在普通人眼里，焊接和釬焊不被認(rèn)為是非常新奇有趣的研究，然而研究者眼中，釬焊更像是一門藝術(shù)，特別是在使用配備冷熱臺(tái)的顯微鏡觀察這些工藝過程時(shí)常常可觀測(cè)到令人贊嘆的視覺奇觀：

↑ 原位觀測(cè)熔融焊料在涂布過程中滴落在平坦的銅表面時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象 ↑

· 焊接是在低于450°C的溫度下，利用熔點(diǎn)相對(duì)較低的第三種金屬或合金，將兩塊金屬緊密結(jié)合的過程。

· 釬焊則是一種在高于450°C的溫度下，將填充金屬或合金加熱至熔化狀態(tài)，隨后通過毛細(xì)作用滲透至兩個(gè)或多個(gè)緊密貼合的部件之間的連接工藝。

通過變溫原位觀測(cè)技術(shù)可觀察到，在液態(tài)下，熔化的填充金屬與助熔劑會(huì)與基體金屬形成一層薄薄的交互層，冷卻后，這一層將形成異常堅(jiān)固的密封接合，這得益于晶粒結(jié)構(gòu)的相互作用。對(duì)于某些特定金屬，如鎳鐵合金（Nitinol），它們之間可以形成低溫共晶，使得兩種金屬在遠(yuǎn)低于各自熔點(diǎn)的溫度下就能緊密結(jié)合。

有研究機(jī)構(gòu)正在研究聚焦于材料行為及制造過程中的傳輸現(xiàn)象（例如金屬連接——釬焊和焊接、界面現(xiàn)象以及相關(guān)的微觀與宏觀特性）。為了深入理解這些復(fù)雜的相互作用，了解并觀察各種金屬表面和界面上的過程至關(guān)重要。通過精確控制溫度和氣氛，研究團(tuán)隊(duì)能夠模擬出過程特性，進(jìn)而研究各種反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

許多分析工作依賴于掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散光譜（EDS）以及電子探針微分析（EPMA）等傳統(tǒng)材料表征手段，冷熱臺(tái)搭配各類光學(xué)儀器也被證實(shí)為其中非常有效的一種技術(shù)。本次研究中使用冷熱臺(tái)系統(tǒng)適配光學(xué)顯微鏡及高幀率相機(jī)（高達(dá)500幀/秒）協(xié)同作業(yè)，從而觀測(cè)和記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

↑ 案例：果果儀器CH600S光學(xué)冷熱臺(tái)適配光學(xué)顯微鏡進(jìn)行材料表征測(cè)試實(shí)驗(yàn) ↑

↑ 果果儀器光學(xué)冷熱臺(tái)CH600S ↑

↑ 果果儀器超高溫?zé)崤_(tái)H1500T ↑

↑ 一個(gè)關(guān)于如何研究單幀換面來探究相關(guān)過程中的信息的案例 ↑

如上圖所示，這四個(gè)幀的序列顯示了從包層熔化開始的鋁接頭的形成過程，我們可以清晰地觀察到熔融材料沿著自然形成的復(fù)雜凹槽網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)的景象。這一系列圖像是在恒定600°C條件下，歷經(jīng)兩分鐘拍攝所得，放大倍數(shù)為40倍。

此外，類似的觀測(cè)流程同樣適用于研究如擴(kuò)散和磨削等表面特性。在另一個(gè)案例中，研究團(tuán)隊(duì)通過在15秒內(nèi)將鋁焊條加熱至587~600°C的溫度范圍，成功捕捉到了材料表面變化的連續(xù)圖像。

↑ 加熱后的鋁焊條在不同溫度下的狀態(tài)的記錄圖像 ↑

這些觀察讓我們能夠更深入地洞察金屬界面上的各種過程。通過靈活調(diào)整大氣環(huán)境和溫度條件，我們有可能開發(fā)出更加系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法，而非僅僅依賴傳統(tǒng)的、較為隨機(jī)的“藝術(shù)式"開發(fā)途徑。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些現(xiàn)象為我們提供了豐富的信息，有助于構(gòu)建關(guān)于釬焊和焊接過程中材料加工的科學(xué)理論，使這門原本已相當(dāng)成熟的工藝藝術(shù)更加科學(xué)化。

科研人員通過實(shí)施動(dòng)態(tài)加熱和等溫實(shí)驗(yàn)，成功獲取了大量寶貴的工藝數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于他們的工業(yè)和學(xué)術(shù)合作伙伴而言，是實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)的重要助力。不僅能幫助科研人員更透徹地理解釬焊過程中熔融金屬微層的流動(dòng)機(jī)制以及結(jié)合的形成過程，還深入探索了金屬間化合物的形成及其對(duì)現(xiàn)代應(yīng)用中無鉛焊料性能的影響。