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两块金属在真空中会粘在一起——冷焊现象!无需电能也能实现焊接

两块表面洁净的金属,在高真空度的条件下紧密贴在一起,时间久了以后就会粘合到一起,这叫做“冷焊现象”。

物理学告诉我们,原子的微观热运动,在宏观层面就是温度;热力学和量子力学都告诉我们,绝对零度不可达到,微观层面的热运动始终存在。

固体金属的原子之间由化学键连接,两块金属在高真空状态下接触,由于它们之间没有其他物质的阻碍,两侧金属的原子在热运动提供的动能下,会发生随机的漂移,然后在表面层缓慢地相互渗透和扩散,最终导致两块金属粘在一起,这就是冷焊现象。

非金属物质,不同的金属之间,也可能发生冷焊现象,主要看材料本身的延展性,以及两侧材料的相容性,接触压力等等。

在空气中的两块金属很难发生冷焊现象,这是因为空气中的金属很容易在表面生成氧化物,阻碍了金属原子的相互渗透,另外接触时由于表面不可能绝对光滑,空气中的气体分子也会阻碍金属原子的相互渗透,但是在真空中,冷焊现象将会很明显。

冷焊现象对人类有好处也有坏处,比如在1989年,美国NASA发射了伽利略号木星探测器,在离开地球时发现飞船的主天线无法完全打开,主天线一共18根,有3根无法打开,好在备用天线能用。

这导致飞船与地球之间的传输效率大打折扣,本来主天线完全打开能以每秒134K的速度向地球传送信息的,现在每秒只能传输大约1K的数据,正是因为该故障,伽利略号木星探测器不得不放弃几个预先安排好的任务,比如对木卫一的探测等等。

经过研究发现,伽利略号主天线无法完全打开的原因正是“冷焊现象”,伽利略号本定于1986年发射的,后来因为挑战号失事发射时间被推迟,经地面的多次改造和长时间的储存,折叠主天线由于冷焊现象粘在一起,导致升空后无法正常打开,经此教训之后,以后的航天器都会对可能发生冷焊的地方进行特殊处理。

现在,人们根据冷焊发生的原理,发明了各种各样的冷焊机,比如手钳冷焊机无需使用电能也能焊接

原理是施加压力把金属(铝、铜、铂、锡等等)表面积扩大,使原来阻碍焊接的保护膜破裂,然后在负载的作用下,让洁净的金属基质紧密接触并融合,实现原子层面的连接。