先進材料連接技術及應用

第1章概述/1
1.1先進材料的分類和性能特點/1
1.1.1先進材料的分類/1
1.1.2先進材料的性能特點/2
1.2先進材料的應用及發展前景/7
1.2.1先進陶瓷/7
1.2.2金屬間化合物/8
1.2.3疊層材料/9
1.2.4複合材料/10
1.2.5功能材料/11
參考文獻/12

第2章先進陶瓷材料的焊接/13
2.1陶瓷材料的性能特點及連接問題/13
2.1.1結構陶瓷的性能特點/14
2.1.2陶瓷與金屬連接的基本要求/22
2.1.3陶瓷與金屬連接存在的問題/22
2.1.4陶瓷與金屬的連接方法/24
2.2陶瓷材料的焊接性分析/28
2.2.1焊接應力和裂紋/28
2.2.2介面反應及介面形成過程/33
2.2.3擴散介面的結合強度/40
2.3陶瓷與金屬的釺焊連接/45
2.3.1陶瓷與金屬釺焊連接的特點/45
2.3.2陶瓷與金屬的表面金屬化法釺焊/46
2.3.3陶瓷與金屬的活性金屬化法釺焊/50
2.3.4陶瓷與金屬釺焊的示例/53
2.4陶瓷與金屬的擴散連接/56
2.4.1陶瓷與金屬擴散連接的特點/56
2.4.2擴散連接的工藝參數/57
2.4.3Al2O3複合陶瓷/金屬擴散介面特徵/66
2.4.4SiC/Ti/SiC陶瓷的擴散連接/73
2.5陶瓷與金屬的電子束焊接/75
2.5.1陶瓷與金屬電子束焊的特點/75
2.5.2陶瓷與金屬電子束焊的工藝過程/76
2.5.3陶瓷與金屬電子束焊示例/77
參考文獻/78

第3章複合陶瓷與鋼的擴散連接/80
3.1複合陶瓷與鋼的擴散連接工藝/80
3.1.1Al2O3-TiC複合陶瓷的基本性能/80
3.1.2複合陶瓷與鋼擴散連接的工藝特點/81
3.1.3擴散接頭試樣製備及測試方法/84
3.2Al2O3-TiC複合陶瓷與Q235鋼的擴散連接/86
3.2.1Al2O3-TiC/Q235鋼擴散連接的介面特徵和顯微硬度/87
3.2.2Al2O3-TiC/Q235鋼擴散連接介面的剪切強度/89
3.2.3Al2O3-TiC/Q235鋼擴散連接的顯微組織/91
3.2.4介面過渡區析出相分析/94
3.2.5工藝參數對Al2O3-TiC/Q235鋼擴散介面組織的影響/96
3.3Al2O3-TiC複合陶瓷與18-8奧氏體鋼的擴散連接/99
3.3.1Al2O3-TiC/18-8鋼擴散連接的介面特徵和顯微硬度/99
3.3.2Al2O3-TiC/18-8鋼擴散連接介面的剪切強度/101
3.3.3Al2O3-TiC/18-8鋼擴散連接的顯微組織/103
3.3.4介面過渡區析出相分析/106
3.3.5工藝參數對Al2O3-TiC/18-8鋼擴散介面組織的影響/108
3.4Al2O3-TiC複合陶瓷與W18Cr4V高速鋼的擴散連接/110
3.4.1擴散工藝特點及試樣製備/110
3.4.2Al2O3-TiC/W18Cr4V鋼擴散連接的介面特徵/112
3.4.3Al2O3-TiC/W18Cr4V擴散連接介面的剪切強度/113
3.4.4工藝參數對介面過渡區組織的影響/114
3.4.5Al2O3-TiC/W18Cr4V擴散介面裂紋擴展及斷裂特徵/116
參考文獻/124

第4章鎳鋁及鈦鋁金屬間化合物的連接/125
4.1金屬間化合物的發展及特性/125
4.1.1結構用金屬間化合物的發展/125
4.1.2金屬間化合物的基本特性/126
4.1.3三種有發展前景的金屬間化合物/127
4.1.4Ni-Al、Ti-Al系金屬間化合物的超塑性/135
4.2Ni-Al金屬間化合物的焊接/137
4.2.1NiAl合金的擴散連接/137
4.2.2Ni3Al合金的熔焊/141
4.2.3Ni3Al與碳鋼（或不銹鋼）的擴散焊/143
4.2.4Ni3Al基IC10合金的擴散連接和真空釺焊/147
4.3Ti-Al金屬間化合物的焊接/150
4.3.1Ti-Al金屬間化合物的焊接特點/151
4.3.2Ti-Al金屬間化合物的電弧焊/154
4.3.3Ti-Al金屬間化合物的電子束焊/155
4.3.4TiAl和Ti3Al合金的擴散焊/159
4.3.5TiAl異種材料的擴散焊/162
參考文獻/166

