航空航天輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料的焊接技術(shù)研究進(jìn)展

熊華平，毛建英，陳冰清，王 群，吳世彪，李曉紅

（1北京航空材料研究院 焊接及鍛壓工藝研究室，北京100095；2航天材料及工藝研究所特種焊接工藝技術(shù)中心，北京100076；3中國(guó)航空研究院，北京 100012）

Ti－Al系合金是以Ti3Al基合金或TiAl金屬間化合物為基體的新型合金，具有熔點(diǎn)高、比強(qiáng)度和比模量高、高溫力學(xué)性能和抗氧化性能良好等特點(diǎn)，是極具應(yīng)用潛力的新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。采用Ti3Al基合金或TiAl金屬間化合物代替Ti合金可提高構(gòu)件的使用溫度，代替普通高溫合金可達(dá)到明顯的減重效果。為促進(jìn)Ti－Al系金屬間化合物的工程應(yīng)用，深入研究其焊接技術(shù)具有重要意義。

陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料具有耐高溫、高強(qiáng)度和剛度、密度較輕、抗腐蝕性能好等特點(diǎn)，在航空、航天超高溫領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。但陶瓷材料因加工性能差、延性和沖擊韌度低、耐熱沖擊能力弱以及制造尺寸大且形狀復(fù)雜的零件較為困難等缺點(diǎn)，通常需與金屬材料組成復(fù)合結(jié)構(gòu)或者通過陶瓷自身的連接實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件的制造。因此，解決陶瓷／陶瓷、陶瓷／金屬的連接問題是將陶瓷材料推向應(yīng)用必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

總體上講，陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料屬于難焊接材料，而Ti3Al基合金、TiAl金屬間化合物亦屬于較難焊接的新材料。本文論述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于Ti－Al系金屬間化合物、陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料這兩大類輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料的焊接技術(shù)研究進(jìn)展，特別是對(duì)最近20年的有關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述。

1 Ti－Al系金屬間化合物焊接技術(shù)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 Ti3Al基合金焊接技術(shù)研究

1.1.1 Ti3Al基合金熔化焊

適用于Ti3Al基合金的熔化焊方法有電子束焊、激光焊和氬弧焊。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明，采用合適的焊接工藝規(guī)范能夠獲得完整的接頭，存在的主要問題是常溫下塑性不足以及由此引起的固態(tài)裂紋。

David等［1］對(duì) Ti－24Al－11Nb合金氬弧焊和電子束焊的裂紋傾向性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，其抗熱裂紋性能較好，但具有固態(tài)裂紋傾向；焊接冷卻速率對(duì)焊縫組織及接頭性能具有很大影響。Baeslack等［2］研究Ti－13.5Al－21.5Nb合金氬弧焊接頭熱影響區(qū)的顯微組織特征時(shí)得到相似結(jié)論。冷卻速率對(duì)Ti－26Al－11Nb和 Ti－26.1Al－9.61Nb－2.9V－0.9Mo合金硬度影響的結(jié)果顯示［3］，冷卻速率很快時(shí)，硬度出現(xiàn)陡降，這表明有相對(duì)較軟的B2相形成；冷卻速率中等時(shí)，硬度出現(xiàn)峰值，這是生成α2馬氏體的緣故；冷卻速率繼續(xù)降低，硬度值逐漸減小。

Martin等［4］研究了 Ti－14.3Al－21Nb合金的 CO2激光焊接性能，得到無(wú)缺陷的接頭。當(dāng)冷卻速率高于3400K／s時(shí)，接頭彎曲塑性達(dá)到母材水平。吳愛萍等［5］研究了 Ti－24Al－17Nb合金的激光焊，采用連續(xù)激光氦氣雙面保護(hù)獲得了成型良好的焊接接頭，接頭橫向抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，塑性達(dá)到14%～17%。

Acoff等［6］通過對(duì) Ti－26Al－22Nb合金的點(diǎn)焊研究發(fā)現(xiàn)，通過預(yù)熱的方法，既可改善焊縫組織，又能避免因溫度梯度過大而導(dǎo)致的殘余應(yīng)力集中。劉博等［7］研究 Ti－23Al－14Nb－2V 合金氬弧焊時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過預(yù)熱可以降低冷裂紋傾向性，接頭拉伸塑性為3.89%，接近母材。另外的研究結(jié)果表明 ，焊后熱處理對(duì)于改善Ti3Al基合金的焊接接頭性能同樣具有重要作用。劉衛(wèi)紅等設(shè)計(jì)了高Nb含量的Ti－Al－Nb系合金焊料體系，作為 Ti3Al基合金（合金牌號(hào) TD3：Ti－24Al－15Nb－1Mo，原子分?jǐn)?shù)／%）的專用焊接材料，采用此種填充材料焊接，調(diào)整了焊縫區(qū)的合金成分和組織，接頭室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的70%。圖1為接頭的顯微組織［10］。

圖1 Ti－24Al－15Nb－1Mo（原子分?jǐn)?shù)／%）合金氬弧焊接頭顯微組織［10］Fig.1 Microstructure of the arc welded Ti－24Al－15Nb－1Mo（atom fraction／%）joint［10］

譚立軍等［11］采用電子束焊接技術(shù)對(duì) Ti－22Al－25Nb與TC11合金異種材料進(jìn)行了焊接，并成功實(shí)現(xiàn)了連接。所得到的接頭抗拉強(qiáng)度超過了TC11母材，沖擊韌性達(dá)到TC11母材的42%。

1.1.2 Ti3Al基合金釬焊

早期，Cadden等［12］采用三種 Ti－Cu－Ni合金釬料對(duì)Ti－13.4Al－21.2Nb合金進(jìn)行了擴(kuò)散釬焊的研究。結(jié)果表明，大部分接頭的室溫抗拉強(qiáng)度能達(dá)到母材水平，但高溫強(qiáng)度都低于母材。從試驗(yàn)中也得出，釬焊時(shí)間和釬料成分對(duì)控制接頭質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。

陳波等［13］在 880℃／10min 規(guī)范下，采用三種AgCu基釬料進(jìn)行了Ti3Al基合金（TD3）的潤(rùn)濕性和連接研究。結(jié)果表明，隨著釬料中Ti含量的提高接頭平均抗剪強(qiáng)度逐漸增大；采用Ag－27.4Cu－4.4Ti釬料的接頭對(duì)應(yīng)最大抗剪強(qiáng)度為163.8MPa。

