自助下单地址（拼多多砍价，ks/qq/dy赞等业务）：点我进入

1、陶瓷和金属为什么要连在一起

陶瓷材料具有许多传统材料所不具备的优点。 陶瓷材料主要有氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、碳化硼、氮化硼等。 钢材主要用于工程机械要求耐高温、耐磨的场合，如航空航天工业的高速摩擦件，泵和压缩机的各种密封件、柱塞和缸套，高级轴承等。

但陶瓷材料性脆，不耐冲击，抗拉、抗弯性能较差，而金属材料普遍具有较高的机械强度、韧性好、耐高温、导电导热性能好，广泛应用于关键部件在机械工程中。 并且重工业中的所有大型部件都广泛用于工业生产中。

陶瓷和金属材料的连接可以使两种材料的性能更好，比如

连接CC和TiAl应用于航空航天领域的热端部件，如制作火箭发动机喷管部件等，可大大减轻部件重量，提高火箭发动机的推重比。 因此，研究简单、高效、节能的陶瓷与金属的连接方法，具有广阔的工业应用前景。

二。 陶瓷与金属连接特性

金属和陶瓷是两种完全不同的材料。 是将材料性质截然不同的两个部分，采用合适的工艺连接成一个整体。 由于陶瓷和金属在物理性能、化学键类型、力学性能和微观结构等方面存在很大差异，因此很难用通用的方法按要求将它们连接在一起。

在陶瓷与金属的连接过程中，大多数金属与陶瓷存在较大的热失配。 陶瓷与金属在加热过程中连接时t型焊接接头，接头处容易产生残余应力，削弱接头的机械性能； 熔化的金属很难润湿陶瓷； 陶瓷抗热震性差，导热系数低，加热时易产生裂纹，因此应控制加热和冷却速度，降低焊接区的温度梯度。

金属与陶瓷的焊接属于异种材料的焊接。 一般需要加中间层。 中间层的使用对焊接接头的性能影响很大。 焊接夹层在金属与陶瓷连接中的主要作用包括： 1、改善母材表面接触，润湿母材； 2、能抑制夹杂物的形成，促进其碎裂或分解； 3、改善冶金反应，避免或减少夹杂物的形成。 脆性金属间化合物和有害共晶结构可优化接头微观结构，提高接头强度； 4 可降低焊接温度，减少扩散焊时间t型焊接接头，从而控制接头应力，提高接头强度； 5 减少金属与陶瓷之间的应力，改善膨胀系数不同引起的变形。 实验表明，加入不同厚度的中间层对接头强度有不同的影响。 在ZrB2-SiC陶瓷与Ni的扩散焊实验中发现：中间层为实心Ni，1mm泡沫Ni会引起脆性断裂； 当中间层厚度为2、4mm时，施加的载荷应力达到塑性应变，残余阻力导致接头失效； 6mm 中间层塑性好，但由于泡沫金属的孔隙率，接头刚度低。

3、金属与陶瓷的扩散焊

扩散焊是压力焊的一种。 它是指相互接触的表面。 在高温高压作用下，连接面相互靠近，局部发生塑性变形。 经过一定时间后，键合层中的原子相互扩散形成一个整体。 可靠的连接过程。 影响扩散焊质量的焊接工艺参数很多，主要有焊接温度、保温时间、焊接压力等，合理控制影响因素以保证焊接接头的力学性能一直是众多研究人员关注的焦点。

焊接温度是促进原子扩散键合的最重要因素。 扩散系数D与加热温度T成指数关系。升高加热温度可以提高原子和分子的能量，对消除空隙起决定性作用。 温度也会影响焊接材料原子的扩散行为和材料的屈服强度，但如果温度过高，接头强度会降低。

保温时间是影响扩散焊接头质量的重要因素。 如果保持时间太短，元素扩散不能充分进行。 严重时焊缝会残留很多孔洞，焊缝强度不高； 但保温时间过长，焊件晶粒粗大，力学性能降低。 在焊接过程中，扩散原子移动的平均距离与扩散时间的平方成正比。 因此，需要选择合适的保温时间，以获得具有一定宽度和优良结构的扩散层，从而获得性能良好的焊接接头。

微观上焊接表面有很多突起，突起的程度主要取决于表面粗糙度。 焊接过程中经常施加压力，使焊接面微观凸起部分产生塑性变形，激活界面区原子，消除界面孔洞，使焊接面接近原子间键合力作用的距离。作用是完成焊接表面的原子间键合。

