用于扩散接合的方法及为此具有压力变化的设备技术

本发明专利技术涉及一种用于借助第一冲头和第二冲头(11，13)进行扩散接合的方法，其中在这两个冲头(11，13)之间布置板状的接合件(21，22)。为了进行扩散接合而借助于该第一冲头和/或该第二冲头(11，13)将压力施加到这些接合件(21，22)上。附加地还引入该压力的变化。根据本发明专利技术提出，藉由该第一冲头(11)施加该压力和该压力变化，而该第二冲头(13)可以被实施成刚性的。此外，本发明专利技术涉及一种用于实施该方法的设备。本发明专利技术涉及一种用于实施该方法的设备。本发明专利技术涉及一种用于实施该方法的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于扩散接合的方法及为此具有压力变化的设备
[0001]本专利技术涉及一种用于扩散接合的方法，在该方法中使用第一冲头和第二冲头。在该第一冲头与该第二冲头之间布置至少两个板状的接合件，该至少两个接合件具有处于该至少两个接合件之间的接合平面。此外，为了进行扩散接合而借助于第一冲头和/或第二冲头将压力大体上与接合平面垂直地施加到该至少两个接合件上。附加地提出的是，针对压力施加压力变化。
[0002]此外，本专利技术涉及一种用于扩散接合、尤其用于执行扩散接合方法的设备。该设备具有第一冲头和第二冲头，其中能够在第一冲头与第二冲头之间布置有至少两个板状的接合件，该至少两个接合件具有位于该至少两个接合件之间的接合平面。设置有压力产生装置，该压力产生装置借助于该第一冲头和/或该第二冲头将压力大体上与接合平面垂直地施加到该至少两个接合件上。压力产生装置也被设计为用于改变压力。
[0003]在进行扩散接合时，两个要连接的、在大多数情况下被实施成板状的构件彼此叠置。这两个板状的接合件的接触面被称为接合平面。原则上，接合件也可以被称半成品或类似物。为了在这两个接合件之间建立连接，在大多数情况下将压力大体上与接合平面垂直地施加到这两个接合件上。在理想情况下，在接合平面处产生这两个接合构件之间的连接，这两个接合构件具有与基础材料相似或相同的特性。
[0004]扩散接合不仅可以用两个接合件、而且还可以用多个堆叠状地布置的接合件来实施。于是结果得到类似复合材料的结构。
[0005]为了实施常用的扩散接合方法，在大多数情况下将该至少两个接合件布置在两个冲头上或者布置在其之间。藉由压力产生装置使这两个冲头朝向彼此移动，从而使得在理想情况下将压力大体上与接合平面垂直地施加到接合构件上。这于是实现扩散接合，从而使得在这两个接合构件之间的接合平面处产生类似焊缝的连接。
[0006]扩散接合方法早已为人所知大约50年之久。随着时间的推移，已经提出了关于扩散接合期间发生的确切的特性和转化的各种理论。
[0007]常见的理论将扩散接合划分成三个阶段过程。
[0008]在这些阶段中的第一阶段，借助压紧压力通过塑性变形减少或消除这两个接合件在接合平面处的表面上的微观变形。在此假设：初始的点状接触部位由于塑性变形而增大到直到形成大体上连续的接触面。材料中的局部应力低于屈服应力，从而有利于形成理想的表面。在接合平面中的接合构件上在大多数情况下还存在氧化层。这些氧化层是进行扩散接合的障碍。此外，在第一阶段，还假设这些氧化层在塑性变形期间裂开并且作为粗块仍然存在于表面上，然而不再是连续的。
[0009]在时间上与第一阶段并行地，已经在平坦的部位处发生受扩散控制的蠕变过程，该蠕变过程附加地促使增大接触界面并且因此促使闭合现有的空腔。
[0010]在最后的阶段假设由于体积扩散而留下的间隙是闭合的或者最后被闭合。通过另外的改型和扩散过程消除之前位于接合平面中的界面，并且产生这两个接合件之间的连接(该连接也被称为焊接连接)。在此，部分地也存在再结晶区域。
[0011]成功执行扩散接合方法所必需的一个要点是上述氧化层的破裂。虽然这也可以通
过纯压力以及对应的改型过程来完成，但也已知通过改变压力可以改善氧化层的破裂。
[0012]与之相关的方法例如在CN 105 689 884A中进行了说明。在此，藉由第一冲头将基础压力施加到接合件上。藉由另一个冲头借助于超声波工具头来引入轴向振动。这应引起足够的压力变化。
[0013]从JPS 61229485 A已知一种类似的方法。在此也藉由与实际的冲头相对的超声波工具头来引入压力变化。此外，从该文献已知的是，通过将输出压力提高到一定的压力起，压力变化被叠加并且不再能够在接合件处被测量到。
[0014]因此，本专利技术所基于的目的在于，给出用于扩散接合的一种方法和一种设备，其中设有可以高效地应用并且建立接合构件之间的高品质连接的较简单的结构。
[0015]根据本专利技术，该目的通过一种具有权利要求1所述特征的用于扩散接合的方法以及一种具有权利要求7所述特征的用于扩散接合的设备来实现。
[0016]本专利技术有利的实施方式在从属权利要求、说明书以及在附图及其阐述中给出。
