Раздел 2. Современные представления о процессах образования соединений при сварке и пайке указывают на то, что их можно отнести к классу топохимических реакций

АКТИВИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПАЙКЕ.

Современные представления о процессах образования соединений при сварке и пайке указывают на то, что их можно отнести к классу топохимических реакций, отличающихся двухстадийностью формирования прочных связей между атомами соединяемых материалов.

В течение первой, подготовительной стадии, происходит сближение соединяемых поверхностей или их участков на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия и подготовка к их взаимодействию. Сближение может достигаться различными путями: при сварке плавлением и пайке в процессе смачивания, когда имеется жидкая фаза, смачивающая поверхность твердого материала; при сварке в твердом состоянии в процессе совместного пластического деформирования двух материалов или одного из них. На первой стадии важную роль играют процессы электростатического взаимодействия. Первая подготовительная стадия в сварочной литературе получила название стадии образования физического контакта.

На второй, конечной стадии, приводящей к образованию прочного соединения, определяющую роль играют процессы электронного взаимодействия. Для чистых металлов и твердых растворов вторая стадия характеризуется образованием прочной «металлической» связи. В случае соединения разнородных материалов – металлов с другими металлами, металлидами, химическими соединениями, полупроводниками, процессы взаимодействия сводятся к образованию прочных связей в основном ковалентного и координационно-ковалентного типов.

Вторая стадия образования соединения называется стадией химического взаимодействия.

На практике получение неразъемных соединений с заданными свойствами осложняется двумя факторами:

– соединяемые поверхности покрыты слоем оксидов различной толщины и структуры, а также другими загрязнениями, поскольку любая поверхность твердого тела адсорбирует атомы внешней среды;

– контактирующие поверхности соединений вследствие макро- и микронеровностей соприкасаются лишь в отдельных точках, а при сварке плавлением и пайке могут не контактировать до расплавления присадочного материала (припоя) или соединяемого материала.

Достижение физического контакта между жидкой и твердой фазами при пайке облегчается высокой подвижностью атомов жидкой фазы (припоя). Однако для начала химического взаимодействия необходимо поверхностным атомам твердого тела сообщить энергию активации, которая необходима:

– для обрыва связей между атомами твердого тела и атомами внешней среды, насыщающими их свободные связи;

– для повышения энергии поверхностных атомов с переводом их в активное состояние.

Эта энергия может подводиться в виде тепловой, механической, радиационной и других видов энергии. Ее величина определяется химическим составом оксидов на поверхности материалов, энергией связи атомов в оксидах и сродством металлов друг к другу и к кислороду.