何鵬 等［14］采 用 Ni－8Cr－5Si－2B－2Fe 釬 料 對(duì) Ti－14Al－27Nb合金進(jìn)行了釬焊研究。詳細(xì)研究了釬焊時(shí)間及溫度對(duì)接頭顯微組織及力學(xué)性能的影響，當(dāng)釬焊時(shí)間和溫度分別為250～300s和1050～1100℃時(shí)，接頭抗剪強(qiáng)度達(dá)到220～230MPa。

1.1.3 Ti3Al基合金擴(kuò)散焊及摩擦焊

熊華平等［15］針對(duì)Ti3Al基合金進(jìn)行了五種不同工藝規(guī)范的擴(kuò)散焊研究，結(jié)果表明，隨著擴(kuò)散焊溫度的提高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，母材中的α2＋O相板條組織逐漸長(zhǎng)大，在焊縫處生成的α2相尺寸也明顯變大。在980℃／1h／10MPa規(guī)范下的接頭室溫抗拉強(qiáng)度為729MPa，650℃高溫抗拉強(qiáng)度為436MPa。

Threadgill等［3］對(duì)Ti3Al基合金的線性摩擦焊進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于 Ti－14Al－21Nb合金的自身焊接，焊接頻率對(duì)焊瘤尺寸、裂紋形成及接頭顯微組織均有很大影響。Threadgill等［16］還采用超塑性成型與擴(kuò)散焊連接工藝成功實(shí)現(xiàn)了α2和超α2合金的連接。

1.2 TiAl金屬間化合物焊接技術(shù)研究

1.2.1 TiAl金屬間化合物熔化焊

TiAl金屬間化合物在熔焊過程中具有熱裂紋傾向。Mallory等［17］和 Arenas等［18］均研究了鑄造合金Ti－48Al－2Cr－2Nb鎢極氣體保護(hù)焊（GTAW）的 焊 接性，發(fā)現(xiàn)預(yù)熱對(duì)降低和消除接頭熔化區(qū)和熱影響區(qū)的裂紋具有很好的效果；同時(shí)，合理控制熱輸入及冷卻速率的大小，也是獲得良好接頭的有效方法。Hirose等［19］對(duì) Ti－46Al－2Mo合金進(jìn)行了激光焊接，并對(duì)接頭熔化區(qū)域的顯微組織及裂紋敏感性進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，通過降低焊接速率和提高預(yù)熱溫度，可以減小裂紋出現(xiàn)的頻率，并獲得無(wú)裂紋焊縫。

Threadgill等［20］研究分析了 Ti－48Al－2Cr－2Nb鍛造合金的電子束焊，指出冷卻速率降低，會(huì)形成α2＋γ雙相組織，該組織具有良好的塑性，明顯減少了橫向裂紋的數(shù)量，并得到了抗拉強(qiáng)度達(dá)到550MPa的接頭。張秉剛等［21］對(duì)TiAl和TC4異種材料進(jìn)行了電子束焊接，接頭在拉伸試驗(yàn)中大部分于TiAl母材或熱影響區(qū)處斷裂，斷口為典型的脆性解理斷裂特征。丁杰等［22］采用電子束焊接技術(shù)對(duì)γ－TiAl和40Cr鋼異種材料進(jìn)行了連接，由于兩種材料性能差別較大，焊接存在一定困難，但是焊接前進(jìn)行預(yù)熱或者降低冷卻速率能緩解焊縫熱應(yīng)力，降低裂紋出現(xiàn)幾率。

1.2.2 TiAl金屬間化合物釬焊

TiAl金屬間化合物的釬焊方法主要有真空釬焊和紅外感應(yīng)加熱釬焊，所用釬料的主要成分對(duì)于釬焊接頭的組織及性能具有重要影響。Uenishi等［23］采用Al箔釬料對(duì)Ti－48Al鑄造合金進(jìn)行了釬焊研究，接頭的室溫及高溫（873K）抗拉強(qiáng)度均與母材相似，達(dá)到220MPa。Shiue等［24］采用純 Ag釬料對(duì)Ti－50Al合金進(jìn)行了感應(yīng)釬焊，反應(yīng)層中形成了Ti3Al相，接頭最高抗拉強(qiáng)度超過385MPa。Tetsui［25］詳細(xì)研究了Ag基、Au基、Pd基、Ni基和NiTi多種不同釬料對(duì)TiAl金屬間化合物的潤(rùn)濕性以及釬料與TiAl界面的生成相，認(rèn)為釬料與TiAl基體之間高溫反應(yīng)非常強(qiáng)烈，容易生成硬度很高的化合物相，并指出在有高溫釬焊強(qiáng)度的要求下，使用釬料中必須控制硬化元素Cu，Ni，Au的含量。正是由于TiAl金屬間化合物性質(zhì)活潑，很容易與其他材料反應(yīng)而使接頭性能惡化，因此在釬料的選擇方面具有較高要求。葉雷等［26］設(shè)計(jì)了CoFe基和Fe基兩種高溫釬料，以避免高溫釬焊條件下釬料與TiAl母材之間發(fā)生過度反應(yīng)。圖2比較了BNi82CrSiB，CoFe基和Fe基釬料分別在TiAl母材潤(rùn)濕界面上的反應(yīng)深度。

圖2 不同釬料在TiAl母材上的潤(rùn)濕界面［26］ （a）BNi82CrSiB釬料，1150℃／10min；（b）CoFe基釬料，1200℃／10min；（c）Fe基釬料，1200℃／10minFig.2 Interfaces between the brazing fillers and the TiAl base material［26］（a）BNi82CrSiB alloy，1150℃／10min；（b）CoFe－based alloy，1200℃／10min；（c）Fe－based alloy，1200℃／10min

曹健等［27］利用機(jī)械合金化TiH2，Ni和Si粉末的方法制備了Ti－Ni－Si焊料，并采用該焊料成功實(shí)現(xiàn)了TiAl金屬間化合物的釬焊連接。圖3為使用TiH2－50Ni－2Si粉末獲得的TiAl釬焊接頭的組織［27］。從接頭的焊縫中心到母材，反應(yīng)層的組成相依次為Ti3Al＋Ti5Si3，TiAlNi2和Ti3Al。當(dāng)焊接溫度為1140℃、時(shí)間為30min時(shí)，接頭最大抗剪強(qiáng)度達(dá)到260.1MPa。

