原位生成Cu2Al6B4O17晶须增强界面的高强度Al2O3陶瓷气焊连接机制与性能研究

为解决Al2O3陶瓷连接强度不足的问题，研究人员通过Ag-CuO钎料中添加B2O3，首次实现Cu2Al6B4O17晶须的原位合成。结合SEM、EPMA、XRD分析和蒙特卡罗模拟，证实晶须遵循固-液-固(SLS)生长理论，其通过应力松弛和热膨胀系数调控使接头剪切强度达86.7 MPa，为高性能陶瓷连接提供新策略。

　　

陶瓷材料在高温、腐蚀等极端环境下的应用需求日益增长，但Al₂O₃陶瓷的连接技术长期面临强度低、残余应力大等挑战。传统钎焊方法形成的接头易因热膨胀失配产生裂纹，而现有增强手段往往工艺复杂或成本高昂。如何通过微观结构设计实现界面强化，成为突破性能瓶颈的关键。

为解决这一问题，研究人员在《Materials Characterization》发表的研究中，创新性地将B₂O₃引入Ag-CuO钎料体系，在1000°C空气环境下实现了Al₂O₃陶瓷的高效连接。通过扫描电镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA)观察到，钎缝中首次原位生长出针状Cu₂Al₆B₄O₁₇晶须，X射线衍射(XRD)证实其晶体结构。结合蒙特卡罗模拟，揭示了晶须通过固-液-固(SLS)机制生长的动态过程：B₂O₃作为助熔剂持续溶解Al₂O₃和CuO，通过液相输送至晶须生长前沿。

微观结构表征显示，晶须呈三维网状分布，其与基体的紧密接触形成机械互锁结构。力学性能测试表明，晶须通过两种机制提升强度：微观层面，针状结构通过裂纹偏转和桥接效应实现应力松弛；宏观层面，晶须网络调节局部热膨胀系数(CTE)，使残余应力降低37%。工艺优化实验证实，在1000°C保温60分钟条件下，接头剪切强度达86.7 MPa，较传统钎焊接头提高约2倍。

该研究的意义在于：首次阐明Cu₂Al₆B₄O₁₇晶须的原位合成机制，为陶瓷连接界面设计提供新思路；开发的空气钎焊工艺避免真空设备需求，具有成本优势；建立的SLS生长模型可指导其他晶须增强材料的制备。值得注意的是，研究者指出晶须取向控制将成为下一步重点，以进一步提升各向异性力学性能。这项成果不仅推动结构陶瓷连接技术的发展，其界面强化原理对复合材料设计也有借鉴价值。