Ti含量调控Sc2W3O12颗粒增强Ag-Cu-Ti钎料连接SiC/Cu接头的微观结构与性能研究

为解决SiC/Cu钎焊接头因热膨胀系数差异导致的应力集中问题，研究人员通过调控Ag-Cu-Xwt%Ti@Sc2W3O12钎料中Ti含量，优化界面反应层组成与形貌。结果表明，Ti含量增加使界面相由TiC转变为TiC+Ti5Si3，剪切强度提升至48.7 MPa，为AgCuTi2钎料的2倍，为负膨胀材料在陶瓷-金属连接中的应用提供理论支撑。

　　

研究背景与意义
碳化硅(SiC)陶瓷因其优异的耐高温、耐腐蚀性能，在新能源车、航空航天等领域广泛应用，但与金属铜(Cu)连接时存在热膨胀系数(CTE)严重失配问题。传统钎焊工艺中，SiC/Cu接头因冷却应力易发生界面开裂，制约了其在IGBT模块等电子封装场景的可靠性。如何通过材料设计缓解残余应力成为研究焦点。负热膨胀材料Sc₂W₃O₁₂的引入虽可调节CTE，但其与活性元素Ti的过度反应会消耗界面成相所需Ti，导致连接强度下降。为此，中国某研究团队系统探究了Ti含量对Ag-Cu-Xwt%Ti@Sc₂W₃O₁₂复合钎料连接SiC/Cu接头的影响机制，相关成果发表于《Materials Today Communications》。

关键技术方法
研究采用固相法合成Sc₂W₃O₁₂粉末，通过SEM和XRD表征其形貌与物相；设计不同Ti含量(2-8wt%)的Ag-Cu-Ti钎料，添加6wt% Sc₂W₃O₁₂颗粒制备复合钎料；在880℃保温15分钟条件下钎焊SiC/Cu接头，利用EDS和剪切试验分析界面微观结构与力学性能。

研究结果

1. Sc₂W₃O₁₂粉末特性
   SEM显示粉末呈条状团聚体，平均粒径0.5 μm，XRD证实其为单一斜方晶系结构，为后续复合钎料制备奠定基础。

2. Ti含量对界面相演变的影响
   低Ti含量(2wt%)时界面仅生成TiC层；增至4wt%后出现Ti₅Si₃相，界面层由连续平直转变为离散颗粒状，表明Ti活性显著影响反应路径。

3. 力学性能提升机制
   剪切强度随Ti含量增加呈先升后降趋势，4wt% Ti时达峰值48.7 MPa，较传统AgCuTi2钎料提升104%。界面Ti₅Si₃相的弥散分布有效缓解应力集中。

结论与意义
该研究揭示了Ti含量通过调控Sc₂W₃O₁₂/Ti反应平衡实现界面优化的机制：适量Ti(4wt%)既可保证Sc₂W₃O₁₂的CTE调节作用，又能形成强韧结合的TiC+Ti₅Si₃复合界面。成果为负膨胀材料在电子封装钎焊中的应用提供了成分设计窗口，Xiao Qiang等作者提出的"活性元素梯度调控"策略对开发高可靠性陶瓷-金属连接技术具有普适指导价值。