圖3 TiH2－50Ni－2Si粉末焊料獲得的TiAl釬焊接頭組織［27］Fig.3 Microstructure of the TiAl joint brazed with TiH2－50Ni－2Si powder filler［27］

關(guān)于TiAl金屬間化合物與異種材料的連接，國(guó)內(nèi)外都有相關(guān)研究和報(bào)道。Noda等［28］研究了Ti－33.5Al－0.5Cr－1Nb－0.5Si鑄造合金和AISI4340結(jié)構(gòu)鋼異種材料之間的感應(yīng)釬焊，采用Ag－35.2Cu－1.8Ti釬料得到的接頭室溫抗拉強(qiáng)度為320MPa，500℃時(shí)為310MPa。陳波 等［29］采 用 Ti－15Cu－15Ni，Ti－13Zr－21Cu－9Ni，63Ag－35.2Cu－1.8Ti和68.2Ag－27.4Cu－4.4Ti四種釬料進(jìn)行了TiAl／42CrMo鋼釬焊。對(duì)應(yīng)于上述四種釬料的釬焊條件及接頭抗拉強(qiáng)度分別為1000℃／5min，91.5MPa；930℃／10min，133.4MPa；870℃／10min，286MPa；910℃／10min，189.1MPa。李海新等［30］以Ti為中間層，對(duì)TiAl金屬間化合物與Ni基高溫合金進(jìn)行反應(yīng)釬焊連接，典型的界面微觀結(jié)構(gòu)為 GH99／（Ni，Cr）ss（γ）／TiNi（β2）＋TiNi2Al（τ4）＋Ti2Ni（δ）／δ＋Ti3A1（α2）＋Al3NiTi2（τ3）／α2＋τ3／TiAl。當(dāng)釬焊溫度為1000℃，保溫時(shí)間10min時(shí)，所得接頭的抗剪強(qiáng)度最高為258MPa。此外也有使用AgCu基釬料對(duì)TiAl金屬間化合物與陶瓷材料的釬焊連接研究，取得相關(guān)進(jìn)展［31，32］。

以上這些對(duì)TiAl金屬間化合物釬焊工藝和接頭性能的研究大部分都只報(bào)道接頭的室溫強(qiáng)度，但可以預(yù)見，使用Al基、Ti基、Ag基釬料對(duì)應(yīng)的TiAl釬焊接頭的耐熱溫度遠(yuǎn)低于TiAl材料本身能夠承受的工作溫度（760～800℃）。適用于TiAl釬焊的高溫釬料的研究報(bào)道還很少，目前需要解決的關(guān)鍵問題是設(shè)計(jì)具有合適成分的高溫釬料，使其與TiAl金屬間化合物基材的反應(yīng)得到有效控制，使接頭具有較高的強(qiáng)度和好的高溫性能。

1.2.3 TiAl擴(kuò)散焊、自蔓延高溫合成反應(yīng)焊接與摩擦焊

TiAl金屬間化合物塑性變形的流變應(yīng)力值較大，擴(kuò)散激活能較高，因此采用擴(kuò)散焊對(duì)TiAl進(jìn)行焊接需要采用較高溫度及較長(zhǎng)時(shí)間。Uenishi等［23］研究了Ti－34Al合金的擴(kuò)散焊，采用的中間層材料為Al薄片，在900℃／30MPa工藝條件下同時(shí)進(jìn)行1300℃后續(xù)熱處理，成功實(shí)現(xiàn)了連接，得到的接頭室溫和600℃溫度下的抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，達(dá)到220MPa。但是，需要解決的問題之一是TiAl母材及其擴(kuò)散焊接頭的脆性問題。

?M 等［33］在采用擴(kuò)散焊方法連接Ti－47Al－4.5（Cr，Mn，Nb，Si，B）軋制合金的過程中發(fā)現(xiàn)，試件的表面狀態(tài)會(huì)對(duì)連接質(zhì)量產(chǎn)生影響。Glatz等［34］研究了1000℃下 Ti－47Al－2Cr－0.2Si合金的擴(kuò)散焊。室溫、700℃和1000℃時(shí)，接頭的抗拉強(qiáng)度均較高，基本接近母材。在 Cam 等［35］的研究中，Ti－48Al－3.7（Nb，Cr，C）合金在1000℃／10MPa／5h擴(kuò)散焊條件下，得到的接頭抗剪強(qiáng)度達(dá)到388MPa；同時(shí)，焊后熱處理（1430℃／30min）提高了接頭的強(qiáng)度，但形成的粗晶組織卻導(dǎo)致接頭發(fā)生了脆化。

目前有少數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道TiAl與Ni基高溫合金異種材料組合接頭擴(kuò)散焊連接的研究結(jié)果，如段輝平等［36］以金屬Ti，Cu，Ni箔構(gòu)成Ti－Cu、Ti－Ni復(fù)合焊料，采用過渡液相（Transient Liquid Phase，TLP）技術(shù)進(jìn)行了TiAl與IN718合金的連接研究，得到了無(wú)缺陷的連接接頭；為避免TiAl金屬間化合物與Ni基高溫合金直接擴(kuò)散連接時(shí)生成Ti－Ni－Al三元金屬間化合物而導(dǎo)致接頭強(qiáng)度降低，何鵬等［37］采用Ti箔作為中間層擴(kuò)散連接TiAl及Ni基高溫合金（GH99），在連接溫度1173K、連接時(shí)間30min、連接壓力20MPa時(shí)，抗剪強(qiáng)度最高達(dá)到260.7MPa，當(dāng)然接頭的高溫性能還有待進(jìn)一步研究。

Taughi等［38］對(duì)Ti－46Al鍛造合金（具有γ＋α2全層片組織）進(jìn)行了自蔓延高溫合成焊接，采用Ti與Al的混合粉壓成的薄片（1mm厚）作為連接材料，接頭的室溫和高溫（800℃）抗拉強(qiáng)度均與母材水平相當(dāng)，達(dá)到400MPa以上。Uenishi等［39］做了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)連接材料與母材反應(yīng)生成了TiA13，接頭中的界面組織主要由α－Ti，α2（Ti3Al）和 TiAl3相組成，且存在不均勻性；在1300℃下進(jìn)行均勻化熱處理，可改善界面組織，TiAl3轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嗟摩媒M織，而原界面的金屬薄片部位則由晶粒尺寸約為31μm的α2／γ層片組織組成，接頭室溫及550℃的抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，斷裂于母材或接頭界面的γ相晶界。

