石墨與金屬焊接技術研究現(xiàn)狀

孔德浩，張銘雨，季雨凱，韋勇，鐘志宏，宋奎晶

（合肥工業(yè)大學，合肥 230009）

0 前言

石墨具有低比重、低熱膨脹、高導熱導電、易加工及耐高溫、腐蝕、磨損、冷熱沖擊、疲勞等優(yōu)異性能，使其成為冶金、電子、汽車、核電、航空航天等領域不可或缺的材料。近年來，石墨在3C 產(chǎn)品、高功率多芯片組件、CT 機X 射線管等散熱領域的應用越來越廣泛。隨著武器技術的不斷進步，軍工電子產(chǎn)品逐漸向高功率化、高集成化方向發(fā)展，隨之而來的溫度升高及封裝材料與芯片之間熱應力的增大嚴重影響器件的性能、可靠性及服役壽命。散熱問題已經(jīng)成為制約高功率器件發(fā)展與應用的瓶頸。因此，熱沉材料選擇具有更高散熱能力、更低密度的導熱石墨片，并與結構材料鋁合金連接，是解決高功率電子器件封裝散熱難題的理想方案。

石墨的應用必然涉及到其與鋁、銅、鋼、鎢及鉬等合金材料連接的問題。然而，石墨與金屬的物理力學性能（熔點、熱膨脹系數(shù)、彈性模量等）和冶金性質(zhì)（成鍵類型、微觀結構等）的巨大差異導致冶金連接困難，特別是焊接界面的殘余應力將直接導致連接界面甚至石墨本體開裂，制約了高熱通量散熱結構的一體化成形。目前石墨與金屬的連接方法主要有粘結、機械包嵌、真空釬焊、真空擴散焊等[1?2]，研究最多、應用最廣的焊接方法當屬釬焊和擴散焊。其中，釬焊以其加熱溫度低、對母材組織和性能影響較小、焊接變形較小、可實現(xiàn)批量生產(chǎn)等優(yōu)點，是石墨與鋁、銅、鎢、鉬、鈦、鐵合金連接中較為常用且效果較好的連接方法，采用釬料包括Ag-Cu-Ti，Al-Cu，Sn-Ag-Cu-Ti，Ni-Cr-P-Cu，Ti-Zr-Cu-Ni 等。此外，添加中間層的擴散焊乃至于放電等離子焊接也有了一定的運用。通過金屬中間層的構建，可以降低界面熱阻；也可以通過焊接表面改性處理實現(xiàn)其與金屬連接性能的過渡。Barako 等學者[3]發(fā)現(xiàn)：碳材料的焊接相對于其它物理連接方法，可以獲得降低很多的界面熱阻及較良好界面連接性能。文中將回顧石墨與金屬的各種連接技術，對成果進行對比總結，對石墨/金屬焊接技術的未來發(fā)展進行展望。

1 石墨與合金的釬焊

盡管各種結構的碳材料在性質(zhì)上存在差別，但其原子結合方式多為共價鍵，與存在大量自由電子的金屬材料有很大差異。這使得碳材料和金屬材料的冶金相容性較差，導致碳材料和金屬的釬焊存在諸多難點。近年來，較多研究表明：通過向釬料中加入活性元素，在釬焊過程中碳材料與活性元素在固液界面處發(fā)生界面反應，形成連續(xù)的界面反應產(chǎn)物(碳化物)，達到較良好濕潤石墨表面的效果，從而實現(xiàn)碳材料與金屬的冶金連接。

1.1 石墨與鋁合金的釬焊

劉新亞[4]采用Sn5Ag8Ti 及Sn5Ag2Ti1Al 活性釬料分別在450 ℃保溫條件下開展真空釬焊及超聲波輔助釬焊試驗，研究了超聲波對石墨/6063 鋁合金（熔點568～652 ℃）釬焊的輔助作用。結果表明：在超聲波作用下，釬料與石墨的潤濕性顯著提高，一方面是由于超聲波的能量加熱和振動共同作用破除了釬料與母材表面的氧化膜，另一方面是因為超聲能量的引入使得釬料中的Sn-Ti 金屬間化合物更多的熔解到Sn 基體中，也即增加了活性元素Ti 的濃度。Ti 和Ag 原子分別對石墨和鋁合金選擇性正偏析。其中，Ag 和Al 互擴散形成電子化合物，又稱休姆?羅瑟里相。由于Ag 和Al 不能無限互溶，因此少量的Ag 原子只能在界面處偏聚。此外，根據(jù)Ti-Al 二元合金相圖可知，Al 與Ti 形成金屬間化合物，促進釬料與鋁合金側的連接。在真空釬焊中，釬料與石墨側的連接主要由TiC 界面反應占主導。當釬料中含有Al 元素時，由于有Al 元素的保護，界面上Ti 元素較少與氧反應，Ti 元素損失較少，Ti 元素的濃度更高，因此更多的Ti 元素向石墨擴散，生成的TiC 層相比無Al 釬料時更厚。在大氣環(huán)境中進行超聲波輔助釬焊時，由于超聲無法徹底根除釬料氧化膜，使得Ti 元素向石墨擴散困難，界面僅形成約20 nm 厚的非晶TiC 層，經(jīng)TEM 觀察表征得到，極薄的TiC 層仍起到改善釬料在石墨表面潤濕性的作用。該研究側重釬料潤濕性及連接機理研究，并未開展接頭力學性能的測試，且低溫焊接元素擴散動力不足，造成TiC 的SEM 觀察表征困難。

