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陶瓷與金屬的連接技術(上冊) 版權信息
- ISBN：9787030462275
- 條形碼：9787030462275 ; 978-7-03-046227-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
陶瓷與金屬的連接技術(上冊) 內容簡介
本書針對近年來輕質高強結構陶瓷及其復合材料（SiC、Si02、Al2O3、ZrO、TiC/Ni復合材料、C/C復合材料、C/SiC復合材料等）與金屬連接的應用需求，分析了陶瓷和金屬連接的主要問題，闡明了幾種陶瓷及其復合材料和金屬連接的潤濕鋪展、界面反應、生成化合物的種類、反應層的成長規律、影響接頭力學性能的主要因素，研發了適合陶瓷和金屬連接的中間層材料（釬料），優化了連接工藝，并給出了應用實例。
陶瓷與金屬的連接技術(上冊) 目錄
目錄
前言
第1章陶瓷與金屬連接的基礎問題1
1.1陶瓷與金屬連接界面的潤濕2
1.1.1釬料及中間層選擇2
1.1.2母材表面處理狀態及對潤濕的影響5
1.1.3合金成分對潤濕的影響11
1.2陶瓷與金屬連接接頭的界面反應15
1.2.1界面反應產物15
1.2.2界面反應的熱力學計算21
1.2.3陶瓷和金屬的擴散路徑24
1.3陶瓷與金屬連接接頭的熱應力27
1.3.1熱應力的產生及影響因素27
1.3.2陶瓷和金屬連接接頭的熱應力控制29
1.3.3陶瓷和金屬連接接頭的強度32
參考文獻39
第2章SiC與Ti及其合金的連接49
2.1SiC與Ti的連接49
2.1.1SiC/Ti接頭的界面組織50
2.1.2反應相的形成條件與擴散路徑58
2.1.3反應相的形成機理59
2.1.4反應相成長的動力學63
2.1.5接頭的力學性能67
2.2SiC與Ti-Co合金的連接73
2.2.1SiC/Ti-Co接頭的界面組織74
2.2.2Ti含量對接頭抗剪強度的影響76
2.2.3連接時間對接頭強度的影響77
2.2.4連接溫度對接頭強度的影響77
2.3SiC與Ti-Fe合金的連接78
2.3.1界面組織分析78
2.3.2Ti含量對接頭強度的影響80
2.3.3連接時間對接頭強度的影響80
2.3.4接頭的高溫強度81
2.4SiC與TiAl合金的連接81
2.4.1SiC/TiAl接頭的界面組織82
2.4.2SiC/TiAl界面反應相的形成過程86
2.4.3界面反應層的成長規律88
2.4.4連接工藝參數對接頭性能的影響90
參考文獻93
第3章SiC與Cr及其合金的連接96
3.1SiC與Cr的連接96
3.1.1SiC/Cr擴散連接的界面組織96
3.1.2SiC/Cr界面反應相的形成及擴散路徑104
3.1.3界面反應相的形成機理106
3.1.4反應相成長的動力學108
3.1.5接頭的力學性能113
3.2SiC與Ni-Cr合金的連接116
3.2.1界面組織117
3.2.2反應相形成及擴散路徑120
3.2.3界面反應層的成長121
3.2.4合金成分對組織的影響123
參考文獻124
第4章SiC與Nb、Ta的連接126
4.1SiC與Nb的連接126
4.1.1SiC/Nb接頭的界面組織127
4.1.2SiC/Nb的擴散路徑134
4.1.3反應相的形成機理137
4.1.4反應相成長的動力學140
4.1.5接頭的力學性能143
4.2SiC與Ta的連接146
4.2.1SiC/Ta接頭的界面組織146
4.2.2反應相的形成機理149
4.2.3反應相的形成及成長151
4.2.4界面組織對接頭強度的影響153
參考文獻155
第5章TiC金屬陶瓷與鋼的釬焊157
5.1TiC金屬陶瓷/45鋼釬焊接頭的界面結構158
5.1.1界面組織形態及反應產物158
5.1.2釬焊工藝參數對界面結構的影響161
5.1.3釬焊界面的機理研究165
5.2TiC金屬陶瓷/45鋼釬焊接頭的力學性能169