相對(duì)而言，固相焊接方法（擴(kuò)散焊、摩擦焊）取得了更好的研究結(jié)果，但是由于這些焊接方法本身的工藝要求，其應(yīng)用也必然存在各自的局限性。

1.3 Ti3Al基合金及TiAl金屬間化合物的應(yīng)用研究進(jìn)展

美國(guó)NASA蘭勒研究中心利用瞬態(tài)液相擴(kuò)散焊連接方法制成了Ti－14Al－21Nb合金蜂窩面板結(jié)構(gòu)，其他公開報(bào)道Ti3Al基合金焊接技術(shù)應(yīng)用的并不多。國(guó)內(nèi)，已出現(xiàn)關(guān)于Ti3Al基合金氬弧焊的應(yīng)用，而李曉紅等則采用釬焊方法成功焊接了Ti3Al基合金環(huán)與GH536合金蜂窩組合結(jié)構(gòu)模擬件，得到的Ti3Al／GH536異種材料釬焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)到125MPa，500℃抗剪強(qiáng)度為108MPa［43］。顯然，為充分發(fā)揮Ti3Al基合金在650℃及以上的高溫性能優(yōu)勢(shì)，釬焊接頭強(qiáng)度和高溫性能仍有待研究提高。

國(guó)外早在20世紀(jì)90年代末就開始對(duì)由TiAl板材制成的航空航天用發(fā)散板閥、排氣噴嘴等零件和復(fù)雜蜂窩結(jié)構(gòu)以及某剛性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高溫釬焊研究和模擬件的試制［44，45］，以期待由TiAl代替Ni基高溫合金獲得應(yīng)用。瑞士Asea Brown Boveri公司制成一種高溫鈦合金葉片，鈦合金葉根與γ－TiAl葉身通過熱壓擴(kuò)散方法連接而成。日本還采用摩擦焊方法成功焊接出TiAl渦輪轉(zhuǎn)子。美國(guó)的高速研究計(jì)劃采用鎢極氣體氬弧焊實(shí)現(xiàn)了形狀復(fù)雜部件的修復(fù)［44］。羅羅、戴姆勒－克萊斯勒、豐田、日本大同鋼鐵等公司研究了TiAl轉(zhuǎn)子與鋼軸之間的摩擦焊接，通過添加Fe基合金A－286中間層解決了異種材料之間的裂紋敏感性問題，對(duì)γ－TiAl和鋼渦輪增壓器組件進(jìn)行摩擦焊接，獲得的接頭強(qiáng)度為412MPa［46］。國(guó)內(nèi)相關(guān)單位采用摩擦焊連接TiAl合金渦輪與42CrMo調(diào)質(zhì)鋼軸鋼，連接件接頭室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到480～537MPa。

當(dāng)前對(duì)TiAl金屬間化合物連接研究較多的是TiAl自身及其與鋼、Ti合金異種材料的連接，而更能發(fā)揮高溫性能優(yōu)勢(shì)、有潛在應(yīng)用前景的TiAl／高溫合金組合接頭的連接技術(shù)，則更具吸引力和挑戰(zhàn)性。

2 陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料的連接技術(shù)研究進(jìn)展

工程陶瓷的具體連接方法主要包括超聲波焊接法、電脈沖焊接法、陽(yáng)極鍵合法、固態(tài)擴(kuò)散焊法、陶瓷表面金屬化后間接釬焊方法、活性釬焊方法、氧化物玻璃法、先驅(qū)體法和反應(yīng)連接方法等［47］。

2.1 陶瓷／陶瓷連接的主要研究進(jìn)展

2.1.1 采用玻璃或陶瓷作為中間層的陶瓷焊接

采用無(wú)機(jī)玻璃或陶瓷作為中間層連接陶瓷／陶瓷源于20世紀(jì)80年代，其優(yōu)點(diǎn)在于在焊接時(shí)只需極小的外加壓應(yīng)力，熔化的中間層起到潤(rùn)濕并連接陶瓷的作用，可以取得明顯的成效。Aravindan等［48］采用微波連接法（頻率為2450Hz）并利用硅酸鹽玻璃作為中間層實(shí)現(xiàn)了Al2O3－30ZrO2陶瓷的自身連接。Esposito等［49］采用鋁硅酸鈣玻璃作為中間層在1450～1500℃的條件下進(jìn)行Y－PSZE陶瓷、Al2O3陶瓷自身的連接，玻璃相熔化、潤(rùn)濕并擴(kuò)散至陶瓷基體中，焊接Y－PSZE陶瓷獲得了173MPa的接頭強(qiáng)度，焊接Al2O3陶瓷獲得了150～190MPa的強(qiáng)度。法國(guó)研究者在真空或中性氣氛下成功釬焊了世界上比較大的以SiC陶瓷為基的望遠(yuǎn)鏡的赫歇爾反射鏡面［50］，并研發(fā)了一種在大氣下使用硅酸鈣玻璃作釬料對(duì)SiC進(jìn)行釬焊修復(fù)的方法。結(jié)果表明，在1400～1500℃／3min時(shí)23CaO－15Al2O3－62SiO2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）玻璃在SiC基板上的接觸角接近20°，室溫下SiC釬焊接頭的平均剪切強(qiáng)度為42MPa。Chang等［51］在進(jìn)行Al2O3自身連接時(shí)采用低熔點(diǎn)（540℃）的B2O3陶瓷作為中間層，當(dāng)B2O3熔化并擴(kuò)散至Al2O3中時(shí)與其進(jìn)行了反應(yīng)，生成了不同的Al2O3－B2O3化合物，但焊接時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15h，并且只獲得了50～70MPa的強(qiáng)度。

在固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，簡(jiǎn)稱SOFC）的密封連接中也經(jīng)常采用玻璃或陶瓷作為中間層，常用的玻璃陶瓷中間層體系有BaO－CaOSiO2復(fù)合中間層、BaO－MgO－SiO2復(fù)合中間層加入增強(qiáng)相（YSZ、纖維、Ag等）的玻璃中間層，以及金屬和陶瓷的混合中間層等［52］，并且CTE的良好匹配對(duì)于接頭強(qiáng)度和是否存在殘余熱應(yīng)力有著很大的影響。隨著SOFC的密封連接要求的提高，越來(lái)越趨向于填充復(fù)合中間層以提高接頭的性能。

