摘要：采用金相显微镜、扫描电镜和电子探针，观察了al20，一tic复合陶瓷与crl8-m8不锈钢扩散钎焊接头的组织形貌，分析了元素在
接头中的分布情况和界面附近区域元素的扩散情况。试验结果表明，ti—cu_ti中间层与陶瓷具有良好的反应能力，促进元素的相互扩
散。al20，_tic复合陶瓷与不锈钢扩散钎焊接头形成3个扩散反应层，其中一个位于crl8-ni8不锈钢侧，厚度约为17．5 m，成分主要是
fe在b_ti中的圉溶体，fe—ti化合物和tic；靠近陶瓷侧的反应层厚度约为7．5岬，成分主要是tic，ti—o和ti—ai； 中间反应层厚度约为
5 m，成分主要是cu圉溶体和cu—ti相。
关键词：al203—tic复合陶瓷；不锈钢；扩散钎焊；ti—cu—ti
中图分类号：tg453．9：tg454 文献标识码：b
al20，一tic复合陶瓷具有优异的高温强度、耐腐蚀及耐磨
性能，在机械、汽车、电子、航空航天等领域有广泛的应用前
景。由于陶瓷与金属在化学键类型、微观结构、物理性质和
力学性能等方面存在较大的差异．采用常规的方法是很难将其
连接在一起并满足使用要求的[r。目前，活性金属钎焊和固相
扩散焊技术较成熟．连接强度高，可重复性好，是实现陶瓷与
金属连接的有效途径。
固相扩散连接中界面的结合是靠界面塑性变形实现的，
其连接温度较高． 由于2种材料线膨胀系数和弹性模量不匹
配，易在界面附近产生高的残余应力，很难实现陶瓷与金属
的直接扩散连接 2． 。因此在进行陶瓷／金属连接时。一般都
采用在陶瓷和金属之间插入中间层金属的间接固相扩散连接
方法。采用中间层的主要目的是减缓因陶瓷与金属的线膨胀
差异而引起的热应力⋯． 同时也可起到抑制或改变界面生成
物的作用： 中间层材料选择是复合陶瓷与钢扩散钎焊连接的
关键问题。
试验采用箔片状ti—cu—ti作为中间层。ti元素为强活性元
素，对复合陶瓷有良好的润湿性；cu为较好的缓冲层材料．
能起到降低接头残余应力的作用。本文采用扩散钎焊工艺对
a1 o3-tic复合陶瓷与crl8一ni8钢进行连接，利用金相显微镜、
扫描电镜和电子探针观察钎焊接头组织形貌，分析元素在接头
区域的分布情况和界面附近区域元素扩散分布情况。通过对
a1 o3一tic复合陶瓷与crl8一ni8钢的成功连接，并结合试验分
析，对于深入研究用常规方法不易焊接时陶瓷与金属的连接有
重要意义。
收稿13期：2007—02—20：修回13期：2007—08—14
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50375088)
1 试验方法
试验所采用的陶瓷是在氧化铝中加入碳化钛而得到的复合
陶瓷，其基体为氧化铝，呈白色。a1 o3一tic复合陶瓷的物理
性能见表1。不锈钢采用crl8一ni8型奥氏体不锈钢．厚度为1．5
mm，不锈钢的化学成分和物理性能见表2。中间过渡层材料采
用箔片状ti—cu—ti复合层，厚度为30 m。
表1 al rⅡc复合陶瓷的物理性能
组成 密度 抗弯强度 维氏硬度 断裂韧性值 线膨胀系数
(质量分数)(％) o／(g-cin-3) ，mpa hv x (mva-m ) ／k
al ~'(26-47)tic 4．16—4．54 400—60o 18．0o一23．0o 4．0o一6．0o 8．0 xl0
表2 crl8一nj8不锈钢的化学成分(质量分数) (％)及物理性能
c cr ni 平均比热容 热导率 线膨胀
／(g·cm-3) ，[j·(kg·k) ] ，[w·(m·k) ] 系数／k
熔点 密度
，℃
<o12 16-20 8—11 o．8 1 539 8．o3 451．1 26．8 18．6×1o
焊前将复合陶瓷与不锈钢表面进行打磨、擦洗后．按陶
瓷／中问层／不锈钢的顺序安装好，然后将试样放人扩散焊设备
中进行真空扩散钎焊。工艺参数为：加热温度1 100 1 150 oc；
压力10—20 mpa；保温时i~q40—70 min；保护气体为氮气。采用
金刚石刀片切割扩散焊试样， 获得试验所用试样， 尺寸为
10mmx7mmxl0mm。然后将试样磨制、抛光，用王水(~(hc1)：
~(hno3)=1：3)进行表面腐蚀。
2 试验结果及分析
2．1 接头显微组织特征
图1为al20，一tic复合陶瓷与cr18一ni8不锈钢扩散钎焊接头
的显微组织。由图可见，扩散钎焊接头界面区结合良好．组织
致密，无宏观缺陷。图1可以显示出整个扩散钎焊接头由3层组
成，分别用1，2，3表示。其中，1所代表的扩散层位于cr18—
20 ·试验与研究· 焊接技术 第36卷第5期2007年10月
ni8不锈钢侧的黑灰色组织区域，厚度约为17．5 m；2所代表
的扩散层位于中间层与不锈钢之间靠近