將碳纖維增強(qiáng)碳基復(fù)合材料（Cf/C）與金屬連接一直是高溫航空航天制造中的難題。西北工業(yè)大學(xué)李金正教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位，提出一種基于面心立方結(jié)構(gòu)FeCoNiAlCuTi高熵合金的釬焊新策略。該研究成功抑制了傳統(tǒng)釬焊中易形成的連續(xù)脆性界面相，顯著降低了接頭殘余應(yīng)力，相關(guān)成果已發(fā)表于《Advanced Composites and Hybrid Materials》。

傳統(tǒng)活性釬料中的鈦或鉻元素會(huì)與碳反應(yīng)生成碳化物以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕，但過(guò)度反應(yīng)會(huì)在界面形成連續(xù)的脆性層，成為裂紋擴(kuò)展的通道。研究團(tuán)隊(duì)利用高熵合金極高的混合熵特性，打亂了原子層面的有序排列，阻礙了脆性相的連續(xù)協(xié)同生長(zhǎng)。釬縫界面相呈破碎分散狀，未形成貫穿的脆性薄膜。同時(shí)，接頭內(nèi)部發(fā)育出包含反應(yīng)區(qū)、鈮固溶體帶和共晶區(qū)的多級(jí)分層結(jié)構(gòu)，界面處由延展性的富鐵鈷鎳鋁相錨定，形成機(jī)械互鎖幾何形貌。

有限元模擬顯示，傳統(tǒng)釬焊接頭的峰值Mises應(yīng)力高達(dá)371兆帕，而采用高熵合金調(diào)控后的接頭峰值應(yīng)力降至274兆帕，降幅約四分之一。延展性相橋接界面后，將部分載荷從脆弱的復(fù)合材料表面轉(zhuǎn)移至接頭內(nèi)部，通過(guò)塑性變形吸收能量，大幅緩解了陶瓷類復(fù)合材料與金屬間的熱膨脹失配問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，在1340攝氏度保溫20分鐘的真空釬焊工藝下，接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到40.7兆帕。該工藝溫度與現(xiàn)有難熔金屬及高溫組件連接的工業(yè)設(shè)備兼容，無(wú)需特殊基礎(chǔ)設(shè)施即可推廣。研究中采用的鈮中間層溶解于釬縫形成帶狀固溶區(qū)，作為柔性緩沖帶進(jìn)一步調(diào)節(jié)了應(yīng)力傳遞，將難熔金屬的傳統(tǒng)連接劣勢(shì)轉(zhuǎn)化為接頭力學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。

該工作展示了利用熱力學(xué)原理進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的新思路，通過(guò)多主元合金的本征高混合熵使脆性相生成在熱力學(xué)上變得不利。這一原則有望拓展至碳化硅復(fù)合材料與高溫合金、鈦鋁化物與鋼等其他難連接體系。盡管高熵合金釬料在成本、抗氧化性及長(zhǎng)期高溫服役性能方面仍需驗(yàn)證，但西北工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)已通過(guò)明確的微觀結(jié)構(gòu)工程，為極端溫度環(huán)境下復(fù)合材料與金屬的可靠連接提供了切實(shí)可行的技術(shù)方案。該項(xiàng)目獲國(guó)家自然科學(xué)基金等多項(xiàng)資助。

資料來(lái)源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-19。本文為資料編譯。