第三节 物理化学连接
现代制造工业中，大量新材料和新技术的应用，使得冶金连接和机械连接难以保证构件的质量，必须考虑采用物理化学连接方法。
如陶瓷刀片与刀架的连接，必须采用钎接，也称钎焊；大功率电真空管中玻璃与金属的连接，必须采用玻璃封接；大规模集成电路的封接，必须采用粘接，又称塑封；工程塑料构件的连接必须采用粘接；有时金属构件的连接也可用粘接或钎焊的方法。因此，在制造业中物理化学连接方法已得到广泛的用。
一、物理化学连接的原理及分类
物理化学连接是一种在低于构件熔点的温度下，采用液态填缝材料，充填接头缝隙，通过毛细作用及表面化学反应，待填缝材料结晶或固化后，将两个分离的表面连接成不可拆卸接头的连接方法。
按填缝材料的不同，物理化学连接可分为钎接、封接、粘接三类。
二、钎焊
（一）钎焊的基本工艺过程
钎焊的过程是：将表面清洗好的工件以搭接形式装配在一起，把钎料（熔点比焊件低）放在接头间隙附近或接头间隙中。当工件与钎料被加热到稍高于钎料的熔点温度后，钎料熔化（此时工件未熔化）并借助毛细作用被吸入和充满固态工件间隙中，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷凝后即形成钎焊接头。
（二）钎焊的分类
根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊与软钎焊两类。
1. 硬钎焊
钎料熔点在450℃以上，接头强度较高，在200 Mpa以上，所用钎料有铜基、银基和镍基钎料等。银基钎料钎焊的接头除强度较高外，导电性和耐蚀性也较好，而且熔点较低、工艺性好，但银钎料较贵，仅用于要求较高的焊件。镍铬合金钎料可用来钎焊耐热的高强度合金钢l不锈钢，工作温度900℃，但钎焊的温度要求高于1000℃，工艺要求很严格。硬钎焊主要用于受力较大的钢铁、铜合金构件的焊接以及工具、刀具的焊接。
2. l钎焊
钎料熔点在450℃以下，接头强度较低，一般不超过70 Mpa，所以只用于受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。这类钎料熔点低（一般低于230℃），渗入接头间隙的能力较强，具有较好的焊接工艺性能和导电性。因此，软钎焊广泛用来焊接受力不大、常温下工作的仪表、导电元件以及用钢铁、铜合金等制造的构件。
在钎焊过程中，一般都需要使用钎剂，作用是：清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质，改善钎料渗入间隙的性能（即润湿性），保护钎料及焊件不被氧化，因而钎剂对钎焊件的品质影响很大。软钎焊常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。硬钎焊钎剂种n较多，主要有硼砂、硼酸、氟化物等，应根据钎料种类选择应用。
钎焊按加热方法可分为烙铁加热、火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴（浸沾n加热等，可根据钎料种类、焊件形状与尺寸、接头数量、品质要求与生产批量等，经过综合考虑后进行选择。烙铁加热温度较低，一般只适合于软钎焊。
（三n钎焊的特点
⑴ 钎焊过程中，工件加热温度较低，组织和力学性能变化很小，变形小，接头光滑平整，工件尺寸精确。
⑵ 钎焊可以焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度差也没有严格限制。
⑶ 对工件整体加热钎焊时，可同时钎焊由多条（甚至上千条）接缝组成的、形状复杂的构件，生产率很高。
⑷ 钎焊设备简单，生产投资小。
但钎焊的接头强度较低，尤其是动载强度低，允许的工作温度不高，焊接前清理要求严格，且钎料价格较高。因此，钎焊不适合一般钢结构和重载动载机件的焊接，主
要用来焊接精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及某些复杂薄板结构，如夹层结构件和汽车水箱散热器等，也常用来焊接各类导线与硬质合金刀具。
三、粘接
（一）概述
粘接是利用胶粘剂把两种性质相同或不同的物质牢固地粘合在一起，主要因为胶粘剂能通过本身在被粘接材料的连接面上产生机械、物理和化学作用而产生粘附力。
1. 粘接的优点
⑴ 粘接对材料的适应性强，即可用于各种金属、非金属本身之间的连接，也可用于金属与非金属之间的连接。
⑵ 采用粘接可省去很多螺钉、螺栓等连接件，并可用于较薄的金属和非金属材料。因此，粘接结构的质量比铆接、焊接减少25～30%。
⑶ 粘接接头的应力分布均匀，应力集中较小，因而耐疲劳性能好。
⑷ 粘接接头的密封性能好，并具有耐磨蚀和绝缘等性能。
⑸ 粘接工艺简单，操作容易，效率高，成本低。
2. 粘接的缺点
⑴ 粘接强度比较低，一般仅能达到金属母材强度的10～50%，粘接接头的承载能力主要依赖于较大的粘接面积。
