陶瓷基复合材料与金属焊接研究现状
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刘伟平等人采用扫描和透射电镜、能谱分 析 、Ｘ射 线 衍 射 等 研 究 了Ｎｂ膜 中 间 层 对 单 晶Ｃｕ与 单 晶α－Ａｌ２Ｏ３的 扩 散 焊 接 特 性 以及接头组织和性能的影响。结果表明， 通过电子束蒸镀获得 的 多 晶Ｎｂ膜 中 间 层 扩 散 焊 后 具 有 织 构 组 织 ， 其 密 排 面 （ １１０） ∥（ ０００１） Ａｌ２Ｏ３基 面 。Ｎｂ膜 中 间 层 的 加 入 显 著 提 高 了 Ｃｕ／α－Ａｌ２Ｏ３ 扩 散 焊 接 头 的 断 裂 能 量 。 透 射 电 镜 观 察 表 明 ， 在Ｃｕ／α－Ａｌ２Ｏ３扩 散焊接头的界面附近存在大量位错［１９］。文献［２０］用ＡＩＳＩ ３０４， ３１６， ３２１ ３ 种 不 锈 钢 做 中 间 层 扩 散 连 接 热 压 Ｓｉ３Ｎ４陶 瓷 ， 连 接 温 度 １ １００ ℃， 保 温 时 间１２０ ｍｉｎ， 结 果 表 明 ， 界 面 形 成 了７ μｍ的 反应过渡区， 界面结构有Ｃｒ２Ｎ， ＦｅｘＳｉｙ和α－Ｆｅ。当用含Ｍｏ不锈 钢 ＡＩＳＩ ３１６作中间层时， 反应产物中还出现了Ｍｏ３Ｓｉ。
直接钎焊法 （ 也称一步法） 又叫活性金属钎焊法， 是在钎 料中加入活性元素， 如过渡金属Ｔｉ， Ｚｒ， Ｈｆ， Ｎｂ， Ｔａ等， 通过 化学反应使陶瓷表面发生分解， 形成反应层。反应层主要由金 属与陶瓷的化合物组成， 这些产物大部分情况下表现出与金属 相同的结构， 因此可以被熔化的金属润湿。直接钎焊法可使陶 瓷构件的制造工艺变得简单， 成为近年来国内外研究的热门 ［２￣４］。 直 接 钎 焊 陶 瓷 的 关 键 是 使 用 活 性 钎 料 ， 在 钎 料 能 够 润 湿 陶瓷的前提下， 还要考虑高温钎焊时陶瓷与金属热膨胀差异会 引起裂纹。在陶瓷和金属之间插入中间缓冲层可有效降低残余 应力， 提高接头强度。直接钎焊的局限性在于接头的高温强度 较低及大面积钎焊时钎料的铺展问题。 ２．２ 扩散焊
８ ·专题综述· 文章编号： １００２－ ０２５Ｘ（ ２００７） ０４－ ０００８－ ０４
焊接技术 第 ３６ 卷第 ４ 期 ２００７ 年 ８ 月
陶瓷基复合材料／金属焊接研究现状
沈孝芹１， ２， 李亚江１， 王 娟１， 黄万群１
（ １． 山东大学 材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室， 山东 济南 ２５００６１； ２． 山 东 建 筑 大 学 机 电 学 院 ， 山 东 济 南 ２５０１０１）
瞬 间 液 相 扩 散 焊 （ＴＬＰＢ） 结 合 了 钎 焊 和 固 相 扩 散 焊 的 优 点， 既能降低连接温度， 又能提高接头的使用温度。其原理是 在母材与中间层之间形成低熔点液相， 然后通过溶质原子的扩 散发生等温凝固， 形成组织均匀的焊缝接头。近几年已有人将 瞬 间 液 相 扩 散 连 接 应 用 到 陶 瓷 与 陶 瓷 或 金 属 的 连 接 中［９， １０］。 邹 贵生等对Ｓｉ３Ｎ４陶瓷ＴＬＰ连 接 接 头 形 成 过 程 、 中 间 层 设 计 、 连 接 温度和压力等对接头形成的影响、连接机理等进行了深入系列 的 研 究［１１， １２］。
中图分类号： ＴＧ４４； ＴＢ３３３
源自文库
文献标识码： Ａ
１ 引言 现代技术的发展， 要求材料能在各种苟刻的环境下可靠地
