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1、8·专题综述·焊接技术第36卷第4期2007年8月文章编号:1002-025X(2007)04-0008-04陶瓷基复合材料/金属焊接研究现状1,2111沈孝芹,李亚江,王娟,黄万群(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)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
2、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;焊接中图分类号:TG44;TB333文献标识码:A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1引言陶瓷原料发生化学反应,形成稳定的反应梯度层使2种材料结现代技术的发展,要求材料能在各种苟刻的环境下可靠地合在一起。陶瓷/金属钎焊一般分为间接钎焊和直接钎焊。工作。用粒子、晶须或纤维增韧增强的陶瓷基复合材料间接钎焊(也称两步法)是先在陶瓷表面进行金属化,再(ceramicmatrixcomposite,简称CMC)是目前备受重视的新型用普通钎料进行钎焊。进行陶
3、瓷预金属化的方法最常用的是结构材料,具有高强度、高耐磨、抗氧化、耐腐蚀等优良性Mo-Mn法,此外还有物理气相沉淀(PVD)、化学气相沉积能,在航空航天、机械、汽车、冶金、化工、电子等方面具有(CVD)、热喷涂法以及离子注入法等。间接钎焊连接工艺复杂,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其应用受到了一定限制。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直接钎焊法(也称一步法)又叫活性金属钎焊法,是在钎了很大限制。解决其实用化的最好方法之一是将其与塑性及韧料中加入活性元素,如过渡金属Ti,Zr,Hf,Nb,Ta等,
4、通过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。反应层主要由金用,充分发挥2种材料的性能优势,弥补各自的不足。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Al2O3,Zr2O,Si3N4,SiC等单相陶瓷与金属的连接技术已相同的结构,因此可以被熔化的金属润湿。直接钎焊法可使陶有了较大进展,但CMC是由多种不同物质组合而成的多相材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料,在连接CMC与金属时,除考虑单相陶瓷与金属的连接问[2~4]。直接钎焊陶瓷的关键是使用活性钎料,
5、在钎料能够润湿题,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成加强相(如纤维)的氧化与性能的降低等[1],因此复合陶瓷应力,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/金属焊接现状较低及大面积钎焊时钎料的铺展问题。的基础上对陶瓷基复合材料/金属的焊接现状进行了分析。2.2扩散焊扩散焊是陶瓷/金属连接最常用的另一种方法,是指在
6、一2陶瓷/金属的焊接方法定的温度和压力下,被连接表面相互靠近、相互接触,通过使陶瓷/金属连接研究发展到今天,已经有很多连接方法,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主要有:①粘合剂粘接;②机械连接;③自蔓延高温合成连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接;④熔焊;⑤钎焊;⑥扩散焊等。体可靠连接的过程。其显著特点是接头质量稳定、连接强度2.1钎焊高、接头高温性能和耐腐蚀性能好。根据被焊材料的结合及加钎焊是陶瓷/金属连接最常用的方法之一,其原理是利用压方式,扩散焊可分为固相扩散焊和瞬间液相扩散焊收稿日期:
7、2007-01-15;修回日期:2006-06-15(Transientliquidphasebonding,简称TLPB)等。基金项目:山东省优秀中青年基金资助项目(2006BS04004)固相扩散焊中,连接温度、压力、时间及焊接表面状态是WeldingTechnologyVol.36No.4Aug.2007·专题综述·9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。而且性变形、扩散和蠕变机制实现的,其连接温度较高,陶瓷/金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
8、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,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一般在焊接接头的陶瓷侧产生裂纹并引发断裂[
