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陈本乐，王星星，何鹏，等.陶瓷/金属连接界面残余应力缓解策略研究［J］.电焊机，2023，53（4）：14-24.
CHEN Benle, WANG Xingxing, HE Peng, et al.Research on Residual Stress Relief Methods at Ceramic-Metal Interface[J].Electric Welding Machine, 2023, 53(4): 14-24.
随着服役环境恶劣化和加工制造复杂难度增加，对陶瓷/金属异质结构综合性能提出了更高的要求。目前钎焊技术被广泛应用于陶瓷与金属异质材料连接，而二者焊接接头残余应力缓解难题非常棘手。残余应力对陶瓷/金属连接性能有极大影响，其大小受多种因素影响，因此系统概述陶瓷与金属焊接残余应力状态与分布规律，从工艺参数优化、施加中间层、复合钎料和表面结构设计4种缓解途径进行系统评述，最后展望了未来陶瓷/金属异质结构残余应力研究面临的机遇和挑战。
With the increase in harsh environment and processing and manufacturing complexity, the comprehensive performance of ceramic/metal heterogeneous structures has become more demanding. Brazing technology is now widely used for ceramic-metal heterogeneous connections, and the challenge of residual stress relief in welded joints between the two materials is very difficult. Residual stresses have a significant impact on the performance of ceramic/metal joints and their magnitude is influenced by a variety of factors. Therefore, a systematic overview of the state and distribution of residual stresses in ceramic-metal welding, from the optimization of process parameters, the addition of intermediate layers, composite brazing materials and surface structure design of the four mitigation paths are systematically reviewed. Finally, the future opportunities and challenges of ceramic/metal heterostructure residual stress research.
陶瓷金属异质钎焊界面残余应力应力缓解
ceramicsmetaldissimilar brazinginterface residual stressstress relief
尹海清，汤益纯，张聪，等.金属陶瓷材料的国内外研究进展［J］.硬质合金，2022，39（05）：327-334.
YIN H Q， TANG Y H， ZHANG C， et al.The Cermets： Current Status and Future Directions［J］.Cemented Carbides，2022，39（05）：327-334.
Lakhdar Y， Tuck C， Binner J， et al. Additive manufacturing of advanced ceramic materials［J］. Progress In Materials Science， 2021，116：100736.
Zhai Z， Wang W， Zhao J， et al. Influence of surface morphology on processing of C/SiC composites via femtosecond laser［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2017， 102： 117-125.
Kirmanidou Y， Sidira M， Drosou M E， et al. New Ti-alloys and surface modifications to improve the mechanical properties and the biological response to orthopedic and dental implants： a review［J］. Biomed Research International， 2016（1）： 290857.
Bahraminasab M， Ghaffari S， Hossein Eslami-Shahed.Al2O3-Ti functionally graded material prepared by spark plasma sintering for orthopaedic applications［J］.Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials， 2017，72： 82-89.
陈寰贝，王子良，庞学满，等.大功率高可靠电子封装研究发展趋势［J］. 真空电子技术，2018（04）：8-12.
CHEN H B，WANG Z L，PANG X M，et al. Development Trend of High Power and Reliable Electronic Packaging［J］. Vacuum Electronics，2018（04）：8-12.
Li C， Huang C Y， Chen L， et al. Microstructure and mechanical properties of the SiC/Nb joint brazed using AgCuTi+ B4C composite filler metal［J］. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials， 2019， 85： 105049.
Song X G， Cao J， Li C， et al. Interfacial microstructure and joining properties of TiAl/Si3N4 brazed joints ［J］.Materials Science & Engineering A， 2011， 528（22）：7030-7035．
王杰，万维财，王宗元，等.陶瓷/金属焊接技术与残余应力研究现状［J］.工具技术 ，2022，56（04）：3-11.
WANG J，WAN W C，WANG Z Y，et al.Review of Metal and Welding Technology and Numerical Simulation［J］. Tool Engineering， 2022，56（04）：3-11.
Li P X， Yan Y T， Ba J， et al.The regulation strategy for releasing residual stress in ceramic-metal brazed joints［J］. Journal of Manufacturing Processes， 2023，85： 935-947.