工作。用粒子、晶须或纤维增韧增强的陶瓷基复合材料 （ ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ， 简 称ＣＭＣ） 是 目 前 备 受 重 视 的 新 型 结构材料， 具有高强度、高耐磨、抗氧化、耐腐蚀等优良性 能， 在航空航天、机械、汽车、冶金、化工、电子等方面具有 广阔的应用前景。但陶瓷材料固有的硬度和脆性使其难以加 工、难以制成大型或形状复杂的构件， 因而在工程应用上受到 了很大限制。解决其实用化的最好方法之一是将其与塑性及韧 性高且抗温度冲击能力强的金属材料连接起来制成复合构件使 用， 充分发挥２种材料的性能优势， 弥补各自的不足。
摘要： 由于用粒子、晶须或纤维增韧的陶瓷基复合材料具有良好的耐磨和耐腐蚀性， 是目前备受重视的新型结构材料， 用焊接的方法
将其与金属焊接制成复合构件可推广应用。介绍了陶瓷／ 金属常用焊接方法的特点及连接机理， 着重讨论了钎焊和扩散焊方法， 并对陶
瓷基复合材料／ 金属的焊接研究现状进行了分析。
关键词： 陶瓷基复合材料； 金属； 焊接
固相扩散焊中， 连接温度、压力、时间及焊接表面状态是
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．４ Ａｕｇ． ２００７
影响扩散焊接的主要因素。固相扩散连接中界面的结合是靠塑 性变形、扩散和蠕变机制实现的， 其连接温度较高， 陶瓷／金 属 固 相 扩 散 连 接 温 度 通 常 为 金 属 熔 点 的０．９倍 ， 由 于 陶 瓷 和 金 属的热膨胀系数和弹性模量不匹配， 易在界面附近产生高的残 余应力， 很难实现直接固相扩散连接［５， ６］。为缓解陶瓷与金属接 头残余应力以及控制界面反应， 抑制或改变界面反应产物以提 高接头性能， 常采用中间层［７， ８］。
Ａｌ２Ｏ３， Ｚｒ２Ｏ， Ｓｉ３Ｎ４， ＳｉＣ等 单 相 陶 瓷 与 金 属 的 连 接 技 术 已 有 了 较 大 进 展 ， 但ＣＭＣ是 由 多 种 不 同 物 质 组 合 而 成 的 多 相 材 料 ， 在 连 接ＣＭＣ与 金 属 时 ， 除 考 虑 单 相 陶 瓷 与 金 属 的 连 接 问 题， 还应同时考虑连接方法与材料对基体材料和加强材料的适 应性， 还应考虑避免加强相与基体之间的不利反应以及不能造 成加强相 （ 如 纤 维 ） 的 氧 化 与 性 能 的 降 低 等［１］， 因 此 复 合 陶 瓷 与 金 属 的 连 接 更 加 困 难 。 本 文 在 综 述 单 相 陶 瓷 ／金 属 焊 接 现 状 的基础上对陶瓷基复合材料／金属的焊接现状进行了分析。
２ 陶瓷／金属的焊接方法 陶 瓷／金 属 连 接 研 究 发 展 到 今 天 ， 已 经 有 很 多 连 接 方 法 ，
主要有： ①粘合剂粘接； ②机械连接； ③自蔓延高温合成连 接； ④熔焊； ⑤钎焊； ⑥扩散焊等。 ２．１ 钎焊
钎焊是陶瓷／金属连接最常用的方法之一， 其原理是利用
收稿日期： ２００７－ ０１－ １５； 修回日期： ２００６－ ０６－ １５ 基金项目： 山东省优秀中青年基金资助项目 （ ２００６ＢＳ０４００４）
陶瓷与金属母材之间的钎料在高温下熔化， 其中的活性组元与 陶瓷原料发生化学反应， 形成稳定的反应梯度层使２种材料结 合在一起。陶瓷／金属钎焊一般分为间接钎焊和直接钎焊。
间接钎焊 （ 也称两步法） 是先在陶瓷表面进行金属化， 再 用普通钎料进行钎焊。进行陶瓷预金属化的方法最常用的是 Ｍｏ－ Ｍｎ 法 ， 此 外 还 有 物 理 气 相 沉 淀 （ＰＶＤ）、 化 学 气 相 沉 积 （ＣＶＤ）、热喷涂法以及离子注入法等。间接钎焊连接工艺复杂 ， 其应用受到了一定限制。
