將碳纖維增強碳基復合材料（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)大學李金正教授團隊聯(lián)合西安航天發(fā)動機有限公司、哈爾濱工業(yè)大學等單位，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與碳反應(yīng)生成碳化物以實現(xiàn)潤濕，但過度反應(yīng)會在界面形成連續(xù)的脆性層，成為裂紋擴展的通道。研究團隊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。釬縫界面相呈破碎分散狀，未形成貫穿的脆性薄膜。同時，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合材料表面轉(zhuǎn)移至接頭內(nèi)部，通過塑性變形吸收能量，大幅緩解了陶瓷類復合材料與金屬間的熱膨脹失配問題。

實驗測試表明，在1340攝氏度保溫20分鐘的真空釬焊工藝下，接頭剪切強度達到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)連接劣勢轉(zhuǎn)化為接頭力學設(shè)計的優(yōu)勢。

該工作展示了利用熱力學原理進行材料設(shè)計的新思路，通過多主元合金的本征高混合熵使脆性相生成在熱力學上變得不利。這一原則有望拓展至碳化硅復合材料與高溫合金、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、抗氧化性及長期高溫服役性能方面仍需驗證，但西北工業(yè)大學團隊已通過明確的微觀結(jié)構(gòu)工程，為極端溫度環(huán)境下復合材料與金屬的可靠連接提供了切實可行的技術(shù)方案。該項目獲國家自然科學基金等多項資助。

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