第5章鐵鋁金屬間化合物的連接/168
5.1鐵鋁金屬間化合物及焊接性/168
5.1.1鐵鋁金屬間化合物的特點/168
5.1.2鐵鋁金屬間化合物的焊接性特點/172
5.1.3Fe3Al焊接接頭區的裂紋問題/173
5.2Fe3A與鋼（Q235、18-8鋼）的填絲鎢極氬弧焊/174
5.2.1Fe3Al與鋼的鎢極氬弧焊工藝特點/174
5.2.2Fe3Al/鋼填絲GTAW接頭區的組織特徵/177
5.2.3Fe3Al/鋼填絲GTAW接頭區的顯微硬度/186
5.2.4Fe3Al/鋼GTAW接頭的剪切強度及斷口形態/189
5.3Fe3Al與鋼（Q235、18-8鋼）的真空擴散連接/195
5.3.1Fe3Al/鋼真空擴散連接的工藝特點/196
5.3.2Fe3Al/鋼擴散焊介面的剪切強度/198
5.3.3Fe3Al/鋼擴散焊介面的顯微組織特徵/201
5.3.4Fe3Al/鋼擴散焊接頭的顯微硬度/206
5.3.5介面附近的元素擴散及過渡區寬度/209
5.3.6工藝參數對擴散焊介面特徵的影響/213
5.4Fe3Al金屬間化合物的其他焊接方法/218
5.4.1Fe3Al金屬間化合物的電子束焊/218
5.4.2Fe3Al的焊條電弧焊/219
5.4.3Fe3Al氬弧堆焊工藝及特點/221
參考文獻/222

第6章疊層材料的焊接/224
6.1疊層材料的特點及焊接性/224
6.1.1疊層材料的特點/224
6.1.2疊層材料的焊接性分析/228
6.1.3疊層材料的焊接研究現狀/232
6.2疊層材料的填絲鎢極氬弧焊/235
6.2.1疊層材料填絲GTAW的工藝特點/235
6.2.2疊層材料焊接區的熔合狀態/237
6.2.3疊層材料與18-8鋼焊接區的組織性能/244
6.3疊層材料的擴散釺焊/247
6.3.1疊層材料擴散釺焊的工藝特點/247
6.3.2疊層材料與18-8鋼擴散釺焊的介面狀態/252
6.3.3疊層材料/18-8鋼擴散釺焊接頭的顯微硬度/258
6.3.4疊層材料/18-8鋼擴散釺焊接頭的剪切強度/262
參考文獻/264

第7章先進複合材料的焊接/266
7.1複合材料的分類、特點及性能/266
7.1.1複合材料的分類及特點/266
7.1.2複合材料的增強體/271
7.1.3金屬基複合材料的性能特點/274
7.2複合材料的連線性分析/280
7.2.1金屬基複合材料的連線性分析/280
7.2.2樹脂基複合材料的連線性分析/285
7.2.3C/C複合材料的連線性分析/288
7.2.4陶瓷基複合材料的連線性分析/292
7.3連續纖維增強金屬基複合材料的焊接/295
7.3.1連續纖維增強MMC焊接中的問題/295
7.3.2連續纖維增強MMC接頭設計/296
7.3.3纖維增強MMC的焊接工藝特點/297
7.4非連續增強金屬基複合材料的焊接/306
7.4.1非連續增強MMC焊接中的問題/306
7.4.2非連續增強MMC的焊接工藝特點/307
參考文獻/315

第8章功能材料的連接/316
8.1超導材料與金屬的連接/316
8.1.1超導材料的性能特點及應用/316
8.1.2超導材料的連接方法/318
8.1.3超導材料的連接工藝特點/321
8.1.4氧化物陶瓷超導材料的焊接/322
8.2形狀記憶合金與金屬的連接/331
8.2.1形狀記憶合金的特點及應用/331
8.2.2形狀記憶合金的焊接進展/338
8.2.3TiNi形狀記憶合金的電阻釺焊/345
8.2.4TiNi合金與不銹鋼的過渡液相擴散焊/349
參考文獻/352

歷史上每一種新材料的出現，都伴隨著新的連接工藝的出現並推動了科學技術的發展。先進材料的研究開發是多學科相互滲透的結果，連接技術對其推廣應用起著至關重要的作用，並在電子、能源、汽車、航空航太、核工業等部門中得到了應用。

先進材料的開發是發展高新技術的重要物質基礎，先進材料的連接在工程結構中是經常遇到的，而且在實踐中出現的問題較多，有時甚至阻礙了整個工程的進展。特別是許多先進材料的連接，採用常規的焊接方法難以完成，先進焊接技術的優越性日益突現。

為配合“中國製造2025”國家製造強國戰略，適應先進材料的發展，本書從理論與實踐相結合的角度，針對近年來受到人們關注的先進材料（如高技術陶瓷、金屬間化合物、複合材料、功能材料等）的連接問題，對其連接原理、焊接性特點、技術要點及應用等做了系統的闡述，力求突出科學性、先進性和新穎性等特色。本書內容反映出近年來先進材料連接技術的發展，特別是一些高新技術的發展，對推動先進材料的焊接應用有重要的意義。書中給出一些先進材料結構連接的應用示例，可以指導新產品研發。

本書供從事與材料開發和焊接技術相關的工程技術人員使用，也可供高等院校師生、科研院（所）和企事業單位的科研人員參考。

參加本書撰寫的其他人員還有：王娟、馬海軍、夏春智、陳茂愛、劉鵬、沈孝芹、黃萬群、吳娜、李嘉甯、劉如偉、馬群雙、劉坤、蔣慶磊、魏守征。

由於筆者水準所限，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

著者