采用玻璃作為中間層在Si3N4陶瓷自身的連接中取得了很好的效果，如周飛［53］利用釔鋁硅酸鹽（如Yb，La或Ce等）作為中間層在1600℃的條件下對(duì)Si3N4陶瓷自身進(jìn)行焊接，獲得接頭的室溫強(qiáng)度為550MPa（相當(dāng)于Si3N4陶瓷的80%）；Gopal等［54］利用SiO2＋RE2O3作為中間層對(duì)Si3N4陶瓷自身進(jìn)行了連接，在焊接過程中有一個(gè)類似于Si3N4燒結(jié)的過程，生成了RE2Si2O7化合物，并在接頭處形成薄帶組織，獲得了1013MPa的室溫強(qiáng)度，并且在1000℃和1200℃時(shí)還分別保持666MPa和340MPa的強(qiáng)度。

2.1.2 陶瓷／陶瓷的擴(kuò)散焊連接研究

早期有學(xué)者［55］采用超塑性擴(kuò)散連接方法在1350～1450℃條件下進(jìn)行Y－PSZ陶瓷自身連接，獲得的接頭組織致密，并具有較高的塑性。Mun等［56］進(jìn)行ZrO2陶瓷自身連接研究時(shí)采用Ni作為中間層，在1000～1200℃，外加應(yīng)力為10MPa條件下進(jìn)行焊接，獲得了135～150MPa的接頭強(qiáng)度；當(dāng)采用另外一種金屬Cu作為中間層并在700～900℃進(jìn)行焊接時(shí)獲得了180～240MPa的接頭強(qiáng)度。與此同時(shí)Esposito等［57］在進(jìn)行Al2O3自身連接時(shí)分別使用Cu，Ni和Fe作為中間層，并施加50MPa的壓力，在0.9倍中間層熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行焊接，獲得了50～180MPa的接頭強(qiáng)度，其中Ni和Cu中間層所對(duì)應(yīng)的接頭強(qiáng)度較高。

類似的方法也應(yīng)用于Si3N4陶瓷或與Sialon陶瓷的連接中，并經(jīng)常采用Ni，Ti，不銹鋼、SiC／Mo作為中間層，其中使用Ni中間層能獲得良好接頭。雖然Ni，Ti等是很好的活性元素，但由于其與陶瓷之間的CTE存在很大差異，不可避免在焊后接頭中存在殘余熱應(yīng)力，為緩解應(yīng)力需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整中間層的厚度［58］。

2.1.3 陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料的釬焊研究

在陶瓷釬焊過程中最常用的釬料是Ag－28Cu共晶釬料，但是這種體系的釬料在陶瓷表面不潤(rùn)濕，可以先對(duì)陶瓷的表面進(jìn)行金屬化處理，使釬料在其表面能夠潤(rùn)濕，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷的焊接。陶瓷表面金屬化一般是采用噴涂的方法進(jìn)行，近期也有學(xué)者采用液態(tài)浸漬的方法對(duì)陶瓷進(jìn)行表面金屬化，如Wei等［59］在等量的NaCl和KCl混合物中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%的K2TiF6，在700～1000℃的條件下將Si3N4陶瓷在其中浸漬2h，然后采用Ag－28Cu共晶釬料對(duì)其進(jìn)行焊接可以獲得200MPa以上的接頭強(qiáng)度。

為了實(shí)現(xiàn)陶瓷的直接釬焊連接，國(guó)內(nèi)外一般都在Ag72Cu28共晶成分的基礎(chǔ)上加入2%～5%的活性元素Ti構(gòu)成AgCu－Ti釬料。然而該釬料高溫抗氧化能力差，有資料［60］報(bào)道用該釬料實(shí)際釬焊Sialon／Sialon陶瓷時(shí)接頭強(qiáng)度在400℃時(shí)比起室溫時(shí)已有所下降，溫度再升高接頭強(qiáng)度下降很快。

Kang等［61］設(shè)計(jì)了AuNiCrFeMo合金釬料對(duì)陶瓷／金屬的連接展開了研究，但是被焊的陶瓷表面必須預(yù)先鍍上一層鈦膜。還有關(guān)于PdCuTi釬料對(duì)Al2O3的潤(rùn)濕性及界面冶金行為的報(bào)道［62］，指出Ti的加入使界面發(fā)生了一個(gè)雙重變化：液態(tài)側(cè)富氧、鈦吸附層的生成及隨后在固態(tài)側(cè)氧化鈦的生成，只有當(dāng)界面生成一氧化鈦，才能保證較好的潤(rùn)濕性并形成較強(qiáng)的結(jié)合力。當(dāng)Ti含量從0%增加到25%（原子分?jǐn)?shù)），潤(rùn)濕角從約125°降到13°。Naka等 用Cu－Ti合金釬焊Si3N4／Si3N4，所得接頭室溫下最大剪切強(qiáng)度為313.8MPa（Cu66－Ti34合金），但其高溫性能不足。熊華平等［64］曾研制了CuNiTiB釬料，在1353K／10min條件下對(duì)Si3N4／Si3N4陶瓷進(jìn)行釬焊，接頭室溫下三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度達(dá)到402MPa，室溫強(qiáng)度的92%能維持到500℃，但溫度升高接頭強(qiáng)度急劇下降，釬焊接頭高溫性能仍需提高。因此，陶瓷用高溫釬料的研究自20世紀(jì)90年代以來(lái)成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)之一。

Hadian等［65］采用 Ni－Cr－Si體系合金（Cr為活性元素）對(duì)Si3N4陶瓷進(jìn)行自身連接實(shí)驗(yàn)，但是接頭室溫彎曲強(qiáng)度很低，僅為118MPa。有學(xué)者使用NiCrSi－Ti［66］和 Co－Ti［67］體系合金作為釬料連接 Si3N4陶瓷，接頭性能也不理想，這是因?yàn)門i與Ni，Co之間的反應(yīng)強(qiáng)烈，會(huì)生成穩(wěn)定的化合物從而大幅度降低Ti的活性，因此直接使用Ni（Co）－Ti系合金作為中間層進(jìn)行Si3N4陶瓷連接效果不佳。Paulasto等［68］在進(jìn)行Si3N4陶瓷自身連接時(shí)，使用CuTi／Pd／CuTi的復(fù)合中間層，采用瞬態(tài)液相法在1223K／10min＋1273K／40min條件下獲得接頭的室溫強(qiáng)度為157MPa；在873K下可以保持室溫強(qiáng)度的66%，但溫度再高則會(huì)造成接頭性能急劇下降；而且強(qiáng)度測(cè)試樣品全部是在陶瓷與中間層的連接界面處斷裂，作者認(rèn)為這是由于Pd與Ti反應(yīng)而致使Ti的活性降低，從而在界面處生成的反應(yīng)層較薄造成的。