5.2.1接頭抗剪強度及其影響因素170
5.2.2接頭的斷裂部位分析173
5.3TiC金屬陶瓷/45鋼界面反應層的成長行為178
5.3.1(Cu，Ni)+(Fe，Ni)擴散層成長的動力學方程179
5.3.2TiC金屬陶瓷側(Cu，Ni)凝固層成長的動力學方程183
5.3.3TiC金屬陶瓷/45鋼釬焊接頭界面反應層的成長行為186
5.4TiC金屬陶瓷/45鋼真空釬焊中Zn揮發增強釬料潤濕性192
5.4.1Zn揮發增強釬料對陶瓷的潤濕性193
5.4.2TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼的氬氣保護釬焊199
參考文獻202
第6章TiC金屬陶瓷與TiAl合金的自蔓延反應輔助連接205
6.1自蔓延反應輔助連接中間層優化設計206
6.1.1粉末中間層的優選206
6.1.2粉末中間層的反應機理211
6.1.3多層膜中間層的優選與反應特性214
6.2采用粉末中間層連接TiC金屬陶瓷與TiAl合金219
6.2.1界面組織分析219
6.2.2工藝參數對接頭界面組織的影響223
6.2.3連接接頭力學性能分析230
6.3采用Al/Ni多層膜連接TiC金屬陶瓷與TiAl合金232
6.3.1界面組織分析232
6.3.2納米級Al/Ni多層膜的制備235
6.3.3工藝參數對接頭界面組織的影響238
6.3.4連接接頭力學性能分析241
6.3.5連接過程溫度場分析242
參考文獻244
第7章Si3N4陶瓷與TiAl合金的釬焊245
7.1Si3N4/AgCu/TiAl釬料接頭界面組織與性能245
7.1.1Si3N4/AgCu/TiAl釬焊接頭界面組織分析247
7.1.2工藝參數對Si3N4/AgCu/TiAl接頭界面組織結構的影響250
7.1.3Si3N4/AgCu/TiAl釬焊接頭組織演化及連接機理253
7.1.4工藝參數對Si3N4/AgCu/TiAl接頭抗剪強度的影響259
7.2復合釬料開發及釬焊接頭組織和性能261
7.2.1復合釬料的成分及性能261
7.2.2Si3N4/AgCuTic/TiAl釬焊接頭界面組織分析263
7.2.3工藝參數對Si3N4/AgCuTic/TiAl接頭界面組織的影響265
7.2.4Si3N4/AgCuTic/TiAl釬焊接頭組織演化及連接機理269
7.2.5工藝參數對TiAl/AgCuTic/Si3N4接頭性能的影響274
7.3Si3N4/AgCuTic/TiAl接頭殘余應力277
7.3.1釬焊接頭有限元模型網格劃分與邊界條件277
7.3.2釬焊接頭殘余應力有限元分析279
參考文獻282
第8章Ti3AlC2陶瓷與TiAl合金的擴散連接284
8.1Ti3AlC2陶瓷與TiAl合金的直接擴散連接284
8.1.1Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金的焊接性分析284
8.1.2Ti3AlC2/TiAl接頭界面組織分析287
8.1.3工藝參數對Ti3AlC2/TiAl接頭界面組織的影響288
8.1.4工藝參數對Ti3AlC2/TiAl接頭力學性能的影響290
8.1.5Ti3AlC2/TiAl接頭斷口分析292
8.1.6Ti3AlC2/Ti3AlC2直接擴散連接293
8.2Zr/Ni復合中間層液相擴散連接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金293
8.2.1Ni箔中間層擴散連接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金294
8.2.2Zr/Ni復合中間層液相擴散連接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金296
8.3Ti/Ni復合中間層固相擴散連接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金304