PARK J W， EAGAR T W. Strain energy release in ceramic-to-metal joints with patterned interlayers［J］ .Scripta Materialia， 2014，50（5）：555-559.
李如月. Ag-Cu-Ti基复合钎料钎焊Si3N4/316L钢的组织及性能研究［D］.黑龙江：哈尔滨工业大学，2021.
LI R Y. Microstructure and Mechanical Properties of the Si3N4/316L Steel Brazed with Ag Based Composite Filler［D］.Heilongjiang：Harbin Institute of Technology，2021.
Li C， Si X， Dai X， et al. Understanding the effect of surface machining on the YSZ/Ti6Al4V joint via image based modelling［J］. Scientific Reports， 2019， 9（1）： 12027.
Wang X Y，Li C，Du Q，et al. Brazing ZTA ceramic and Ti6Al4V alloy directly in air： Excellent oxidation resistance at 800℃［J］. Ceramics International，2022，48（7）：9631-9639.
Li X， Cai K， Teng P， et al. Effect of the B4C particles on the brazed joints of SiC ceramics and 2219 aluminum alloy［J］. International Journal of Ceramic Engineering & Science， 2023， 5（1）： 10166.
Zheng K， Yang Z W， Wang Y， et al. Microstructure and mechanical properties of the C/C composite and Nb joints brazed with an active Ag-based filler metal［J］. Ceramics International， 2022， 48（7）： 9621-9630.
Park J W， Eagar T W. Strain energy release in ceramic-to-metal joints with patterned interlayers［J］. Scripta materialia， 2004， 50（4）： 555-559.
Yang X， Zhang Y， Wu L F， et al. Effect of middle layer on residual welding of Al2O3 ceramic / 45 steel electrode［J］. Mechanical Engineering， 2017 （12）： 51-53.
Zhu S， Zhou Z P， Qiu X M. Finite element analysis of residual stress at the Ni-Cr / ceramic junction interface［J］. Journal of Welding， 2012，33 （2）： 45-48，52.
Travessa D， Ferrante M， Den Ouden G. Diffusion bonding of aluminium oxide to stainless steel using stress relief interlayers［J］. Materials Science and Engineering： A， 2002， 337（1-2）： 287-296.
Song X G， Cao J， Wang Y F， et al. Effect of Si3N4-particles addition in Ag-Cu-Ti filler alloy on Si3N4/TiAl brazed joint［J］. Materials Science and Engineering： A， 2011， 528（15）： 5135-5140.
Blugan G， Kuebler J， Bissig V， et al. Brazing of silicon nitride ceramic composite to steel using SiC-particle-reinforced active brazing alloy［J］. Ceramics International， 2007， 33（6）： 1033-1039.
Qin Y Q， Feng J C. Active brazing carbon/carbon composite to TC4 with Cu and Mo composite interlayers［J］. Materials Science and Engineering： A， 2009， 525（1-2）： 181-185.
Halbig M C， Coddington B P， Asthana R， et al. Characterization of silicon carbide joints fabricated using SiC particulate-reinforced Ag-Cu-Ti alloys［J］. Ceramics International， 2013， 39（4）： 4151-4162.
He Z， Sun L， Li C， et al. Wetting and brazing of Cf/C composite with Si-Zr eutectic alloy： the formation of nano-and coarse-SiC reaction layers［J］.Carbon，2020，167： 92-103.
Yang Z W， Wang C L， Han Y， et al. Design of reinforced interfacial structure in brazed joints of C/C composites and NB by pre-oxidation surface treatment combined with in situ growth of CNTs［J］. Carbon， 2019，143：494-506.
熊华平， 吴世彪， 陈波， 等. 缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法研究进展［J］. 焊接学报， 2013， 34（9）： 107-112，118.
XIONG H P，WU S B，CHEN B，et al.Progress of methods for decreasing residual thermal stresses in ceramic /metal joints［J］. Transactions of the China Welding Institution， 2013， 34（9）： 107-112，118.
Barrena M I， De Salazar J M G， Gómez-Vacas M. Numerical simulation and experimental analysis of vacuum brazing for steel/cermet［J］. Ceramics International， 2014， 40（7）： 10557-10563.