[0017]根据本专利技术，所属类型的扩散接合方法通过以下方式来改进，即，藉由第一冲头将压力和压力变化施加到该至少两个接合件上，其中沿压力方向引入该压力变化。在此还提出的是，将该第二冲头用作刚性的砧状冲头。此外，在该最大压力的25％至75％之间来选择借助于该压力变化施加的最小压力。
[0018]本专利技术大致基于两种基本思想。第一种基本思想可以被看做是：藉由同一冲头(即藉由同一装置)将压力和压力变化施加到该至少两个接合件上。其结果是，正好不再出现从现有技术已知的问题，即，如果该压力变化藉由另一构件来引入，则该压力变化自一定的基础压力起不再以足够的强度到达接合平面。
[0019]由于压力变化直接藉由与引入压力相同的冲头来引入，因此相对容易地确保变化也存在于接合平面处。这进而对氧化层的消除或破裂的速度和品质具有显著影响。总体上其结果是，借助根据本专利技术的方法明显比借助常规方法更快地执行扩散接合。也能够实现这两个接合件之间的焊接连接的更高的品质，这是因为特别好地实现了氧化层的破裂或消除。
[0020]就此而言也可以看到第二种基本思想。由于根据本专利技术藉由同一冲头引入压力和压力变化，因此可以刚性地、例如呈砧状冲头形式地实施第二冲头。换言之，仅一个冲头需要被设计成可移动或可施加压力的。这减少了针对此类设施的设计和控制耗费。如果扩散接合方法在腔室中执行(该腔室例如可以是抽真空的)，则这种情况就特别明显。在此需要在所有可运动到该腔室中的构件处设置对应的密封件。借助根据本专利技术的方法，仅需要针对第一冲头的运动而设置一个密封件，这是因为第二冲头被实施成刚性的。
[0021]在一个有利的实施方式中，在0.5Hz至200Hz的范围内选择该压力变化的频率。在此已识别出，该相对较小的频率正好致使氧化层足够好地破裂。如果使用较高的频率，则这根据本专利技术的认识不是这种可靠的方式方法的情况。
[0022]原则上可以任意选择压力变化。用于扩散接合方法的基础压力主要取决于要连接的材料。因此，例如在连接诸如铝合金的材料时在大多数情况下使用介于1MPa与5MPa之间的压力。而在连接两个由不锈钢制成的接合件时使用处于15MPa至20MPa的范围内的压力。例如在硬金属或金属基复合材料的扩散接合的过程中使用甚至更高的处于20MPa至50MPa的范围内的压力。
[0023]根据本专利技术的是，借助于压力变化施加在接合平面上的最小压力介于该最大压力的25％与75％之间。优选选择介于40％与60％之间的范围。这大体上对应于第一冲头在5μm至50μm的范围内的移动。
[0024]这种变化的压力特别好地适用于使氧化层破裂，而无需在此中断在接合期间产生的上述基本过程。压力完全停止施加一段时间可能是这种情况。
[0025]有利的是，将该第一冲头选择本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于借助第一冲头(11)和第二冲头(12)进行扩散接合的方法，其中在该第一冲头(11)与该第二冲头(12)之间布置至少两个板状的接合件(21，22)，该至少两个接合件具有处于该至少两个接合件(21，22)之间的接合平面(23)，其中为了进行扩散接合而借助于该第一冲头(11)和/或该第二冲头(12)将压力与该接合平面(23)垂直地施加到该至少两个接合件(21，22)上，并且其中除了压力之外还施加压力变化，其特征在于，藉由该第一冲头(11)将该压力和该压力变化施加到该至少两个接合件(21，22)上，沿压力方向引入该压力变化，将该第二冲头(12)用作刚性的砧状冲头，并且在该最大压力的25％至75％之间来选择借助于该压力变化施加的最小压力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在0.5Hz至200Hz的范围内选择该压力变化的频率。3.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，该压力变化的振幅是5μm至50μm。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，将该第一冲头(11)选择为上冲头，并且将该第二冲头(12)选择为下冲头。5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，该压力变化是周期性压力变化。6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，该方法用来进行扩散焊接、扩散钎焊和/或TLP扩散焊接。7.一种用于扩散接合(1)的设备(1)，该设备具有：...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔斯，
申请(专利权)人：尼尔斯，
类型：发明
国别省市：