近年来，不断发展出一些新的扩散焊方法，如高压电场扩散焊等。 这种方法是利用高压电场（1000V以上）和温度的共同作用，使陶瓷中的电介质电离，使与金属相邻的陶瓷材料内部形成充满负离子的薄极化区域。 此外，由于材料表面微观凹凸不平，陶瓷与金属只有少数小点接触，大部分区域形成微米级缝隙。 聚集在小间隙两侧的离子使这些区域的电场急剧上升，电场可增加3～4个数量级。 由于异性电荷的吸引，使待连接的两种材料的相邻界面紧密接触（它们之间的距离小于原子间的距离），金属和陶瓷就通过扩散的方式连接起来。

除了研究和改变工艺参数和结构外，还可以通过在焊前和焊后增加一些辅助工艺，如氢化处理、激光预焊芯板夹层等，更好地实现焊接。

4、陶瓷与金属的自蔓延高温合成焊方法

自蔓延高温合成技术又称燃烧合成技术，是从制造难熔化合物（碳化物、氮化物和硅化物）的方法发展而来的。 在这种方法中，先在陶瓷和金属之间放置一种能燃烧并放出大量热量的固体粉末，然后用电弧或辐射局部点燃粉末开始反应，释放出的热量通过反应会自发地促进反应继续进行。 展望未来，最终反应产生的产物将陶瓷与金属牢固地结合在一起。 该方法的显着特点是能耗低、生产效率高、热对母材影响小。 通过设计具有梯度成分的焊缝连接异种材料，可以克服因热膨胀系数差异引起的焊接残余应力。 但燃烧时可能发生气相反应和有害杂质的侵入，导致接头产生气孔，接头强度降低。 因此，连接最好在保护气氛中进行，陶瓷和金属两端加压。

根据被焊母材来源的不同，自蔓延反应连接还可分为一次连接和二次连接。 一次连接是指待焊基材不是连接前已有的材料，而是在自蔓延高温连接过程中原位合成中间层的连接过程； 二次连接是指在连接前准备好待焊基材，在连接过程中使用中间层作为焊料将其连接在一起的连接工艺。 CC/Ti 钎焊接头强度取决于

自蔓延焊接接头的质量与许多因素有关，例如CC/Ti钎焊接头的强度取决于CC表面焊料的润湿性和CC纤维的取向。 在CC表面使用润湿性最好的Cu-ABA焊料可以获得最高的接头强度，CC纤维平行于待焊表面的接头强度高于垂直情况。 同时，焊料在碳材料表面的铺展行为与焊料成分有关。 在焊料中加入亲碳活性元素（如Ti、Si等），可以通过在界面形成碳化物，提高焊料对碳表面的润湿性。 在自蔓延过程中，焊料颗粒的大小或箔的厚度、自蔓延反应温度和保温时间都对反应结果有重大影响。

自蔓延反应前，需要计算中间层发生自蔓延反应的最低预热温度，同时研究中间层绝热温度与预热温度之间的定量关系. 有时自蔓延反应释放的热量达不到焊接所需的温度。 为保证中层自蔓延反应的自持燃烧波，需要对中层进行预热，也可加入能产生高放热反应的组分。 在计算体系的绝热温度之前，需要对体系的合成产物进行合理的估计，得到总的反应方程式。 预期的产品是一种常见的化合物。 根据热力学理论，多组分体系发生反应时，反应物不是唯一的，体系中最终的反应产物将是标准生成吉布斯自由能最负的化合物。

日本宫本等人。 首次采用SHS焊接技术研究了金属Mo与TiB2、TiC陶瓷的焊接。 试验采用Ti+B或Ti+C粉末作为反应原料，预压后加入两片钼片之间。 ，利用石墨套管通电发热引发反应，成功获得界面完整的焊接接头。 何代华等。 通过燃烧合成技术成功制备了TiB2陶瓷/金属Fe样品，焊接界面结合良好。 当中间焊料层中Fe的质量百分比含量高时，界面结合比Fe质量百分比含量低的界面更好。 结合情况。 孙德超等用FGM焊料（功能梯度材料）成功实现了SiC陶瓷与GH 4146合金的SHS焊接。 目前，SHS机构研究还不成熟，设备开发和应用投入较大，因此SHS焊接尚未工程化。 其次，由于评价焊接接头质量的科学方法还不成熟，在一些要求高的领域还没有被普遍接受。