8.3.1Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl擴散連接接頭界面組織分析304
8.3.2工藝參數對Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接頭界面組織的影響308
8.3.3工藝參數對Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接頭力學性能的影響315
8.3.4Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接頭斷口分析317
8.3.5Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl界面反應機制321
參考文獻325
前言
第1章陶瓷與金屬連接的基礎問題1
1.1陶瓷與金屬連接界面的潤濕2
1.1.1釬料及中間層選擇2
1.1.2母材表面處理狀態及對潤濕的影響5
1.1.3合金成分對潤濕的影響11
1.2陶瓷與金屬連接接頭的界面反應15
1.2.1界面反應產物15
1.2.2界面反應的熱力學計算21
1.2.3陶瓷和金屬的擴散路徑24
1.3陶瓷與金屬連接接頭的熱應力27
1.3.1熱應力的產生及影響因素27
1.3.2陶瓷和金屬連接接頭的熱應力控制29
1.3.3陶瓷和金屬連接接頭的強度32
參考文獻39
第2章SiC與Ti及其合金的連接49
2.1SiC與Ti的連接49
2.1.1SiC/Ti接頭的界面組織50
2.1.2反應相的形成條件與擴散路徑58
2.1.3反應相的形成機理59
2.1.4反應相成長的動力學63
2.1.5接頭的力學性能67
2.2SiC與Ti-Co合金的連接73
2.2.1SiC/Ti-Co接頭的界面組織74
2.2.2Ti含量對接頭抗剪強度的影響76
2.2.3連接時間對接頭強度的影響77
2.2.4連接溫度對接頭強度的影響77
2.3SiC與Ti-Fe合金的連接78
2.3.1界面組織分析78
2.3.2Ti含量對接頭強度的影響80
2.3.3連接時間對接頭強度的影響80
2.3.4接頭的高溫強度81
2.4SiC與TiAl合金的連接81
2.4.1SiC/TiAl接頭的界面組織82
2.4.2SiC/TiAl界面反應相的形成過程86
2.4.3界面反應層的成長規律88
2.4.4連接工藝參數對接頭性能的影響90
參考文獻93
第3章SiC與Cr及其合金的連接96
3.1SiC與Cr的連接96
3.1.1SiC/Cr擴散連接的界面組織96
3.1.2SiC/Cr界面反應相的形成及擴散路徑104
3.1.3界面反應相的形成機理106
3.1.4反應相成長的動力學108
3.1.5接頭的力學性能113
3.2SiC與Ni-Cr合金的連接116
3.2.1界面組織117
3.2.2反應相形成及擴散路徑120
3.2.3界面反應層的成長121
3.2.4合金成分對組織的影響123
參考文獻124
第4章SiC與Nb、Ta的連接126
4.1SiC與Nb的連接126
4.1.1SiC/Nb接頭的界面組織127
4.1.2SiC/Nb的擴散路徑134
4.1.3反應相的形成機理137
4.1.4反應相成長的動力學140
4.1.5接頭的力學性能143
4.2SiC與Ta的連接146
4.2.1SiC/Ta接頭的界面組織146
4.2.2反應相的形成機理149
4.2.3反應相的形成及成長151
4.2.4界面組織對接頭強度的影響153
參考文獻155
第5章TiC金屬陶瓷與鋼的釬焊157
5.1TiC金屬陶瓷/45鋼釬焊接頭的界面結構158
5.1.1界面組織形態及反應產物158
5.1.2釬焊工藝參數對界面結構的影響161
5.1.3釬焊界面的機理研究165
5.2TiC金屬陶瓷/45鋼釬焊接頭的力學性能169
5.2.1接頭抗剪強度及其影響因素170
5.2.2接頭的斷裂部位分析173