扩散焊是陶瓷／金属连接最常用的另一种方法， 是指在一 定的温度和压力下， 被连接表面相互靠近、相互接触， 通过使 局部发生塑性变形， 或通过被连接表面产生的瞬态液相而扩大 被连接表面的物理接触， 然后结合层原子间相互扩散而形成整 体可靠连接的过程。其显著特点是接头质量稳定、连接强度 高、接头高温性能和耐腐蚀性能好。根据被焊材料的结合及加 压方式， 扩散焊可分为固相扩散焊和瞬间液相扩散焊 （ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｂｏｎｄｉｎｇ， 简称ＴＬＰＢ） 等。
３ 陶瓷／金属连接界面反应及接头性能研究 陶瓷和金属在界面间存在着原子结构能级的差异， 陶瓷与
金属之间是通过过渡层 （ 扩散层或反应层） 而焊合的， ２种材
·专题综述· ９
料间的界面焊合反应对接头的形成和性能有极大的影响。而且 陶瓷和金属的线膨胀系数和弹性模量差别很大， 在焊接加热和 冷却的过程中， 接头界面附近产生较大的热应力和残余应力， 一般在焊接接头的陶瓷侧产生裂纹并引发断裂［１６］。近年来 ， 国 内外科技工作者为解决这２大难题进行了不懈的努力。
冯 吉 才 等 人 采 用ＢＡｇ４５ＣｕＺｎ钎 料 对ＴｉＣ金 属 陶 瓷 与 中 碳 钢 进行了真空钎焊连接， 结果表明， 利用ＢＡｇ４５ＣｕＺｎ钎料可实现 ＴｉＣ金 属 陶 瓷 与 中 碳 钢 的 连 接 ， 接 头 的 界 面 结 构 为 ＴｉＣ金 属 陶 瓷／（Ｃｕ， Ｎｉ） 固溶体／Ａｇ基固溶体＋Ｃｕ基固溶体／（Ｃｕ， Ｎｉ） 固溶体／ （Ｃｕ， Ｎｉ） ＋ （Ｆｅ， Ｎｉ） ／中碳钢［４］。文献［１７］用Ａｌ／Ｃｕ／Ｔｉ复合层作连接材 料 ， 通 过 连 接 温 度 下 原 位 生 成 金 属 间 化 合 物 真 空 连 接 Ｓｉ３Ｎ４陶 瓷 ， 结 果 表 明 ， 当 原 位 生 成 的 连 接 层 金 属 组 织 为Ａｌ３Ｔｉ／Ｔｉ／Ａｌ３Ｔｉ 时， 由于纯金属间化合物Ａｌ３Ｔｉ脆性大， 且其与剩余Ｔｉ片的结合 强度低， 陶瓷接头强度低； 当连接层金属组织为大量Ａｌ３Ｔｉ颗粒 加少量Ａｌ基固溶体时， 连接层金属能获得良好的强化效果。顾 怡红等人用真空扩散焊法连接Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ／Ａｌ２Ｏ３， 分析表明， 在８００ ℃时扩散焊界面上没有显著的化学反应， 随着温度的提高， 界 面上Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ／Ａｌ２Ｏ３反应生成ＴｉＡｌ， Ｔｉ２Ａｌ， Ｔｉ３Ａｌ与Ｔｉ组成的脆性混 合过渡层， 反应产物的存在使基体金属脆化并影响界面附近的 残 余 应 力 分 布 ［１８］。
部 分 瞬 间 液 相 扩 散 连 接 方 法 （ ＰＴＬＰ Ｂｏｎｄｉｎｇ） 是 Ｉｉｎｏ Ｙ于 １９９０ 年 提 出 的 ， 该 方 法 借 助 多 层 中 间 层 ， 通 过 低 熔 点 金 属 层的熔化或层间材料的相互扩散和反应形成局部液相区， 随 后液相区发生等温凝固和固相成分均匀化。目前已报道的用 于 ＰＴＬＰ连 接 的 中 间 层 材 料 主 要 有 ： Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ ， Ｃｕ／ Ｎｉ－ ２０％Ｃｒ／ Ｃｕ （ 质 量 分 数 ） ， Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕ， Ａｕ／Ｎｉ－ ２２％Ｃｒ／Ａｕ （ 质 量 分 数 ） ， ＣｕＴｉ／Ｐｄ／ＣｕＴｉ， Ｃｕ／ＴｉＣｕ， Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕ／Ｔｉ等 ［１３］。 华 东 船 舶 工 业 学 院 的 陈 铮 等 还 进 行 了 用 非 活 性 金 属 ＦｅＮｉ／Ｃｕ 连 接 Ｓｉ３Ｎ４ 陶 瓷 的 研 究 ［１４］。 ２．３ 熔焊