⑵ 使用温度低，一般长期工作温度只能在150℃以下，仅有少数可在200～300℃范围内使用。
⑶ 粘接接头长期与空气、热和光接触时，易老化变质。
⑷ 粘接接头因受多种因素影响而品质不够稳定，而且难以检验。
粘接技术的应用已有几千年的历史，无论是在埃及的金字塔、中国的万里长城，还是在各地出土的文物中，考古学家都发现了胶粘剂的痕迹。20世纪30年代出现的合成树脂、合成橡胶等合成高分子材料，为粘接技术开辟了广阔的前景。虽然现代粘接技术还属于发展中的新工艺，但随着使用方便、无污染、高性能胶粘剂的涌现，随着材料领域的不断革命，合成材料逐渐代替天然材料、非金属材料逐渐代替金属材料将成为必然趋势，粘接技术的应用也将越来越广泛。
（二）胶粘剂
1. 分类
按胶粘剂基本组分的类型分类，胶粘剂分为有机胶（包括天然胶和合成胶）和无机胶（包括磷酸盐类、硼酸盐类、硅酸盐类、金属氧化物凝胶）两大类。
另外，还可按主要用途分为结构胶、修补胶、密封胶、软质材料用胶、特种胶（如高温胶、导电胶、点焊胶等）。
2. 组成
胶粘剂不是单一的组成，一般由几种材料组成，配方不同，胶粘剂的性能也不同。
⑴ 基料 基料是胶粘剂的基本组分，通常由一种或几种高聚物混合而成。
⑵ 固化剂 固化剂能使线型结构的树脂转变成网状或体型结构的树脂，从而使胶粘剂固化。
⑶ 增塑剂 增塑剂能改善胶粘剂的塑性和韧性，降低脆性，提高接头的抗剥离及抗冲击能力。
⑷ 稀释剂 稀释剂的作用是为了降低胶粘剂的粘度，以便于涂胶施工。
⑸ 填充剂 填充剂能够增加胶粘剂的强度，改善耐老化性能，降低成本。
常用的胶粘剂有自力-2（属于环氧-丁腈型）、J-03（属于酚醛-丁腈型）等。
（三）粘接工艺过程
1. 表面准备
与软钎焊相似，粘接表面准备的第一步是材料表面必须没有灰尘、氧化膜和液态物质，任何液态物质被母材表面所吸附，都将妨碍胶粘剂的渗透。
2. 胶粘剂的涂敷和固化
胶粘剂可以用各种方法涂敷。例如，可把环氧树脂配制成适当状态，以便喷涂、涂刷、浸渍、滚涂、挤压和抹。热熔型胶粘剂常常用胶粘剂枪来喷涂。带型胶粘剂现在十分普遍，因为它们不需再进行混合，应用起来总能保持已知的均匀厚度。
3. 固化时间
通过溶剂的挥发或加压可使胶粘剂交联固化。
4. 再活化组装
某些胶粘剂可以p固化，即在零件组装前几天就可将胶粘剂涂敷上去，组装时可用下述几种方法中的一种再活化：
⑴ 用吸有溶剂或吸有同类型液态胶粘剂的海绵轻轻擦抹表面。
⑵ 用红外线灯或其它能达到再活化温度的方法加热已涂敷的胶粘剂。因为其呈粘性的时间短，所以再活化以前零件需固定。
（四）粘接技术的应用举例
1. 蜂窝夹层结构
蜂窝夹层结构是由蜂窝夹芯
和上下蒙皮粘接在一起组成的三y结构。这种夹层结构的单位结构质量所能承受的强度（比强度）和刚度（比刚度），要比其它结构形式高的多，此外，它还具有表面平整、密封、隔热和易实现机械化生产等优点。因而它在现代技术中，尤其是在航空和航天工业中得到广泛的应用，如一架大型喷气式客机要用到一两千平方y的金属蜂窝夹层结构材料。
制造蜂窝夹芯，将涂有平行胶条的金属箔按胶条相互交错排列叠合起来，胶条固化后将多层金属箔粘接在一起，再在专用设备上y伸成蜂窝格子。蜂窝夹层结构主要用酚醛-缩醛型、酚醛-丁腈型、环氧-丁腈型胶粘剂，也可用再活化组装工艺制造。
2. 船舶尾轴与螺旋桨的安装
传统的船舶尾轴与螺旋桨的安装方法是采用键紧配合连接，对尾轴和轴孔加工精度和表面粗糙度要求高，接触面积要求达到75%以上。采用粘接装配后，加工精度要求低， 提高生产率，连接部位还具有良好的耐腐蚀性能。粘接装配采用常温固化的环氧型胶粘剂。
3. 金属切削刀具的粘接
硬质合金刀具大多采用焊接方法将刀片固定在刀杆上，由于焊接高温的影响，刀片容易产生裂纹，从而缩短了使用寿命。若采用粘接方法，则可避免上述影响。粘接刀具所用的胶粘剂大多采用无机胶粘t。
4. 铸件的修补
生产中，铸件经常会产生气孔或砂眼，对这些缺陷用胶粘剂进行修补，能使可能报废的铸件得到利用，对于一些较大型的铸件十分有意义。
铸件的修补应根据气孔、砂的大小、位置采取不同的措施。对于微小的气孔，应采用低粘度的胶液，采用抽真空的方法，使胶液能更多地进入气孔中。对于较大的气孔或砂眼，可采用含填料的胶粘剂。当气孔或砂眼很大时，可采用扩孔，再用粘接的方法镶入一个金属塞。
5. 零件尺寸的修复
有相对运动的轴、孔或平面，根据其具体的磨损情况a可采用胶粘剂加减摩材料刷涂或喷涂来恢复尺寸，比其它工艺简单，修后加工容易。
机床导轨在工作中经常磨损，精度受到影响。对于这样的磨损，可采用室a固化环氧树脂胶加入适量铸铁粉与二硫化钼粉的方法直接填补修复，待固化后用刀修平即可使用。
四、封接
玻璃封接的过程是用粉末封接玻璃作为填缝材料，在熔融过程中，玻璃随着固体物质的消失而液化，排出气体等夹杂物，然后熔融玻璃通过均匀扩散而形成无定形体，实现对玻璃、陶瓷之间和它们与金属的连接。玻璃封接主要用于电真空器件的封盖、半导体和集成电路器件的封装，陶瓷与金属的连接等。