5.3TiC金屬陶瓷/45鋼界面反應層的成長行為178
5.3.1(Cu，Ni)+(Fe，Ni)擴散層成長的動力學方程179
5.3.2TiC金屬陶瓷側(Cu，Ni)凝固層成長的動力學方程183
5.3.3TiC金屬陶瓷/45鋼釬焊接頭界面反應層的成長行為186
5.4TiC金屬陶瓷/45鋼真空釬焊中Zn揮發增強釬料潤濕性192
5.4.1Zn揮發增強釬料對陶瓷的潤濕性193
5.4.2TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼的氬氣保護釬焊199
參考文獻202
第6章TiC金屬陶瓷與TiAl合金的自蔓延反應輔助連接205
6.1自蔓延反應輔助連接中間層優化設計206
6.1.1粉末中間層的優選206
6.1.2粉末中間層的反應機理211
6.1.3多層膜中間層的優選與反應特性214
6.2采用粉末中間層連接TiC金屬陶瓷與TiAl合金219
6.2.1界面組織分析219
6.2.2工藝參數對接頭界面組織的影響223
6.2.3連接接頭力學性能分析230
6.3采用Al/Ni多層膜連接TiC金屬陶瓷與TiAl合金232
6.3.1界面組織分析232
6.3.2納米級Al/Ni多層膜的制備235
6.3.3工藝參數對接頭界面組織的影響238
6.3.4連接接頭力學性能分析241
6.3.5連接過程溫度場分析242
參考文獻244
第7章Si3N4陶瓷與TiAl合金的釬焊245
7.1Si3N4/AgCu/TiAl釬料接頭界面組織與性能245
7.1.1Si3N4/AgCu/TiAl釬焊接頭界面組織分析247
7.1.2工藝參數對Si3N4/AgCu/TiAl接頭界面組織結構的影響250
7.1.3Si3N4/AgCu/TiAl釬焊接頭組織演化及連接機理253
7.1.4工藝參數對Si3N4/AgCu/TiAl接頭抗剪強度的影響259
7.2復合釬料開發及釬焊接頭組織和性能261
7.2.1復合釬料的成分及性能261
7.2.2Si3N4/AgCuTic/TiAl釬焊接頭界面組織分析263
7.2.3工藝參數對Si3N4/AgCuTic/TiAl接頭界面組織的影響265
7.2.4Si3N4/AgCuTic/TiAl釬焊接頭組織演化及連接機理269
7.2.5工藝參數對TiAl/AgCuTic/Si3N4接頭性能的影響274
7.3Si3N4/AgCuTic/TiAl接頭殘余應力277
7.3.1釬焊接頭有限元模型網格劃分與邊界條件277
7.3.2釬焊接頭殘余應力有限元分析279
參考文獻282
第8章Ti3AlC2陶瓷與TiAl合金的擴散連接284
8.1Ti3AlC2陶瓷與TiAl合金的直接擴散連接284
8.1.1Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金的焊接性分析284
8.1.2Ti3AlC2/TiAl接頭界面組織分析287
8.1.3工藝參數對Ti3AlC2/TiAl接頭界面組織的影響288
8.1.4工藝參數對Ti3AlC2/TiAl接頭力學性能的影響290
8.1.5Ti3AlC2/TiAl接頭斷口分析292
8.1.6Ti3AlC2/Ti3AlC2直接擴散連接293
8.2Zr/Ni復合中間層液相擴散連接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金293
8.2.1Ni箔中間層擴散連接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金294
8.2.2Zr/Ni復合中間層液相擴散連接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金296
8.3Ti/Ni復合中間層固相擴散連接Ti3AlC2陶瓷和TiAl合金304
8.3.1Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl擴散連接接頭界面組織分析304