Okamura［69］使用41－Ni－34Cr－25Pd釬料對(duì) Sialon陶瓷自身進(jìn)行釬焊連接，所得接頭彎曲強(qiáng)度從室溫至700℃可以一直穩(wěn)定在300～350MPa，但是這種釬料對(duì)Sialon陶瓷的潤(rùn)濕與連接依賴于焊前在Sialon陶瓷表面噴上一層均勻的碳膜。

Loehman［70］以 V 為活性元素研制了 Au－36.6Ni－4.7V－1Mo釬料，獲得的Si3N4／Si3N4接頭室溫四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度高達(dá)393MPa；但其高溫性能仍不理想，在700℃時(shí)強(qiáng)度值已經(jīng)不足室溫的40%。熊華平等［71］報(bào)道了用于Si3N4陶瓷連接的高溫新釬料研究進(jìn)展，使用PdCo（Ni，Si，B）－V急冷態(tài)釬料箔帶，在1180℃／10min條件下獲得的接頭室溫三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度高于200MPa。隨后，Sun等［72］設(shè)計(jì)了 Au78.67－Ni15.62－Pd3.92－V1.79（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）釬料，在1150℃／60min的條件下完成了Si3N4陶瓷的自身連接；接頭在靠近Si3N4陶瓷表面的界面上生成了1～2μm厚的VN反應(yīng)層，而在接頭中央生成了兩種固溶體Au［Ni，Pd］和 Ni［Si，V］（見圖4），正是因?yàn)檫@種組織的形成才使得接頭性能較好。接頭室溫三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為264.4MPa，并且在800℃條件下還可以保持214.2MPa的高強(qiáng)度，但溫度上升至900℃時(shí)其強(qiáng)度急劇降低。

圖4 采用 Au78.67－Ni15.62－Pd3.92－V1.79（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）釬料釬焊Si3N4陶瓷接頭微觀組織形貌［72］Fig.4 Microstructure of Si3N4／Si3N4brazing joint when using Au78.67－Ni15.62－Pd3.92－V1.79（mass fraction／%）as the filler［72］

在SiC陶瓷的連接中，國(guó)內(nèi)外較多地采用了Ag－Cu基和Cu基釬料等。Naka等［73］研究了Ni－50Ti釬料，對(duì)應(yīng)的SiC／SiC陶瓷釬焊接頭在室溫、300℃和700℃剪切強(qiáng)度分別為158，316MPa和260MPa，可見接頭室溫強(qiáng)度偏低，且高溫性能仍需提高。

在研制SiC連接用高溫新釬料時(shí)，應(yīng)該高度關(guān)注釬料與SiC之間的界面反應(yīng)并予以控制，因?yàn)槌Ｒ?guī)的高溫釬料中常含有元素Ni，Co，F(xiàn)e，它們都會(huì)與SiC直接發(fā)生十分強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，在緊靠SiC的界面上形成由硅化物層以及溶有碳的硅化物層交替變化的帶狀反應(yīng)層結(jié)構(gòu)［74］，過于強(qiáng)烈的界面反應(yīng)不僅會(huì)極大地?fù)p傷SiC基材，而且獲得的接頭強(qiáng)度也很低［75］。熊華平等最近研制了一種Co基多元釬料即CoFeNi（Si，B）CrTi［76］，通過這種釬料消除了傳統(tǒng)的Ni基或Co基釬料引起的周期性帶狀反應(yīng)層結(jié)構(gòu)，在最優(yōu)的釬焊條件（1150℃／10min）下獲得的 SiC／SiC 接頭在800℃和900℃的平均三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度分別為188.2MPa和181.5MPa，其中接頭中央彌散分布的TiC相（見圖5）有利于接頭高溫穩(wěn)定性的提高，該釬料還用于SiC／GH3044的連接研究［77］。當(dāng)然該釬料仍有待改進(jìn)，以進(jìn)一步提高接頭的力學(xué)性能。

根據(jù)最新報(bào)道，Martin等［78］研究采用 Ta－Ni合金作為釬料進(jìn)行Al2O3陶瓷、SiC陶瓷的連接，即利用Ta40Ni60＋10%TiH2混合中間層對(duì)Al2O3陶瓷在1410～1600℃條件下進(jìn)行焊接，獲得了50～70MPa的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度，分析表明Ni－Ta－Ti相的分布對(duì)其接頭性能起著至關(guān)重要的作用；同時(shí)還采用Ta40Ni60釬料在1400～1700℃條件下對(duì)SiC陶瓷進(jìn)行連接，獲得了超過150～210MPa的接頭四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度。

圖5 CoNiFeCrTi體系釬料獲得的SiC／SiC接頭組織［76］Fig.5 Microstructure of SiC／SiC joint brazed with CoNiFeCrTi filler metal［76］

對(duì)于C／C復(fù)合材料高溫釬料的研究，主要是以Si，Al，Mg2Si粉末、玻璃等作為中間填料進(jìn)行釬焊［79，80］。更早期的研究有：20 世紀(jì) 60年代英國(guó)［81］采用MoSi2作為中間層實(shí)現(xiàn)了C／C連接，且經(jīng)熱循環(huán)試驗(yàn)后接頭穩(wěn)定；美國(guó)［82］使用35Au－35Ni－30Mo／60Au－10Ni－30Ta等高溫釬料實(shí)現(xiàn)了石墨／Mo的連接，經(jīng)測(cè)試表面接頭滲漏試驗(yàn)效果良好；同時(shí)美國(guó)［83］還研究了使用48Ni－48Zr－4Be／49Ti－49Cu－2Be高溫釬料用于連接石墨／石墨，連接時(shí)釬料與石墨直接潤(rùn)濕良好。盡管針對(duì)C／C復(fù)合材料高溫釬料的相關(guān)研究報(bào)道仍然很少，但相信早期的關(guān)于石墨材料的高溫釬料的研究結(jié)果可以為C／C復(fù)合材料高溫新釬料的研制提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)依據(jù)。