石墨側TiC 的反應生成式為[5]

根據(jù)熱力學計算，以上界面反應是完全可以進行的，石墨/SnAgTi 釬料/鋁接頭反應產(chǎn)物及焊后組織結構如圖1 所示。然而，因溫度遠低于Ti 的熱激活溫度，Ti 和C 之間的元素互擴散不足，影響界面鍵合質(zhì)量。

圖1 石墨/SnAgTi 釬料/純鋁超聲輔助釬焊接頭[5]

Wojdat 等學者[6]通過電鍍及冷噴涂的方式在石墨表面鍍銅，而后在低溫下實現(xiàn)石墨與6060 鋁合金的良好焊接。結果發(fā)現(xiàn)：采用電鍍銅層的接頭連接質(zhì)量較好，僅在樣品邊緣存在一些氣孔、焊劑殘留物缺陷，對接頭性能的影響可以忽略。而采用冷噴涂沉積夾層的接頭可以觀察到一些裂紋和孔隙，接頭抗剪強度約為17.6 MPa。

Tuan 等學者[7]采用68.8Ag-16.7.Cu-4.5Ti（質(zhì)量分數(shù)，%）釬料，選擇釬焊溫度1 050 ℃、保溫時間15 min進行了石墨與氧化鋁陶瓷連接。通過XRD 分析發(fā)現(xiàn)：石墨與釬料界面的碳化物過渡層形成了冶金連接，且該碳化物過渡層幾乎對導熱性能沒有影響。

為了研發(fā)用于金屬與非金屬連接的活性釬料，許多研究開展了活性元素在不同條件下化學活性的分析。Chen 等學者[8]計算了SnAgTi 及SnTi 體系的熱力學數(shù)據(jù)，證明Ti 元素的活度系數(shù)隨著Ag 元素的含量升高而提升。Zhang 等學者[9]研究發(fā)現(xiàn)，Ti 在Ag中的活性系數(shù)約是其在Cu 中的30 倍以上，且Ag 元素可以促進Ti 元素與C 元素形成TiC，因此提高釬料中Ag 元素的含量可以顯著的促進活性元素Ti 與石墨的反應。

除釬焊之外，學者也嘗試研發(fā)新的石墨/鋁合金焊接工藝。Strawn 等學者[10]通過攪拌摩擦焊實現(xiàn)了石墨與6061 鋁合金的焊接，如圖2 所示，但接頭強度很低，后續(xù)仍需優(yōu)化工藝以提升接頭強度。

圖2 石墨/鋁合金攪拌摩擦焊接頭形貌[10]

1.2 石墨與銅合金的釬焊

在石墨與銅合金釬焊方面，應用最廣泛研究最深入的釬料是AgCuTi 釬料。劉嚴偉等學者[11]在石墨/銅的釬焊中，采用Ti 元素含量為8%的Ag-Cu-Ti 釬料，相應的釬料熔點為850 ℃左右。發(fā)現(xiàn)最優(yōu)化的釬焊溫度為910 ℃、保溫時間為10 min，最高接頭抗剪強度約為15.4 MPa。

張小英等學者[12?13]采用Ag-Cu-Ti 釬料，分別在添加及不添加Nb 中間層的情況下，釬焊C/C 復合材料和純銅，釬料與石墨的良好結合通過反應生成的TiC 中間層實現(xiàn)。界面反應顯著改善了釬料與石墨的濕潤性，同時添加Nb 中間層的接頭擁有更高的抗彎強度。

Singh 等學者[14]采用Ag-Cu-Ti 釬料連接泡沫石墨和預置Mo 鍍層的銅合金，發(fā)現(xiàn)Ti 元素在石墨側存在富集，而Cu 元素多富集于Cu/Mo/釬料界面。

除了Al-Cu，Ag-Cu-Ti，Ag-Cu-Sn-Ti 及添加過渡層或增強相的釬料以外，學者也開發(fā)出了其它合金體系的活性釬料。Branca 等學者[15]采用Cu-Ti 釬料連接C/C 復合材料與Cu 合金，為了控制界面金屬間化合物層的厚度，在釬料中加入一定量的碳纖維，與釬料中的Ti 元素形成復合材料，使得生成的脆性TiC 化合物層厚度降低，提高了接頭強度。