陶瓷与金属连接接头性能研究目前主要研究方法有３点或４ 点弯曲试验、剪切试验、拉伸试验及Ｘ射线衍射仪 测 量 残 余 应 力 等 。 邹 贵 生 等 人 研 究 了 Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ 复 合 层 ＴＬＰ扩 散 连 接 Ｓｉ３Ｎ４陶 瓷 ， 结 果 表 明 ， 连 接 时 间 、 连 接 温 度 、 连 接 压 力 及 Ｔｉ和 Ｎｉ的 厚 度 影 响 接 头 组 织 和 强 度 ， 其 最 佳 值 分 别 为 ６０ ｍｉｎ， １ ０５０ ℃， ２． ５ ＭＰａ， ２０ μｍ和４００ μｍ， 所 得 接 头 室 温 和８００ ℃时 的 抗剪强度分别为１４２ ＭＰａ 和６１ ＭＰａ［２０］。Ｊ Ｈ Ｋｉｍ等人 对Ｓｉ３Ｎ４／Ｃｕ／ Ｓ４５Ｃ真 空 钎 焊 获 得 的 试 样 进 行 ４点 弯 曲 试 验 的 结 果 表 明 ， 抗 弯强度依赖于连接过程中的残余应力， 残余应力导致陶瓷侧 出 现 微 裂 纹［２１］。
陶瓷和金属的连接采用一般的熔焊方法比较困难， 主要表 现在如下几个方面：
（ １） 热应力和热冲击等问题严重， 集中加热易产生裂纹； （ ２） 某些陶瓷如Ｓｉ３Ｎ４熔化前将升华或分解， 而ＭｇＯ等熔化 时迅速蒸发， 常压下无法熔焊； （ ３） 多数陶瓷导电性差， 电阻焊法难以应用。 目 前 ， 陶 瓷／金 属 的 熔 焊 主 要 是 激 光 熔 焊 和 电 子 束 焊 ［１５］。 采 用 高 能 电 子 束 连 接 陶 瓷 和 高 熔 点 金 属 （ 如Ｍｏ， Ｐｔ） 是 利 用 高能电子束加热速度快和金属材料相对于陶瓷材料比热容低的 特点， 在陶瓷不分解和熔化的条件下使金属熔化并形成连接。 采用这２种连接方法虽然速度快， 效率高， 可以制造高温下稳 定的连接接头， 但是为了降低连接应力， 防止裂纹的产生， 必 须采用辅助热源进行预热和缓冷， 而且工艺参数难以控制， 设 备投资昂贵。
直接钎焊法 （ 也称一步法） 又叫活性金属钎焊法， 是在钎 料中加入活性元素， 如过渡金属Ｔｉ， Ｚｒ， Ｈｆ， Ｎｂ， Ｔａ等， 通过 化学反应使陶瓷表面发生分解， 形成反应层。反应层主要由金 属与陶瓷的化合物组成， 这些产物大部分情况下表现出与金属 相同的结构， 因此可以被熔化的金属润湿。直接钎焊法可使陶 瓷构件的制造工艺变得简单， 成为近年来国内外研究的热门 ［２￣４］。 直 接 钎 焊 陶 瓷 的 关 键 是 使 用 活 性 钎 料 ， 在 钎 料 能 够 润 湿 陶瓷的前提下， 还要考虑高温钎焊时陶瓷与金属热膨胀差异会 引起裂纹。在陶瓷和金属之间插入中间缓冲层可有效降低残余 应力， 提高接头强度。直接钎焊的局限性在于接头的高温强度 较低及大面积钎焊时钎料的铺展问题。 ２．２ 扩散焊
８ ·专题综述· 文章编号： １００２－ ０２５Ｘ（ ２００７） ０４－ ０００８－ ０４
焊接技术 第 ３６ 卷第 ４ 期 ２００７ 年 ８ 月
陶瓷基复合材料／金属焊接研究现状
沈孝芹１， ２， 李亚江１， 王 娟１， 黄万群１
