铜与石墨的超声波辅助钎焊技术

石墨凭借耐高温、高强度、耐腐蚀及优异的导电传热性，在多个工业领域占据重要地位；铜则以出色的导电导热能力与良好加工性能，成为工业生产中的关键材料。二者结合形成的连接件，因兼具两种材料的优势，被广泛应用于医疗器械、核能、汽车、航空航天等高端行业。

然而，石墨与铜的物理性能差异显著，尤其是膨胀系数和弹性模量相差极大，这给二者的焊接带来了巨大挑战。传统焊接方式难以克服这种性能差异，无法形成满足使用需求的焊接接头，成为制约相关行业发展的技术瓶颈。

超声波辅助钎焊技术的出现，为解决石墨与铜的焊接难题提供了有效方案。该技术的核心原理是利用超声波的空化效应，破碎母材表面的氧化膜，从而促进焊料在母材表面的润湿，最终获得符合使用要求的焊接接头。

在具体的钎焊过程中，若不引入超声作用，焊料在加热过程中极易生成氧化膜。这些氧化膜会包裹焊料，阻碍焊料与母材表面充分接触，导致无法实现完全润湿，严重影响焊接质量。而采用超声波辅助钎焊时，当石墨和铜被加热到钎焊所需温度后，通过超声烙铁头对二者分别施加超声作用，并同步涂敷焊料。超声波的空化效应能显著改变钎料在母材表面形成的氧化膜的尺寸与形态，打破氧化膜对焊料的束缚，有效促进焊料在母材表面的润湿与铺展。待焊料在母材表面充分铺展后，将两个母材沾有焊料的面贴合，并施加一定压力，保持该状态直至冷却，即可完成石墨与铜的钎焊作业。

从界面作用机制来看，在超声波辅助钎焊过程中，超声波的空化作用不仅能破碎钎料表面的氧化膜，还能促进石墨中的碳元素与钎料中的活性元素相互吸附，加速界面反应的进行，进一步优化熔化的液态活性钎料在石墨表面的润湿与铺展效果。而在铜母材一侧，主要是通过液态钎料与铜母材之间的相互扩散溶解，形成稳定的反应层，确保焊接接头的强度与可靠性。
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