态液相连接过程，有必要阐述一下它的等温凝固机理（见图7-17）^[16]212。中间层（含硼的合金）的原始成分为C_i，其初熔温度为T_mi，低于母材的熔点T_mb。当工件加热到连接温度T_B，中间层熔化，并填充接头间隙（见图7-17a）。液体和邻近母材的反应使母材配合面处的硼浓度值提高到高于C_S，界面处的母材开始部分熔化。由于硼的扩散和母材向液相的溶解，母材配合面的熔化一直延续到液相中间层的成分降低到C_l（见图7-17b）。此时，硼从接头处向母材的继续扩散和母材的溶解，使正在进行的熔化进程发生中止，等温凝固过程开始。在T_B温度下等温凝固时，液体成分保持C_l浓度，并与邻近的固相表面的浓度成平衡状态。然而，由于扩散继续进行，处于C_l成分浓度的液相的容积逐步缩减，凝固过程不断地从两配合面继续向中间进行（见图7-17c）。由于在平衡状态下的凝固过程进行缓慢，形成的固相只能是成分为C_S的富镍固溶体（由于硼不向固—液相界面的液体反弹，等温凝固时不会形成脆性的富硼相）。只要扩散过程使接头区硼的最高浓度降低到C_S，等温凝固结束，基本结合已形成（见图7-17d）。继续保温是促使接头区均匀化，使接头成分（C′_p.m.）尽量接近母材（见图7-17e）。(www.xing528.com)

图7-17 瞬态液相连接的等温凝固机理 Fig.7-17 Mechanism of isothermal solidification during transient liquid phase bonding

Ci—中间层成分 Cp.m.—母材成分 Cl—连接温度下的液相线成分 CS—连接温度下的固相线成分 Tmi—中间层熔点 Tmb—母材熔点 TB—连接温度 C′p.m.—接头成分