（ １． 山东大学 材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室， 山东 济南 ２５００６１； ２． 山 东 建 筑 大 学 机 电 学 院 ， 山 东 济 南 ２５０１０１）
瞬 间 液 相 扩 散 焊 （ＴＬＰＢ） 结 合 了 钎 焊 和 固 相 扩 散 焊 的 优 点， 既能降低连接温度， 又能提高接头的使用温度。其原理是 在母材与中间层之间形成低熔点液相， 然后通过溶质原子的扩 散发生等温凝固， 形成组织均匀的焊缝接头。近几年已有人将 瞬 间 液 相 扩 散 连 接 应 用 到 陶 瓷 与 陶 瓷 或 金 属 的 连 接 中［９， １０］。 邹 贵生等对Ｓｉ３Ｎ４陶瓷ＴＬＰ连 接 接 头 形 成 过 程 、 中 间 层 设 计 、 连 接 温度和压力等对接头形成的影响、连接机理等进行了深入系列 的 研 究［１１， １２］。
中图分类号： ＴＧ４４； ＴＢ３３３
源自文库
文献标识码： Ａ
１ 引言 现代技术的发展， 要求材料能在各种苟刻的环境下可靠地
工作。用粒子、晶须或纤维增韧增强的陶瓷基复合材料 （ ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ， 简 称ＣＭＣ） 是 目 前 备 受 重 视 的 新 型 结构材料， 具有高强度、高耐磨、抗氧化、耐腐蚀等优良性 能， 在航空航天、机械、汽车、冶金、化工、电子等方面具有 广阔的应用前景。但陶瓷材料固有的硬度和脆性使其难以加 工、难以制成大型或形状复杂的构件， 因而在工程应用上受到 了很大限制。解决其实用化的最好方法之一是将其与塑性及韧 性高且抗温度冲击能力强的金属材料连接起来制成复合构件使 用， 充分发挥２种材料的性能优势， 弥补各自的不足。
摘要： 由于用粒子、晶须或纤维增韧的陶瓷基复合材料具有良好的耐磨和耐腐蚀性， 是目前备受重视的新型结构材料， 用焊接的方法
将其与金属焊接制成复合构件可推广应用。介绍了陶瓷／ 金属常用焊接方法的特点及连接机理， 着重讨论了钎焊和扩散焊方法， 并对陶
瓷基复合材料／ 金属的焊接研究现状进行了分析。
关键词： 陶瓷基复合材料； 金属； 焊接
固相扩散焊中， 连接温度、压力、时间及焊接表面状态是
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．４ Ａｕｇ． ２００７
影响扩散焊接的主要因素。固相扩散连接中界面的结合是靠塑 性变形、扩散和蠕变机制实现的， 其连接温度较高， 陶瓷／金 属 固 相 扩 散 连 接 温 度 通 常 为 金 属 熔 点 的０．９倍 ， 由 于 陶 瓷 和 金 属的热膨胀系数和弹性模量不匹配， 易在界面附近产生高的残 余应力， 很难实现直接固相扩散连接［５， ６］。为缓解陶瓷与金属接 头残余应力以及控制界面反应， 抑制或改变界面反应产物以提 高接头性能， 常采用中间层［７， ８］。
Ａｌ２Ｏ３， Ｚｒ２Ｏ， Ｓｉ３Ｎ４， ＳｉＣ等 单 相 陶 瓷 与 金 属 的 连 接 技 术 已 有 了 较 大 进 展 ， 但ＣＭＣ是 由 多 种 不 同 物 质 组 合 而 成 的 多 相 材 料 ， 在 连 接ＣＭＣ与 金 属 时 ， 除 考 虑 单 相 陶 瓷 与 金 属 的 连 接 问 题， 还应同时考虑连接方法与材料对基体材料和加强材料的适 应性， 还应考虑避免加强相与基体之间的不利反应以及不能造 成加强相 （ 如 纤 维 ） 的 氧 化 与 性 能 的 降 低 等［１］， 因 此 复 合 陶 瓷 与 金 属 的 连 接 更 加 困 难 。 本 文 在 综 述 单 相 陶 瓷 ／金 属 焊 接 现 状 的基础上对陶瓷基复合材料／金属的焊接现状进行了分析。