Wang D， Wang T， Wang Q， et al. Preparation and cutting performance of Ti （C7， N3）/TiB2/WC cermet tool material［J］. Ceramics International， 2023， 49（5）： 8088-8098.
Jiang H， Li C， Mao X， et al. Vacuum brazing of AlON and Ti2AlNb with LiAlSiO4 enhanced Ag-Cu-Ti composite fillers： Microstructure， mechanical properties and measurement of residual stress［J］. Materials Science and Engineering： A， 2022， 846： 143277.
吴铭方，马骋，杨敏，等. Ti（C，N）基金属陶瓷/40Cr钢钎焊接头减应措施［J］.焊接技术，2016，35（5）：18-19.
WU M F，MA C，YANG M，et al.Study on measures to reduce stress of brazing Ti（C，N）based cermets to steel 40C［J］. Welding Technology， 2016， 35（3）：18-19.
任艳红，朱颖，曲平，等.缓解陶瓷与金属钎焊接头残余应力的新方法研究［J］. 新技术新工艺，2012（03）：71-74.
REN Y H，ZHU Y，QU P，et al.Research on a New Method to Release the Residual Stress of Ceramic/Metal Brazing Joint ［J］.New Technology & New Process，2012（03）：71-74.
金柏希. Al2O3陶瓷与Cu及TC4合金的连接研究［D］.湖北：武汉工程大学，2022.
JIN B X.Research on Joining of Al2O3 Ceramics to Cu and TC4 Alloy［D］. Hubei：Wuhan Institute of Technology，2022.
Guo W， Zhang H， Ma K， et al. Reactive brazing of silicon nitride to Invar alloy using Ni foam and AgCuTi intermediate layers［J］. Ceramics International， 2019， 45（11）： 13979-13987.
李涛. Al2O3陶瓷/304不锈钢活性钎焊接头界面结合性能研究［D］. 河北：河北工业大学，2022.
LI T. Study on Interface Bonding Properties of Al2O3 Ceramic/304 Stainless Steel Active Brazed Joint［D］. Hebei ：Hebei University of Technology，2022.
王永雷. Cf/SiC复合材料与304不锈钢反应-复合扩散钎焊特性与机理研究［D］. 北京：北京科技大学，2022.
WANG Y L. Characteristics and Mechanism of Reaction-Composite Diffusion Brazing for Joining Cf/SiC Composite and 304 Stainless Steel［D］. Beijing：University of Science and Technology Beijing，2022.
CEJA-CÁRDENAS L， LEMUS-RUÍZ J， DÍAZ-DE LA TORRE S， et al. Interfacial behavior in the brazing of silicon nitride joint using a Nb-foil interlayer［J］. Journal of Materials Processing Technology， 2013， 213： 411-417.
Guo S S， Sun L B， Fang J， et al. Residual stress， microstructure and corrosion behavior in the 316L/Si3N4 joint by multi-layered braze structure-experiments and simulation［J］. Ceramics International， 2022，48（22）： 32894-32907.
王斌. C/SiC与Nb的钎焊连接工艺及机理研究［D］.黑龙江：哈尔滨工业大学，2021.
WANG B. Research on the Process and Mechanism of C/SiC and Nb Brazing［D］.Heilongjiang：Harbin Institute of Technology，2021.
朱松，周振平，邱小明. Ni-Cr/陶瓷连接界面残余应力有限元分析［J］. 焊接学报， 2012，33（2）： 45-48，52．
ZHU S，ZHOU Z P，QIU X M. Finite element modeling of residual stress in bonding interface of Ni-Cr/porcelain［J］.Transactions of the China Welding Institution，2012，33（2）： 45-48，52．
何鹏，冯吉材，钱乙余. 异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征及中间层的作用［J］. 焊接学报，2018，23（2）： 76-80．
HE P， FENG J C， QIAN Y Y. Distributions of Residual Stresses in Diffusion Bond of Dissimilar Materials and Effect of Interlayer［J］. Transactions of the China Welding Institution，2018，23（2）： 76-80
史康桥. Si3N4陶瓷与（TiB+Y2O3）/Ti基复合材料钎焊工艺及机理研究［D］.天津：天津职业技术师范大学，2022.