8.3.2工藝參數對Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接頭界面組織的影響308
8.3.3工藝參數對Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接頭力學性能的影響315
8.3.4Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl接頭斷口分析317
8.3.5Ti3AlC2/Ni/Ti/TiAl界面反應機制321
參考文獻325
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陶瓷與金屬的連接技術(上冊) 節選
第1章陶瓷與金屬連接的基礎問題 隨著材料科學的飛速發展，輕質高強的陶瓷及陶瓷基復合材料、C/C復合材料、金屬間化合物等新材料不斷涌現［1～3］，這些新材料對焊接技術提出了新的要求。同時，實際生產中為了節約能源、減輕重量或達到某種設計性能，常常采用異種金屬或金屬-非金屬結構［4］。 由于陶瓷和金屬這兩類材料在物理性能和化學性能以及力學性能方面存在很大的差異，特別是陶瓷及其復合材料不存在液相狀態，所以用常規的電弧焊接、電子束焊接、激光焊接等熔焊方法無法實現陶瓷材料本身、陶瓷和金屬結構的永久性可靠連接，近年來新開發的攪拌摩擦焊接除了適合金屬及鋁基復合材料，目前還沒有見到陶瓷與金屬異種結構連接的報道。從目前的文獻資料及實際生產過程來看，能夠實現陶瓷與金屬連接的方法主要有釬焊與擴散連接［5～10］。常用的錳鉬燒結法是先在陶瓷表面燒結一層金屬錳、鉬等涂層，然后再添加釬料和金屬進行連接，該方法的本質也是釬焊［11］。目前也可采用超聲波加熱來連接陶瓷和金屬或金屬基復合材料，但該方法實質上也屬于釬焊或擴散連接（超聲波焊接時，陶瓷和金屬之間需添加金屬中間層或釬料，中間層熔化時屬于超聲釬焊，不熔化時屬于超聲擴散連接）。釬焊及擴散連接都能使被連接的陶瓷及其復合材料與金屬在宏觀上建立永久性的連接，在微觀上建立組織之間的內在聯系。但這兩種連接方法也存在差別，釬焊在連接過程中可以不外加壓力或施加很小的壓力，被連接材料維持在固態，而填充材料（釬料或中間層）則存在由固態到熔化、再進行凝固的過程。擴散連接時必須施加壓力，被連接材料和填充材料（中間層）在連接過程中始終維持固態。 陶瓷與金屬連接主要存在以下幾個問題［5，12］。 （1）釬料很難對陶瓷和金屬雙方都潤濕。常規的釬料大多數能夠對金屬潤濕，但對陶瓷及其復合材料不潤濕或潤濕性差，故很難選擇出能夠良好潤濕兩種母材的釬料。近年來研制的以AgCuTi為代表的活性釬料（在釬料中添加活性元素Ti）雖然能夠對陶瓷潤濕，但在金屬一側反應比較劇烈，容易形成金屬間化合物，再加上該釬料的高溫性能不好，使用環境溫度超過300℃的情況下接頭強度很低。 （2）界面容易形成多種脆性化合物。由于陶瓷及其復合材料與金屬的物理性能及化學性能差別很大，連接時除存在鍵型轉換以外，還容易發生各種化學反應，在界面生成各種碳化物、氮化物、硅化物、氧化物以及多元化合物。這些化合物硬度高、脆性大，分布復雜，是造成接頭脆性斷裂的主要原因。 （3）界面存在很大的殘余應力。由于陶瓷與金屬的熱膨脹系數差別很大，在連接過程及后續的冷卻過程中接頭易產生殘余應力，熱應力的分布極不均勻，使結合界面產生應力集中，造成接頭的承載性能下降。 （4）界面化合物很難進行定量分析。在確定界面化合物時，由于C、N、B等輕元素的定量分析誤差較大，需制備多種標準試件進行各元素的定標。對于多元化合物相結構的確定，一般利用X射線衍射標準圖譜進行對比，但一些新化合物相沒有標準，給反應生成相的種類與成分的確定帶來了很大困難。 （5）缺少數值模擬的基本數據。由于陶瓷和金屬釬焊及擴散連接時，界面容易出現多層化合物，這些化合物層很薄，對接頭性能影響很大。在進行界面反應、反應相成長規律、應力分布計算模擬時由于缺少這些相的室溫及高溫數據，給模擬計算帶來很大困難。 （6）沒有可靠的無損檢測方法及評價標準。目前只能通過控制宏觀的工藝參數（接合溫度、保溫時間、接合壓力）來實現質量控制，還無法從微觀組織結構方面直接通過控制界面反應和界面構造來調控連接質量。可靠性評價方面的研究工作更少，缺少可信的無損評價方法，沒有無損檢測評價標準。 1.1陶瓷與金屬連接界面的潤濕 陶瓷和金屬固相擴散連接時，需要連接界面緊密接觸，以便各元素發生擴散。釬焊連接時，需要選擇能對陶瓷及金屬都潤濕的釬料，液相擴散連接時需要選擇合適的中間層材料，因此釬料對母材的潤濕、中間層與母材的相互作用對提高接頭的連接質量非常重要。 1.1.1釬料及中間層選擇 1.釬料的潤濕 陶瓷和金屬的釬焊或液相擴散連接，都要求釬料或中間層在高溫熔化后能對母材潤濕，并且能夠很好地鋪展。從熱力學的角度來看，釬焊時的潤濕是指液態金屬與固態母材接觸后造成體系(固體+液體)自由能降低的過程。對于金屬或者異種金屬的釬焊，潤濕大體上可分為附著（吸附）潤濕、鋪展潤濕和浸漬潤濕。而對陶瓷和金屬的釬焊來說，除了上述潤濕的形式，還存在反應潤濕，這種潤濕的本質是液態金屬釬料先在陶瓷及金屬表面產生吸附，然后發生溶解，進一步發生化學反應而實現釬料和母材的潤濕及鋪展。 目前，對于潤濕性的表征仍然沿用1804年Young提出的固-液-氣三相平衡方程式［13］，也稱Young氏方程： 又稱為“潤濕系數”，θ和cosθ均可用來衡量潤濕程度的好壞。Young氏方程的推導是假定在恒溫、恒壓和元素組成不變的平衡條件下得到的，但在實際釬焊過程中，溫度、壓力、釬料的組成成分等隨連接時間而發生變化，并且在釬料鋪展的過程中，還存在元素之間的相互反應，鋪展面積也不斷擴大，很難達到穩定的平衡狀態。 在研究釬料對母材的潤濕與鋪展時，常常利用潤濕角或潤濕系數來比較幾種不同釬料的潤濕性，以確定何種釬料能夠實現陶瓷和金屬的可靠連接。應注意，這里所說的對母材潤濕，主要是指對陶瓷材料的潤濕，一般來講，能對陶瓷潤濕的釬料，對金屬一側的潤濕基本沒有問題，只是需要防止釬料和金屬的相互溶解或過度反應生成大量的脆性化合物。 2.釬料選擇陶瓷和金屬連接所用的釬料有一些特殊要求，對于高溫結構件需要釬料的高溫性能好；對于密封為主的構件，釬料中不宜大量含有Zn、Mg、Li及Bi等高蒸氣壓元素，以免引起泄漏。 市場上大多數的普通釬料在陶瓷表面形成球狀，很少或根本不潤濕。常用的解決辦法是在普通釬料中添加活性元素制成活性釬料。在金屬元素周期表中，Ti、Zr、Hf、V等過渡金屬具有很好的化學活性，對于氧化物、硅酸鹽材料、陶瓷材料及其復合材料有較強的親和力，很容易和常用的Ag、Co、Cu、Cr、Fe、Ni等金屬產生反應，形成活性合金釬料。由于這類釬料中含有活性元素，熔化后活性元素和陶瓷及金屬母材相互作用，發生化學反應或者溶解，以此潤濕陶瓷表面，并通過生成的反應產物使陶瓷與被連接金屬連接在一起，實現陶瓷和金屬的可靠連接。 采用活性釬料連接陶瓷和金屬，一般需要在真空環境下進行釬焊，釬料體系主要有Ag-Cu-Ti、Ti-Ni、Cu-Ti、Ti-Zr-Ni-Cu等，常見的活性釬料如表1.1所示［11，14，15］，其中絕大部分釬料都沒有商業化。 表1.1常用活性釬料的成分及熔點 3.中間層選擇 在陶瓷與金屬的擴散連接中，一個重要的工藝措施就是采用各種金屬中間層，以便控制界面反應（抑制或改變界面反應產物）及緩減因陶瓷與金屬的熱脹系數不同而引起的殘余應力，從而提高接頭的力學性能。從控制界面反應來看，可以選擇活性金屬中間層，也可以采用黏附性金屬中間層。活性金屬中間層有V、Ti、Nb、Zr、Hf、Ni-Cr及Cu-Ti等，它們能與陶瓷相互作用，形成反應產物，并通過生成的反應產物使陶瓷與被連接金屬牢固地連接在一起。黏附性金屬中間層有Fe、Ni和Fe-Ni等，它們與某些陶瓷不起反應，但可與陶瓷組元相互擴散形成擴散層。研究發現，將黏附性金屬和活性金屬組合運用，所取得的效果更好。從易于連接及控制界面反應來看，中間層的選擇主要注意以下幾點。 （1）容易塑性變形，熔點比母材低； （2）物理化學性能與母材差異比被連接材料之間的差異小； （3）不與母材產生不良的冶金反應，如不產生脆性相或不希望出現的共晶相； （4）不引起接頭的電化學腐蝕。有時添加中間層是為了緩解接頭的殘余應力，此時中間層的選擇可分為三種類型，即單一的金屬中間層、多層金屬中間層和梯度金屬中間層，其選擇原則見1.3節的接頭熱應力部分。中間層的添加方法主要有： （1）添加薄金屬箔片，對難以制成箔片的脆性材料可加工成非晶態箔片； （2）添加粉末中間層，可采用丙酮混合成膏狀，也可低溫壓成片狀； （3）表面鍍膜，如蒸鍍、PVD、電鍍、離子鍍、化學鍍、噴鍍、離子注入等。 1.1.2母材表面處理狀態及對潤濕的影響 1.連接面加工狀態的影響對于陶瓷和金屬的釬焊，由于釬料在連接溫度下處于液態，所以待焊母材的表面加工精度要求不高，一般應先進行機械加工，去除污、銹等表面氧化物，然后在有機溶劑或堿液中超聲清洗，以便去除油脂和灰塵，或直接在真空室內進行離子轟擊清洗待焊表面。對于陶瓷和金屬的擴散連接，待焊表面必須光滑平整，金屬母材表面可加工到Ra0.63～1.2μm。由于陶瓷材料硬度高，在試件切割、研磨和拋光等加工上有一定難度。切割需采用專門的硬質金剛石刀具，當試驗材料較薄或直徑較小時應采用樹脂膠灌封后切割，研磨和拋光必須采用金剛石膏。如果被連接表面光潔度不夠，會影響擴散連接時的原子擴散，使焊后試件存在未連接界面，接頭強度不高。連接前，應將陶瓷母材、金屬母材及中間層材料一起進行清洗，以便去除油污等。對氧化性強的材料，*好是清理后直接進行擴散連接。如需長時間放置，則應對連接表面加以保護，如置于真空中、表面鍍保護膜或放置在保護氣氛中。 2.連接表面生長碳納米管對潤濕的影響 陶瓷或陶瓷基復合材料很難潤濕，因此考慮對陶瓷進行表面處理，作者的研究團隊采用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）的方法在SiO2f/SiO2復合材料表面生長了一層碳納米管(CNTs)，然后采用AgCuTi釬料在復合材料表面進行潤濕試驗。在加熱溫度1123K（850℃）、保溫10min的條件下，釬料在復合材料表面的潤濕鋪展狀態如圖1.1所示，沒有生長碳納米管的原始母材表面，其潤濕角為136°；與此相比，釬料在表面生長碳納米管后的SiO2f/SiO2復合材料表面的潤濕角為43°。由此可見，對于相同的釬料及相同的連接規范，表面生長碳納米管后，其潤濕性大大提高。 圖1.1SiO2f/SiO2表面生長碳納米管對AgCuTi釬料潤濕的影響(1223K)圖1.2為1223K(950℃)條件下獲得的AgCuTi釬料在生長碳納米管的SiO2f/SiO2復合材料表面鋪展前沿局部放大照片。從圖1.2(a)中可以看出，釬料對碳納米管層有明顯的包覆現象，靠近未潤濕的復合材料表面，碳納米管未被釬料包覆。在復合材料基體與釬料之間存在一個明顯的過渡區域（即釬料滲入區）。對該區域進行放大，如圖1.2(b)所示。由圖可見，釬料滲入碳納米管陣列中，在碳納米管表面鋪展，由于釬料的包覆作用，導致了碳納米管的直徑增大。因此可以推斷，液態AgCuTi釬料對碳納米管有良好的潤濕性，釬料可滲入碳納米管陣列中，進而提高AgCuTi釬料在SiO2f/SiO2復合材料表面的潤濕性。 圖1.2AgCuTi釬料在生長CNTs的SiO2f/SiO2復合材料表面鋪展潤濕前沿形貌 3.連接表面生長石墨烯對潤濕的影響 除了連接表面生長碳納米管，還采用PECVD的方法在陶瓷表面生長了一層很薄的石墨烯，圖1.3(a)和(b)分別是AgCuTi釬料在有、無生長石墨烯的SiO2f/SiO2表面的潤濕形貌。由圖可見，在加熱溫度為1123K、保溫時間為0.6ks時，釬料在未生長石墨烯的表面團聚成球狀，潤濕角呈鈍角；在生長石墨烯表面的釬料鋪展面積較大，潤濕角大大降低。該工藝條件下，存在石墨烯的SiO2/SiO2復合材料表面可以大大促進AgCuTi釬料的鋪展與潤濕。
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