２ 陶瓷／金属的焊接方法 陶 瓷／金 属 连 接 研 究 发 展 到 今 天 ， 已 经 有 很 多 连 接 方 法 ，
主要有： ①粘合剂粘接； ②机械连接； ③自蔓延高温合成连 接； ④熔焊； ⑤钎焊； ⑥扩散焊等。 ２．１ 钎焊
钎焊是陶瓷／金属连接最常用的方法之一， 其原理是利用
收稿日期： ２００７－ ０１－ １５； 修回日期： ２００６－ ０６－ １５ 基金项目： 山东省优秀中青年基金资助项目 （ ２００６ＢＳ０４００４）
陶瓷与金属母材之间的钎料在高温下熔化， 其中的活性组元与 陶瓷原料发生化学反应， 形成稳定的反应梯度层使２种材料结 合在一起。陶瓷／金属钎焊一般分为间接钎焊和直接钎焊。
间接钎焊 （ 也称两步法） 是先在陶瓷表面进行金属化， 再 用普通钎料进行钎焊。进行陶瓷预金属化的方法最常用的是 Ｍｏ－ Ｍｎ 法 ， 此 外 还 有 物 理 气 相 沉 淀 （ＰＶＤ）、 化 学 气 相 沉 积 （ＣＶＤ）、热喷涂法以及离子注入法等。间接钎焊连接工艺复杂 ， 其应用受到了一定限制。
扩散焊是陶瓷／金属连接最常用的另一种方法， 是指在一 定的温度和压力下， 被连接表面相互靠近、相互接触， 通过使 局部发生塑性变形， 或通过被连接表面产生的瞬态液相而扩大 被连接表面的物理接触， 然后结合层原子间相互扩散而形成整 体可靠连接的过程。其显著特点是接头质量稳定、连接强度 高、接头高温性能和耐腐蚀性能好。根据被焊材料的结合及加 压方式， 扩散焊可分为固相扩散焊和瞬间液相扩散焊 （ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｂｏｎｄｉｎｇ， 简称ＴＬＰＢ） 等。
３ 陶瓷／金属连接界面反应及接头性能研究 陶瓷和金属在界面间存在着原子结构能级的差异， 陶瓷与
金属之间是通过过渡层 （ 扩散层或反应层） 而焊合的， ２种材
·专题综述· ９
料间的界面焊合反应对接头的形成和性能有极大的影响。而且 陶瓷和金属的线膨胀系数和弹性模量差别很大， 在焊接加热和 冷却的过程中， 接头界面附近产生较大的热应力和残余应力， 一般在焊接接头的陶瓷侧产生裂纹并引发断裂［１６］。近年来 ， 国 内外科技工作者为解决这２大难题进行了不懈的努力。
冯 吉 才 等 人 采 用ＢＡｇ４５ＣｕＺｎ钎 料 对ＴｉＣ金 属 陶 瓷 与 中 碳 钢 进行了真空钎焊连接， 结果表明， 利用ＢＡｇ４５ＣｕＺｎ钎料可实现 ＴｉＣ金 属 陶 瓷 与 中 碳 钢 的 连 接 ， 接 头 的 界 面 结 构 为 ＴｉＣ金 属 陶 瓷／（Ｃｕ， Ｎｉ） 固溶体／Ａｇ基固溶体＋Ｃｕ基固溶体／（Ｃｕ， Ｎｉ） 固溶体／ （Ｃｕ， Ｎｉ） ＋ （Ｆｅ， Ｎｉ） ／中碳钢［４］。文献［１７］用Ａｌ／Ｃｕ／Ｔｉ复合层作连接材 料 ， 通 过 连 接 温 度 下 原 位 生 成 金 属 间 化 合 物 真 空 连 接 Ｓｉ３Ｎ４陶 瓷 ， 结 果 表 明 ， 当 原 位 生 成 的 连 接 层 金 属 组 织 为Ａｌ３Ｔｉ／Ｔｉ／Ａｌ３Ｔｉ 时， 由于纯金属间化合物Ａｌ３Ｔｉ脆性大， 且其与剩余Ｔｉ片的结合 强度低， 陶瓷接头强度低； 当连接层金属组织为大量Ａｌ３Ｔｉ颗粒 加少量Ａｌ基固溶体时， 连接层金属能获得良好的强化效果。顾 怡红等人用真空扩散焊法连接Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ／Ａｌ２Ｏ３， 分析表明， 在８００ ℃时扩散焊界面上没有显著的化学反应， 随着温度的提高， 界 面上Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ／Ａｌ２Ｏ３反应生成ＴｉＡｌ， Ｔｉ２Ａｌ， Ｔｉ３Ａｌ与Ｔｉ组成的脆性混 合过渡层， 反应产物的存在使基体金属脆化并影响界面附近的 残 余 应 力 分 布 ［１８］。
