热扩散技术

电子技术学术语

热扩散技术主要有替位式扩散和间隙式扩散两种。杂质通过替位式扩散的扩散速度慢、需要的扩散温度高，但是可精确控制p-n结的深度和掺杂浓度；Si中硼、磷等杂质的扩散就属于替位式扩散。杂质的间隙式扩散（如金在Si中的扩散）的扩散速度很快，扩散温度较低一些。

简介

热扩散技术是一种从1988年起才得以应用的高温表面变质处理技术。采用这种技术可在钢、镍合金、钻合金及硬质合金等含碳材料(最低含碳量为0.3%)表面形成一层很薄的碳化层，使被处理材料表面得以显著硬化。经热扩散处理过的材料硬度高，并具有极好的抗磨损性和抗氧化性。使用这种技术可使饭金冲模、成形刀具、辊轧成形工具等的使用寿命提高30倍。

在热扩散处理过程中，将零件浸人到889~1056℃熔化状态下的盐浴中1~8h，这个温度范围适用于淬硬大多数牌号的低合金钢和工具钢。弥散在盐浴中的碳化成分与材料基体中所含的碳原子相结合，通过碳和氮的扩散，在材料基体表面上形成一层结构致密、无气孔的碳化层。该碳化层通过扩散而非涂覆冶金粘接在材料基体表面上。

在对零件进行热扩散处理之前，应对其进行预热处理以使其变形最小，然后将其在所用材料的奥氏体化温度下进行热扩散处理。热扩散处理完成之后，将零件放置在空气或盐浴中冷却，以淬硬基体材料。接着，对零件进行适当的回火处理。奥氏体化温度高于1056℃的钢应在真空或保护盐浴中进行后处理，这样可使基体材料在热扩散处理后具有足够的硬度。经热扩散处理后在表面形成了碳化钒层，其表面硬度的维氏硬度值可达3200~3800的，而大多数用作刀具的硬质合金的维氏硬度值一般在1800左右。

扩散机理

扩散原理：当环境温度升高时，基底材料的原子在平衡格点附近振动，它们当中有的会获得足够的能量而离开平衡格点，成为处于填隙状态的原子，同时在原格点上产生空位。当临近的杂质原子或基质原子迁移到空位时，发生空位扩散，如果迁移原子是基质原子，则称为自扩散行为，若是迁移原子是杂质原子，则称为杂质的扩散行为。

用于气体流量计算

涉及气体的流量计算通常采用的是机械式的测量手段，它是一种被动的流量检测方法。其缺点是过于机械，容易受磨损、破裂的影响，测量元件附近的密封处经常受腐蚀或高压影响而容易发生泄漏;高粘度和介质中的微粒可能造成元件的污损，所有这些都能产生较大的测量误差，不仅影响效率，而且造成严重的资源浪费。近年来，热扩散技术的发展使得气体的流量计算水平有了很大的提高，热扩散设计是结合了热动力技未和电子技术的可行的综合性方法，热扩散技术是一种固定式的测量手段，它是一种主动的流量检测技术，不仅克服了上述机械式的缺点，而且可精确测量气体的质量流量。美国FCI以最新热扩散技术生产的气体质量流量计可以形象地称为“装上后即可撒手不管”的技术。它拥有无可比拟的优点:

★所有元件均无活动部件，不致于因磨损、沉积、堵塞而发生故降；

★传感头可未用316不锈钢或更好的合金材杆，无需密封，不会发生腐蚀，也不必担心高粘度和介质中的微粒对元件的污损；

★可精确测量氢气、氯气、火炬气等单一组份或多组份气体的瞬时、累积质量流量；

★连接件适用范围广，可安装于1/8英寸到30英尺的各种管道；

★高量程比，量程调节能力最大可达1000:1；

★很宽的工作温度范围；

★对很危险的应用环境，可用NEMA7或EX的防爆封装；

★电子器件设计灵活，能在现场适应绝大部分处理要求；

★FCI的产品满足FM、CSA、CENELEC和CEMark等多种认证。FCI的热扩散技术还用于流量开关、液位/界面控制器。全系列的热扩散技术产品广泛应用于采油、炼油、化工、医药食品、造纸工业、环境保护、火电厂、污水处理厂、航天工业、核电站等生产环境。

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