關(guān)于Cf／SiC復(fù)合材料，它與通常的陶瓷材料不同，不但氣孔率高（約16%，體積分?jǐn)?shù)），且它由炭（C）纖維與SiC陶瓷兩種材料組成，釬焊接頭界面變?yōu)樘沾桑F料、纖維／釬料甚至纖維／基體（包括金屬與陶瓷）的結(jié)合，因此就釬焊工藝而言，釬料對(duì)Cf／SiC的潤(rùn)濕行為和連接機(jī)理將變得更加復(fù)雜，因此Cf／SiC高溫釬料的研究難度更大。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在這方面的研究已經(jīng)起步［84，85］，但總體報(bào)道還很少?？紤]到 Cf／SiC陶瓷基復(fù)合材料良好的應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)應(yīng)盡快深入開展其高溫釬料的研究工作［80］。

2.2 陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料與金屬的連接

在陶瓷與金屬的連接中，要解決的重要問題概括起來(lái)有三個(gè)：①需要通過連接材料（如釬料或擴(kuò)散焊用中間層）與陶瓷之間發(fā)生適度的界面反應(yīng)而形成牢固的冶金結(jié)合［86，87］；②要盡可能緩解因陶瓷與被焊金屬熱物理性能不匹配而在陶瓷／金屬接頭產(chǎn)生的焊后殘余熱應(yīng)力；③為充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)陶瓷的高溫性能優(yōu)勢(shì)，應(yīng)盡可能提高連接接頭的耐熱性。在陶瓷與金屬連接領(lǐng)域，幾乎所有研究都是圍繞著這三個(gè)問題來(lái)展開的。

Cannon等［88］進(jìn)行了單晶Ni和Al2O3陶瓷的擴(kuò)散焊系列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果指出中間層的塑性和所形成的界面化學(xué)性質(zhì)對(duì)接頭性能有很大影響，例如一定量的Ti的存在可以增強(qiáng)其界面的強(qiáng)度而Ag，S等元素會(huì)明顯降低接頭強(qiáng)度。實(shí)際應(yīng)用中也經(jīng)常采用固相擴(kuò)散焊方法對(duì)陶瓷／金屬進(jìn)行連接，如Si3N4與 Mo，Si3N4與Ni，SiC與TiAl的連接等，并取得了實(shí)際效果。

P?nicke等［89］為適應(yīng)固態(tài)氧化物燃料電池（SOFC）的連接技術(shù)需求，開展了大氣活性釬焊工藝研究，使用Ag－CuO體系釬料，研究了CuO含量對(duì)釬料在大氣環(huán)境中1000℃高溫下，在YSZ陶瓷和Fe－Cr基合金表面潤(rùn)濕性的影響，以及對(duì)陶瓷／金屬連接界面的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性的影響。

Palit等［90］在Ag－28Cu共晶成分中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～8%的Ti，以此為釬料在900～1050℃、4h的條件下對(duì)AlN和Cu進(jìn)行釬焊，獲得了可靠接頭。Weng等［91］采用 AgCu－Ti（Ti含量2%～8%）釬料釬焊了Al2O3陶瓷與Ni基高溫合金（Inconel 600）和Co基高溫合金UMCo－50，當(dāng)Ti含量為8%時(shí)接頭強(qiáng)度明顯高于2%，達(dá)到43～54MPa，進(jìn)一步通過加入Kovar合金作為中間層改善界面的冶金行為，接頭連接強(qiáng)度分別提高至240MPa和226MPa。

經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，陶瓷／金屬釬焊技術(shù)越來(lái)越成熟，但所得接頭的高溫性能還需不斷改進(jìn)。炭纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料（Cf／SiC）是一種新型耐高溫結(jié)構(gòu)材料，而Ti合金又是航空、航天領(lǐng)域材料的重要組成部分，常常需要將其與Cf／SiC復(fù)合材料進(jìn)行連接。熊進(jìn)輝等［92］采用Ag－Cu－Ti活性釬料在900℃，5min的條件下真空釬焊Cf／SiC與Ti合金，得到室溫和500℃接頭剪切強(qiáng)度分別為102MPa和52MPa，接頭組織在Ti合金附近形成Ti3Cu4／TiCu／Ti2Cu＋Ti反應(yīng)層。為了緩解陶瓷連接接頭熱應(yīng)力以及提高接頭高溫性能，他們還在Ag－Cu－Ti活性釬料中分別加入TiC和SiC，炭纖維和金屬W顆粒，復(fù)合釬焊Cf／SiC復(fù)合材料與Ti合金［93］，接頭強(qiáng)度分別達(dá)到156，134，84，168MPa，比不加增強(qiáng)相時(shí)效果要好。

除Ti合金外，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者展開了Cf／SiC復(fù)合材料與Nb合金［94］、Ni基高溫合金的連接［95］等研究并陸續(xù)取得一些探索研究結(jié)果，但是仍然期待更實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。隨著Cf／SiC復(fù)合材料應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，開發(fā)新型高強(qiáng)度、耐高溫的連接方法是未來(lái)Cf／SiC復(fù)合材料連接技術(shù)的發(fā)展方向。

另外，前已述及，由于陶瓷與金屬的熱物理性能不匹配，使得陶瓷／金屬連接接頭在焊后往往產(chǎn)生巨大的殘余熱應(yīng)力，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度大大降低，因此有效緩解接頭殘余熱應(yīng)力是提高陶瓷／金屬接頭性能必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。目前比較有效的方法有接頭梯度粉末連接方法、界面自蔓延高溫合成反應(yīng)梯度過渡層方法、復(fù)合釬料方法、夾具限制被焊金屬熱膨脹方法、多孔材料／金屬纖維網(wǎng)緩沖材料方法、軟性／硬性緩沖層方法、被焊的陶瓷表層加工形成梯度結(jié)構(gòu)的方法等［96］。大部分緩解接頭殘余熱應(yīng)力的方法，不管是在被焊的陶瓷表層或者在連接界面都力圖直接采用或者通過反應(yīng)、燒結(jié)、熔滲等方法構(gòu)造出熱膨脹系數(shù)介于被焊陶瓷與被焊金屬之間的復(fù)合界面層，從而能夠不同程度地緩解接頭的殘余熱應(yīng)力。但是，要想獲得更加理想的緩解陶瓷／金屬連接接頭殘余熱應(yīng)力的效果，發(fā)展多種方法相結(jié)合的復(fù)合緩解應(yīng)力方法將是今后一個(gè)非常重要的研究方向。