部 分 瞬 间 液 相 扩 散 连 接 方 法 （ ＰＴＬＰ Ｂｏｎｄｉｎｇ） 是 Ｉｉｎｏ Ｙ于 １９９０ 年 提 出 的 ， 该 方 法 借 助 多 层 中 间 层 ， 通 过 低 熔 点 金 属 层的熔化或层间材料的相互扩散和反应形成局部液相区， 随 后液相区发生等温凝固和固相成分均匀化。目前已报道的用 于 ＰＴＬＰ连 接 的 中 间 层 材 料 主 要 有 ： Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ ， Ｃｕ／ Ｎｉ－ ２０％Ｃｒ／ Ｃｕ （ 质 量 分 数 ） ， Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕ， Ａｕ／Ｎｉ－ ２２％Ｃｒ／Ａｕ （ 质 量 分 数 ） ， ＣｕＴｉ／Ｐｄ／ＣｕＴｉ， Ｃｕ／ＴｉＣｕ， Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕ／Ｔｉ等 ［１３］。 华 东 船 舶 工 业 学 院 的 陈 铮 等 还 进 行 了 用 非 活 性 金 属 ＦｅＮｉ／Ｃｕ 连 接 Ｓｉ３Ｎ４ 陶 瓷 的 研 究 ［１４］。 ２．３ 熔焊
陶瓷与金属连接接头性能研究目前主要研究方法有３点或４ 点弯曲试验、剪切试验、拉伸试验及Ｘ射线衍射仪 测 量 残 余 应 力 等 。 邹 贵 生 等 人 研 究 了 Ｔｉ／Ｎｉ／Ｔｉ 复 合 层 ＴＬＰ扩 散 连 接 Ｓｉ３Ｎ４陶 瓷 ， 结 果 表 明 ， 连 接 时 间 、 连 接 温 度 、 连 接 压 力 及 Ｔｉ和 Ｎｉ的 厚 度 影 响 接 头 组 织 和 强 度 ， 其 最 佳 值 分 别 为 ６０ ｍｉｎ， １ ０５０ ℃， ２． ５ ＭＰａ， ２０ μｍ和４００ μｍ， 所 得 接 头 室 温 和８００ ℃时 的 抗剪强度分别为１４２ ＭＰａ 和６１ ＭＰａ［２０］。Ｊ Ｈ Ｋｉｍ等人 对Ｓｉ３Ｎ４／Ｃｕ／ Ｓ４５Ｃ真 空 钎 焊 获 得 的 试 样 进 行 ４点 弯 曲 试 验 的 结 果 表 明 ， 抗 弯强度依赖于连接过程中的残余应力， 残余应力导致陶瓷侧 出 现 微 裂 纹［２１］。
陶瓷和金属的连接采用一般的熔焊方法比较困难， 主要表 现在如下几个方面：
（ １） 热应力和热冲击等问题严重， 集中加热易产生裂纹； （ ２） 某些陶瓷如Ｓｉ３Ｎ４熔化前将升华或分解， 而ＭｇＯ等熔化 时迅速蒸发， 常压下无法熔焊； （ ３） 多数陶瓷导电性差， 电阻焊法难以应用。 目 前 ， 陶 瓷／金 属 的 熔 焊 主 要 是 激 光 熔 焊 和 电 子 束 焊 ［１５］。 采 用 高 能 电 子 束 连 接 陶 瓷 和 高 熔 点 金 属 （ 如Ｍｏ， Ｐｔ） 是 利 用 高能电子束加热速度快和金属材料相对于陶瓷材料比热容低的 特点， 在陶瓷不分解和熔化的条件下使金属熔化并形成连接。 采用这２种连接方法虽然速度快， 效率高， 可以制造高温下稳 定的连接接头， 但是为了降低连接应力， 防止裂纹的产生， 必 须采用辅助热源进行预热和缓冷， 而且工艺参数难以控制， 设 备投资昂贵。