哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
ZrO2陶瓷由于其高硬度、良好耐高温性等优点，被广泛用作光学窗口、氧
441
传感器和固体氧化物燃料电池等。不锈钢由于其与固体氧化物燃料电池的
其它部件匹配性能好且化学相容性好，被广泛应用于支撑体和连接体材料中。
随着时代的更迭，更多的行业已经在实际使用中要求陶瓷和金属的共同应用，
因此实现ZrO2陶瓷和441不锈钢的可靠连接十分必要。空气反应钎焊由于在高
温氧化气氛中进行，因此获得的接头抗氧化性能良好，且具有成本低廉、操作
简易、低设备要求等优势。本课题首先探究了Ag-8mol.%CuO钎料在不同晶向
的ZrO2陶瓷上的润湿性差异，选取最优晶体取向的陶瓷，之后采用空气反应钎
焊成功实现了ZrO2陶瓷和441不锈钢的可靠连接，然后采用复合钎料法，向
Ag-8mol.%CuO钎料中加入SiO2增强相对接头残余应力进行缓解，最后采用拉
曼光谱法，对ZrO/441不锈钢接头进行残余应力测量，给出拉曼频移应力定量-
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X(XRD)(SEM)
转换关系，分析接头的应力分布状况。利用射线衍射仪、扫描电镜、
拉曼光谱仪等多种分析手段，对焊接接头的微观结构、力学性能以及受力情况
进行了详细的分析。
首先研究了Ag-8mol.%CuO钎料在不同晶向的ZrO陶瓷上的润湿性，大
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气条件下1050°C/30min，发现随着加热过程的进行，Ag-8mol.%CuO钎料
970℃以后在母材上的润湿角基本稳定，此时在111、110、100三种不同
晶向的ZrO陶瓷表面的润湿角分别为37.4°、39.6°、44.1°，而后冷却至室温，
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测得最终润湿角分别为45.4°、49.6°、54.5°，表明Ag-8mol.%CuO钎料在111
晶向的ZrO2陶瓷上的润湿性更好。
使用Ag-8mol.%CuO钎料在空气条件下成功进行了ZrO2陶瓷和441不锈
钢的钎焊连接。探究了钎焊温度以及保温时间对接头组织性能的影响规律。随
着钎焊的温升或时间延续，接头强度先大后小，1050℃/30min为该体系的最佳
工艺参数，此时得到的接头强度最高，为46.9MPa，接头界面结构为：
ZrO/CuO/Ag+CuO/(Fe,Cr,Cu)O/Fe-Cr。
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陶瓷与钎料CTE的区别导致焊接过后较大的应力在冷却过程中于接头处产
生，严重损害接头性能。因此构建Ag-CuO-SiO2复合钎料体系对ZrO2陶瓷和
441不锈钢进行空气反应钎焊连接，探究了钎焊工艺参数温度、时间、(SiO2含
)1050℃/30minAg-8
量对接头组织和性能的影响。确定了最优工艺参数为：，
mol.%CuO+1wt.%SiO2。此时接头的剪切强度最高，为53.00MPa，相较于未添
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加SiO的接头强度提升了13.01%，说明SiO的添加对接头的力学性能起到了
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一定的改善。接头的界面结构为：ZrO/ZrSiO+CuO+SiO/Ag+CuO+SiO/(Fe,Cr,
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