2007年2月JournalofIronandSteelResearchFebruary2007金属与陶瓷连接用中间层材料张勇,何志勇,冯涤(钢铁研究总院高温材料研究所,北京100081)摘要:概述了金属与陶瓷钎焊、扩散焊与部分瞬时液相连接采用的中间层(又称过渡层)的研究现状。按组合方式不同,把中间层分为单层中间层、复合中间层和梯度中间层3类,并分别给予介绍。同时,对SiC陶瓷及SiC陶瓷基复合材料与金属连接时中间层材料的选取进行了分析。关键词:金属;陶瓷;中间层;连接:100120963(2007)0220001205:TG421文献标识码:ARecentProgressofInterlayerUsedtoJoinMetalsandCeramicsZHANGYong,HEZhi2yong,FENGDiAbstract:Theresearchprogressofinterlayerusedforbrazing,diffusionbondingandpartialtransientliquidphasebonding(PTLPB)ofmetalsandceramicswasdiscussed.Accordingtodifferentassembledmethods,theinterlayerisdividedintosingle2layerinterlayer,compositeinterlayerandgradientinterlayerwhichareintroducedrespective2ly.TheinterlayerofjoiningSiCceramicsandSiCceramicsmatrixcompositetometalsisalsoanalyzed.陶瓷材料具有密度低、比强度高、耐高温以及高温下化学性质稳定等优点,因而在航空、航天、冶金和石化等领域得到广泛应用。但是,陶瓷在常温下韧性差,难以制备复杂形状的零件。虽然金属材料的塑性及韧性优于陶瓷材料,但高温下(>1100℃)金属材料的力学性能低[1]。因此,如果采用连接技术制备陶瓷/金属复合构件,既可以利用陶瓷材料优异的高温性能,又可以发挥出金属材料的塑性和韧性,满足现代工程应用的需要。但是,陶瓷与金属的理化性质差异大,很难直接连接,主要因为两者的热膨胀系数差异较大,在连接接头处易产生很大的残余热应力。因此,通常加入中间层(又称过渡层)材料,以减小连接接头的残余应力[2],提高连接强度。合适的中间层材料能够提高陶瓷/金属复合构件在严酷服役条件下(如高温、腐蚀气氛下)的使中间层材料,而扩散连接及部分瞬时液相连接采用的连接材料都称为中间层材料。中间层材料的主要作用有:①减缓陶瓷与金属因热膨胀系数不同产生的残余应力,提高连接强度;②通过熔化或与陶瓷的反应促进界面润湿,形成牢固的冶金结合;③控制界面反应,改变或抑制界面产物,使界面处于更稳定的热力学状态。此外,中间层材料还有助于消除连接界面的孔洞,形成密封性更好的陶瓷/金属连接等。在此按照单层中间层、复合中间层和梯度中间层的分类方法分别对陶瓷/金属连接中间层进行了介1中间层的分类由于中间层材料的高温性能以及与母材(包括金属和陶瓷)的匹配性等问题,目前陶瓷与金属连接中间层材料很少采用有机物,而且采用无机物的也作者简介:张勇(19762),男,博士,工程师;E2mail:cisri2zhangyong@sohu.com;修订日期:2006207204---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---·2·钢铁研究学报第19卷(如膨胀系数和抗氧化性等)。例如,陶瓷热障涂层(ThermalbarrierCoating,TBC)与高温合金基体间的过渡层材料采用的就是MCrAlY合金(其中M代表钴、镍、铁等)。这种过渡层材料有效地提高了陶瓷涂层在金属基体上的连接强度。美国坦克技术研究中心和Cummins发动机公司制备的超厚陶瓷隔热涂层(厚度达3～7mm)已在卡车发动机上成功应用[4]。目前,国内外对厚TBC的研究重点是降低涂层的内应力,实质上就是改善TBC与基体连接的中间过渡层材料。通常,中间层的弹性模量越小,厚度越大(不超过某一临界值),缓解应力的效果越好。Y.Zhou等[5]对Si3N4陶瓷与钢的钎焊连接进行了研究。结果表明,当不采用中间层材料时,接头的最大残余应力达350MPa,加入115mm厚的金属钼中间层后残余应力降低到250MPa,采用厚115mm的金不多,绝大多数是金属或复合材料。中间层材料的分类方法有多种:根据弹性模量的不同,可分为弹性模量较低的软质中间层(如铜、铝及镍等)和弹性模量高且线膨胀系数与陶瓷接近的硬质中间层(如钨、钼等)两类。其中,软质中间层是通过金属本身的塑性变形来降低应力[3],而硬质中间层是将接头处的残余应力转移到中间层中;根据是否含有活性元素分为活性中间层和非活性中间层;按其使用目的不同,可分为缓解应力中间层(如铜...