SHI K Q. Research on Brazing Process and Mechanism of Si3N4 Ceramic To（TiB+Y2O3）/Titanium Matrix Composite［D］. Tianjin：Tianjin University of Technology and Education， 2022.
Wang Y， Wei Y R， Zheng X Y，et al.Interfacial structure and mechanical properties of ZrO2 ceramic and GH4169 alloy joint brazed with Ag-TiH2 composite filler［J］.Materials Characterization，2023，197：112696.
杨保琳. SiC陶瓷与Kovar合金钎焊工艺研究［D］. 辽宁：大连理工大学，2021
YANG B L.Research on Brazed Process of SiC Ceramic and Kovar Alloy［D］. Liaoning：Dalian University of Technology，2021.
吕金玲. Ag-Cu-Ti基复合钎料连接AlN/Cu的工艺与机理研究［D］. 江苏：南京航空航天大学，2020.
LV J L. Research on Process and Brazing Mechanism for Joining AlN and Cu with Ag-Cu-Ti Based Composite Filler［D］. Jiangsu：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2022.
何华敏. 采用Au基高温钎料钎焊SiC陶瓷的连接工艺与机理研究［D］. 浙江：浙江工业大学，2019.
HE H M. Research on Brazing Parameters and Bonding Mechanism of the SiC/SiC Joints with Au-based High-temperature Filler Alloy［D］. Zhejiang：Zhejiang University of Technology，2019.
李雅范， 杨建国， 姬书得， 等. 复合钎料钎Al2O3 接头剪切应力场的数值模拟［J］. 焊接学报， 2019， 21（8）： 110-112.
LI Y F，YANG J G，JI S D，et al.Numerical simulation of shear stress of Al2O3 joint brazed with composite filler materials［J］. Transactions of the China Welding Institution，2019， 21（8）： 110-112.
杨佳. SiCf/SiC复合材料及GH536高温合金的钎焊工艺及机理研究［D］.黑龙江：哈尔滨工业大学，2019.
YANG J. Study on Processing and Mechanism of Brazing SiCf/SiC Composite and GH536［D］. Heilongjiang： Harbin Institute of Technology，2019.
Cui B， Huang J H， Cai C， et al. Microstructures and mechanical properties of Cf /SiC composite and TC4 alloy joints brazed with （Ti-Zr-Cu-Ni）+W composite filler materials［J］. Composites Science and Technology， 2014， 97： 19-26.
He Y M， Zhang J， Sun Y， et al. Microstructure and mechanical properties of the Si3N4/42CrMo steel joints brazed with Ag-Cu-Ti+Mo composite filler［J］. Journal of the European Ceramic Society， 2020， 30（15）： 3245-3251.
Wang T P， Zhang J， LIU C F， et al. Microstructure and mechanical properties of Si3N4/42CrMo joints brazed with TiNp modified active filler［J］. Ceramics International， 2021， 40（5）： 6881-6890.
刘佳音. 复合钎料层连接多孔Si3N4陶瓷/Invar合金接头的组织及性能研究［D］. 黑龙江：哈尔滨工业大学，2018.
LIU J Y. Research on Microstructure and Properties in Porous Si3N4 Ceramic/Invar Alloy Joint Brazed with Composite Filler［D］. Heilongjiang：Harbin Institute of Technology，2018.
Qin Y， Yu Z. Joining of C/C composite to TC4 using SiC particle-reinforced brazing alloy［J］. Materials characterization， 2010， 61（6）： 635-639.
Wang Y L， Wang W L， Huang J H， et al. Composite brazing of C/C composite and ni-based superalloy using （Ag-10Ti）+TiC filler material［J］. Journal of Materials Processing Technology， 2021，288： 116886
Zhou Y H， Liu D， Niu H W， et al. Vacuum brazing of C/C composite to TC4 alloy using nano-Al2O3 strengthened AgCuTi composite filler［J］. Materials & Design.， 2016，93： 34756.
Feng Q H， Yang J， Lin T S， et al.Design of composite filler with hedgehog-like reinforcement clusters for effective stress relief in ceramic/metal joints［J］.Ceramics International， 2021，47（20）： 28145-28157.
Ba J， Li P， Wang B， et al. A novel brush surface structure of SiCf/SiC composites designed for brazing improvement［J］. Vacuum， 2022，195：110700.
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