新型Ag-CuO-Nb2O5钎料反应性空气钎焊YSZ陶瓷的界面演化与剪切强度研究

为解决YSZ（氧化钇稳定氧化锆）陶瓷在高温电化学器件中的连接难题，研究人员通过引入Nb2O5改性Ag-CuO钎料，系统探究了其对YSZ润湿性、界面行为及接头强度的影响。结果表明，1% Nb2O5添加使接触角降至26°，剪切强度提升至100 MPa，界面结构演变为Ag/Nb-ZrO2。该研究为高性能YSZ连接提供了新策略，发表于《Surfaces and Interfaces》。

　　

氧化钇稳定氧化锆（YSZ）陶瓷因其卓越的高温离子导电性和机械性能，被广泛应用于固体氧化物燃料电池（SOFC）和高温传感器等领域。然而，如何实现YSZ陶瓷的可靠连接一直是制约其工程化应用的瓶颈。传统钎焊技术面临润湿性差、接头强度不足等问题，而反应性空气钎焊（RAB）因其工艺简单和抗氧化性优异成为研究热点。

为突破这一技术壁垒，来自佛山豪材新材料科技有限公司（Foshan Haocai New Material Technology Co., Ltd）的研究团队创新性地将Nb₂O₅引入Ag-CuO钎料体系，系统研究了Nb₂O₅含量对YSZ润湿行为、界面演化及力学性能的影响。相关成果发表在材料界面领域权威期刊《Surfaces and Interfaces》上。

研究团队采用高温润湿实验、剪切强度测试结合第一性原理计算（DFT）等多尺度研究方法。通过接触角测量仪定量分析钎料润湿性，利用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）表征界面微观结构，并基于密度泛函理论计算界面粘附功（W_a）和电荷密度差（CDD）以揭示界面键合机制。

润湿性与界面行为
研究发现，Nb₂O₅添加显著改变界面反应路径：当含量从0.5%增至8%时，主导界面结构从Ag/CuO/ZrO₂经Ag/CuO/Nb-ZrO₂最终转变为Ag/Nb-ZrO₂。值得注意的是，过量Nb₂O₅（>1%）会导致YSZ基体发生退化，形成多孔损伤层。

力学性能优化
剪切强度测试显示，1% Nb₂O₅添加使接头强度达到峰值100 MPa，较传统Ag-CuO钎料提升约150%。DFT计算证实，Nb原子部分取代Zr原子可增强CuO与ZrO₂的界面结合，其机制源于界面处形成的强键合Ag-O和Nb-O化学键。

结论与展望
该研究不仅阐明了Nb₂O₅在Ag-CuO/YSZ体系中的双重作用——既促进润湿又引发基体退化，更通过界面工程设计实现了强度突破。研究成果为开发新一代高温陶瓷连接材料提供了理论依据，对SOFC等能源器件的制造具有重要指导意义。未来研究可进一步优化Nb₂O₅添加量并探索其他稀土氧化物改性策略。