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碳材料与铜的连接对聚变堆中碳基面向等离子体部件的制备以及汽车工业中碳换向器的制备具有重要的意义。但是C/Cu钎焊面临润湿性差和残余热应力较大等问题。针对Cu在碳材料表面润湿性差的问题,本研究采用Cu-TiH2-Ni与TiH2-Ni-Cu两种活性钎料连接C/Cu,利用活性元素Ti来改善钎料在石墨表面的润湿性。为了缓解C/Cu接头中的残余热应力,在活性钎料中引入TiB以及TiC等增强相,研究复合钎料中增强相在C/Cu连接中的作用机理。 采用Cu-TiH2-Ni活性钎料连接C/Cu时,石墨与连接层的界面处形成了较薄的TiC反应层,连接层主要由Cu基固溶体(Cu(ss))、τ1-Ti(CuxNi1-x)2、Ti2(Cu,Ni)、TiCu等相组成。接头平均剪切强度为13.1MPa,断口位置在靠近界面处的石墨侧,为典型的脆性断裂,说明C/Cu接头中存在较大的残余热应力。采用TiH2-Ni-Cu钎料时,钎料与母材界面结合良好,C/Cu接头平均剪切强度为12.8MPa,连接层主要由Cu(ss)、τ1-Ti(CuxNi1-x)2、Ti2(Ni,Cu)和TiCu等组成。 当在Cu-TiH2-Ni和TiH2-Ni-Cu活性钎料中分别添加B反应粉体和TiC颗粒连接C/Cu时,接头强度均有所提高,接头界面结合良好。对于在活性钎料中添加B粉体的接头,钎料中的Ti与B发生原位反应生成了TiB晶须,弥散分布在连接层中。 钎料中的引入TiB和TiC陶瓷增强相能够降低连接层的热膨胀系数,可以减小连接层与石墨母材的热错配,从而使接头中的残余热应力得到一定程度的缓解。其次,TiB和TiC陶瓷增强相在连接层中形成类似于陶瓷晶须/颗粒增强金属基复合材料的复合结构,有利于连接层强度的提高。第三,连接层中弥散分布的TiB晶须和TiC颗粒能够为液态钎料提供形核位点,从而减小连接层中的晶粒尺寸,使接头性能得到了提高。 采用Cu-TiH2-Ni钎料和Cu-TiH2-Ni+B复合钎料时,C/Cu接头连接区域电阻率分别为17μΩ·cm和14μΩ·cm,能够较好满足汽车碳换向器的使用要求(低于5.2×106μΩ·cm)。