2.3 陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料連接技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

陶瓷連接技術(shù)在電子行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。在電子元件中常將具有良好絕緣性的Al2O3陶瓷與具有良好導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的Cu進(jìn)行連接使用，并且常常使用直接敷銅技術(shù)（Direct Copper Bonding，DCB）對(duì)其進(jìn)行連接［97］。

固體氧化物燃料電池（SOFC）屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置，往往需要在700～900℃條件下進(jìn)行工作。一般采用釬焊方法來(lái)完成SOFC中ZrO2陶瓷與活性金屬的連接，如Tucker等［98］成功地采用Al2TiO5作為填充金屬解決了ZrO2陶瓷與銅的CTE不匹配問題。

在核工業(yè)中，涉及炭纖維增強(qiáng)SiC與炭纖維增強(qiáng)炭基復(fù)合材料（CFCS）的連接。其中，對(duì)于CFCS與Cu合金的連接，Appendino等［99］進(jìn)行試驗(yàn)，先將CFCS進(jìn)行表面金屬化，而后使用70Ti－15Cu－15Ni合金作為中間層將其與Cu合金進(jìn)行連接并取得了較好的結(jié)果。此外，核工業(yè)中還要求實(shí)現(xiàn)不銹鋼、Ti等與BeO陶瓷、Al2O3陶瓷的連接，這些連接中一般均用70.5Ag－26.5Cu－3Ti作為釬料，并在真空狀態(tài)下進(jìn)行連接。

工程陶瓷的連接技術(shù)在航空、航天方面有著極好的應(yīng)用前景。高超聲速飛行器的舵／翼高溫結(jié)構(gòu)使用陶瓷（SiO2／SiC）＋復(fù)合材料（C／C、C／SiC）＋金屬（Ni基高溫合金）的多層結(jié)構(gòu)，機(jī)翼前緣使用C／C，C／SiC材料進(jìn)行熱防護(hù)是未來(lái)高超聲速飛行器高溫?zé)岱雷o(hù)結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)了解，針對(duì)大于Mach8飛行和長(zhǎng)期工作的應(yīng)用需求，美法共同發(fā)起一項(xiàng)為期4年的研究計(jì)劃，設(shè)計(jì)了帶有冷卻結(jié)構(gòu)的C／SiC復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，分為3層，面向高溫氣流的最內(nèi)層為C／SiC復(fù)合材料，中間層為Ni合金冷卻管，最外層也為C／SiC復(fù)合材料，這種結(jié)構(gòu)的縮比件通過了模擬超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室工作環(huán)境的考核。

此外，世界上很多國(guó)家已經(jīng)將Cf／SiC復(fù)合材料運(yùn)用于新一代高性能發(fā)動(dòng)機(jī)上，如法國(guó)SEP［100］研制的C／C，C／SiC和SiC／SiC復(fù)合材料在5，25，200，6000N等多種推力室上進(jìn)行了成功的點(diǎn)火試驗(yàn)，并在小型衛(wèi)星和航天飛行器上得到應(yīng)用，逐漸取代Nb，Mo，Hf等高溫合金。為滿足高性能、輕質(zhì)化的設(shè)計(jì)要求，國(guó)內(nèi)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)已開始利用C／SiC陶瓷基復(fù)合材料制造噴管的應(yīng)用研究［101］。其他還常應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)、空間技術(shù)、燃燒爐、燃燒器、交通工具（剎車片，閥）、能源技術(shù)（熱交換）等領(lǐng)域。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)Ti3Al基合金、TiAl金屬間化合物的焊接，采用熔焊方法，在合適的工藝條件下，已經(jīng)基本解決了合金的可焊性問題，但是如何通過設(shè)計(jì)合適的焊料，以調(diào)整焊縫金屬的成分和組織，最終獲得具有更高強(qiáng)度的焊接接頭，仍然需要深入的研究。對(duì)于釬焊與擴(kuò)散焊，目前針對(duì)Ti－Al系金屬間化合物研究使用的焊料高溫性能不足，設(shè)計(jì)具有合適成分的高溫釬料，使接頭具備良好的高溫性能仍是需要進(jìn)一步研究的重要方向。同時(shí)，對(duì)于Ti－Al系金屬間化合物與Ni基高溫合金這兩種性能差異較大的材料組合，它們之間的連接尚存在較大困難，需要開展深入系統(tǒng)的研究。此外，考慮到實(shí)際需求，涉及Ti－Al系金屬間化合物的焊接結(jié)構(gòu)往往剛度較大，開展針對(duì)實(shí)物構(gòu)件的焊接工藝與相關(guān)應(yīng)用考核試驗(yàn)研究，也是科研人員面臨的十分必要和緊迫的任務(wù)。

關(guān)于陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料，經(jīng)過幾十年的研究，國(guó)內(nèi)外也基本解決了它們的可焊性問題，但研究結(jié)果顯示陶瓷連接接頭的強(qiáng)度及耐熱溫度跟實(shí)用要求相比仍有很大距離。在陶瓷的釬焊研究領(lǐng)域，Ag－Cu－Ti，Cu－Ti活性釬料仍然是主流焊料體系，雖然某些釬焊接頭強(qiáng)度較高，但接頭的高溫性能差，勢(shì)必會(huì)制約陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料超高溫性能的發(fā)揮。因此耐高溫、甚至超高溫釬焊料或中間層的研究仍然是航空、航天領(lǐng)域?qū)⑻沾?、陶瓷基?fù)合材料推向應(yīng)用需要開展的熱點(diǎn)研究方向。另外，解決纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料自身及其與異種材料組合的耐熱結(jié)構(gòu)的釬焊擴(kuò)散焊技術(shù)，以及這些耐熱結(jié)構(gòu)的功能考核試驗(yàn)研究，都應(yīng)該是今后本領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。

深入開展Ti－Al系金屬間化合物及耐高溫陶瓷復(fù)合材料焊接技術(shù)的研究，努力獲得綜合性能與母材匹配的焊接接頭，或者滿足設(shè)計(jì)使用要求，對(duì)于促進(jìn)這兩大類輕質(zhì)耐高溫結(jié)構(gòu)材料在航空、航天領(lǐng)域的工程應(yīng)用具有重要的意義。

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