1、TiC金屬陶瓷具有高硬度、高耐磨、耐高溫、抗氧化等特性，從而得到了普遍的重視和廣泛的應用。但 TiC金屬陶瓷的耐沖擊性低、機械加工性差，極大限制了它的應用。將其與其他金屬材料(如鋼)連接成復合構件將進一步擴大其在工程中的應用范圍。但 TiC金屬陶瓷與金屬的物理、化學、力學性能差異極大，很難得到理想的連接界面，且接頭中容易產生的殘余應力和較多的連接缺陷。因此，研究TiC金屬陶瓷與金屬的連接具有重要的實際意義。本文針對 TiC金屬陶瓷與鋼的

2、連接問題，開展了TiC金屬陶瓷/304不銹鋼(304SS)的釬焊、固相擴散連接與部分瞬間液相連接研究工作。
　　目前，陶瓷與金屬的焊接或連接多采用 Ag-Cu基合金作為填充層，其中貴金屬Ag的含量大多大于50％，導致連接成本高，不便于工業(yè)生產的廣泛應用。另外，多數(shù)Ag-Cu基釬料連接的接頭服役溫度較低，大約500℃甚至低于500℃，使陶瓷在高溫結構件上的使用受到限制。因此，有待開發(fā)新型低成本、高性能的釬料。
　　以Cu作為活

3、性釬料的基礎成分，依據(jù)鍵參數(shù)理論與吉布斯自由能的計算，選擇添加Ni、Mn和Nb元素作為Cu基活性釬料的組元，對TiC金屬陶瓷與304SS進行了釬焊試驗。通過SEM、EDS和XRD等方法，研究了活性元素Nb的含量、工藝參數(shù)對TiC/CuNiMnNb/304SS釬焊界面微觀結構與性能的變化規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn)，活性元素Nb與TiC發(fā)生化學反應，生成具有一定金屬性和陶瓷性的NbxCy化合物，對界面的物理化學性質起到了過渡作用,界面結構為304SS/

4、σ/Cus.s/Nb6C5/Nb2C/αTi/TiC，揭示了CuNiMnNb合金釬料釬焊TiC/304SS的界面形成機制。Nb的含量、釬焊溫度和保溫時間直接影響界面結合強度，當Nb含量8wt%、釬焊溫度1170℃、保溫時間15min時，TiC/Cu52Ni32Mn8Nb8/304SS接頭的剪切強度高達92.5MPa。
　　釬焊接頭的服役溫度一般在釬料熔化溫度以下，受釬料的熔點限制，而固相擴散連接接頭相比釬焊接頭，其服役溫度受中間層

5、熔點的影響較小，所以廣受關注。固相擴散連接中，由于TiC金屬陶瓷與304SS的熱膨脹系數(shù)差別很大，在接合面附近將形成高的殘余應力，降低這種殘余應力的中間層選擇是實現(xiàn)可靠連接的關鍵。采用 Ti-Nb-Cu中間層，在連接溫度925℃、保溫時間20min、連接壓力8MPa條件下，固相擴散連接的TiC/304SS接頭的平均剪切強度為84.6MPa。剪切斷裂發(fā)生在近 TiC/Ti連接界面的 TiC金屬陶瓷內部。分析發(fā)現(xiàn)，TiC金屬陶瓷與中間層Ti

6、之間形成連續(xù)的Ti原子過渡。Nb與Ti無限固溶，并且Nb的線膨脹系數(shù)與TiC金屬陶瓷極為接近，在接頭中可形成應力緩沖區(qū)。Cu延展性很好，并且與304SS中的Fe、Cr等元素反應不生成金屬間化合物，有利于接頭性能的提高。
　　TiC/Ti-Nb-Cu/304SS恒壓固相擴散連接的時間長、壓力大，在此基礎上為了促進原子間的互擴散，縮短連接時間，而引入了脈沖加壓技術。試驗將中間層調整為Ti-Nb，連接溫度降低至890℃，保溫時間縮短至4

7、~16min，對TiC/304SS進行恒壓(10MPa)與脈沖加壓(2~10MPa)擴散連接對比實驗。通過對接頭中原子擴散系數(shù)的理論計算發(fā)現(xiàn)，脈沖壓力確實有效的提高了原子的擴散速度。當保溫時間僅為10min時，接頭的平均剪切強度已高達110 MPa，說明采用脈沖加壓擴散連接技術不僅大幅度提高了連接效率，而且提高了連接接頭的力學性能。該接頭的斷口呈混合型斷裂的特征，即裂紋沿著 TiC金屬陶瓷與界面反應區(qū)間交替擴展，這種斷裂方式消耗的能量更

8、多，對應的接頭強度更高，從而揭示了脈沖壓力對接頭性能的影響規(guī)律。
　　固相擴散連接工藝對待焊母材端面的粗糙度要求很高，而部分瞬間液相連接(PTLP)克服了這些缺點，并一定程度上綜合了釬焊與固相擴散連接的優(yōu)點。采用Ti-Cu-Nb金屬中間層，對TiC金屬陶瓷與304SS進行了 PTLP連接試驗。在TiC金屬陶瓷一側，Ti-Cu層在高于共晶點的連接溫度下熔化，與TiC金屬陶瓷、核心金屬層Nb產生界面反應；而在304SS一側，Nb與30

9、4SS進行固相擴散，以形成具有固相擴散特征的連接結構。在連接溫度890℃、保溫時間10min、連接壓力10MPa條件下，TiC/Ti-Cu-Nb/304SS接頭剪切強度最高達106.7MPa，界面結構為304SS/σ/Nb/CuTi/CuTi2/αTi/TiC。通過 Ti-Cu化合物形成規(guī)律的理論計算，以及對PTLP工藝參數(shù)的優(yōu)化，為界面產物的生長控制提供理論依據(jù)。
　　通過上述研究表明，選擇合適的連接工藝可以實現(xiàn)TiC金屬陶瓷與