Zhang 等學者[16]采用Ni-Cr-P-Cu 釬料釬焊石墨與銅合金，分析了釬焊溫度對接頭抗剪強度的影響。因釬料中添加Cr 為活性元素，界面反應產(chǎn)物主要為Cr2C3。當焊接溫度為950 ℃時，接頭抗剪強度最高，達到60 MPa，隨著溫度升高至980 ℃，接頭抗剪強度降低為37 MPa，釬焊界面處可以觀察到明顯的裂紋，這可能是由于高溫下釬料與石墨的熱膨脹系數(shù)及彈性模量相差較大引起的。Zhou 等學者[17]采用Ti-Zr-Cu-Ni 箔狀釬料實現(xiàn)了滲硅石墨與鉻鋯銅合金的釬焊連接，連接界面上可以觀察到裂紋，當采用鉬和無氧銅作為緩沖層時可以減少裂紋的出現(xiàn)，大大提高接頭剪切強度，最高可超過20 MPa。

謝鳳春[18]采用TiZrNiCu 非晶釬料釬焊石墨/Cu，獲得的接頭界面結構為石墨/TiC/Ti-Cu，Cu-Zr，Ni-Ti系金屬間化合物/Cu 基固溶體/Cu，接頭抗剪強度最大值為26 MPa，接頭平均電阻為3.3 m?。采用AgCuTiSn 粉末釬料（圖3）時，石墨/AgCuTiSn/Cu 釬焊接頭界面結構為石墨/TiC/Ti3Sn+Ag(s.s)+Cu-Sn 化合物+Cu(s.s)/Cu(s.s)/Cu，經(jīng)分析，界面反應可分為4個階段：表面物理接觸；Sn 元素的熔化，其它元素的局部熔解；原子擴散、母材熔解、釬料向母材滲入及形成界面反應層；金屬間化合物的析出、Ag(s.s)和Cu(s.s)的凝固，最佳工藝下，接頭的抗剪強度為24 MPa。

圖3 界面元素分布（AgCuTiSn 釬料）[18]

朱艷等人[19]采用SnAgCu 釬料釬焊鍍Ni 石墨與銅，釬焊溫度較低且保溫時間較短。經(jīng)研究，確定最佳釬焊工藝：釬焊溫度為275 ℃、保溫時間為30 s，接頭抗剪強度為20 MPa，碳化物層厚度隨保溫溫度升高及保溫時間延長而增加。采用Ag-Cu-Ti 釬料對石墨/銅進行真空釬焊，得到的接頭組織為石墨/TiC/Ag-Cu 共晶組織+銅基固溶體/釬料與銅的擴散層/銅，確定最佳釬焊工藝：釬焊溫度為870 ℃、保溫時間為15 min，接頭抗剪強度最高可達到17 MPa。

黃曉猛等學者[20]研究了低溫焊接石墨與銅合金的方法，先采用Ag-Cu-Ti 合金焊膏對石墨表面進行真空活性金屬化，再采用Sn-Ag 釬料在低溫下與銅連接，Ag-Cu-Ti 合金焊膏在石墨表面作用明顯，生成TiC化合物反應層，石墨表面的釬料層厚度約為60 μm；Sn-Ag 合金釬料與石墨金屬層潤濕良好，潤濕角為16°，中間反應層以Ag3Sn 金屬間化合物為主。當保溫時間為10～15 s 時，接頭抗拉強度最高達到39 MPa。

魏艷妮等學者[21]設計了一種波形界面提高銅石墨接頭強度的方法，以解決銅/石墨異質(zhì)接頭的連接強度不高的問題。采用Cu 和TiH2組成的釬料解決了Cu 在石墨表面潤濕性差的問題，并且引入了波形界面結構(即波形凹槽)，既增大了銅/石墨的連接面積，還改善了接頭殘余應力的大小和分布狀態(tài)。

1.3 石墨與其它合金的釬焊

近年來，因應用需求，石墨與其它金屬釬焊的研究也有報道。Hammond 等學者[22]采用在石墨表面沉積Cr3C2，在鎢表面液相燒結Ni-Fe-W 合金的方法，采用銅基釬料實現(xiàn)了石墨/鎢的連接，連接質(zhì)量良好。

劉瑞芬[23]使用加入一定質(zhì)量分數(shù)的石墨烯制成的TiNiCu 復合釬料實現(xiàn)了石墨/鎢真空釬焊連接，加入GNPs 的釬料在熔煉時發(fā)生冶金反應生成了新相TiC，這些TiC 相傾向于均勻分布在Ti2(Ni,Cu)周圍，起到細化釬縫組織的效果。

丁立平等學者[24]采用Ti 基釬料在較低溫度下（1 600～1 900 ℃）實現(xiàn)石墨/鎢真空反應釬焊并滿足高溫（2 500 ℃以上）使用要求，討論了釬焊接頭再熔化溫度提升的機理。

熊國剛[25]采用Ti 基釬料及Zr 基釬料釬焊石墨與TZM 合金。Ti 基釬料與石墨和TZM 合金通過接觸反應釬焊和擴散釬焊形成性能良好的釬接組織。釬縫由TiC，Ti 和Ti-Mo 固溶體等組成，其中TiC 提高了接頭的力學性能，抗剪強度大于13.0 MPa，斷裂大多發(fā)生于石墨基材，且釬縫重熔溫度高于1 600 ℃，滿足高溫使用要求。在加壓條件下，采用Zr 釬料獲得的釬縫組織由ZrC，Zr 及Mo-Zr 等組成，抗剪強度大于10.1 MPa，但釬料存在流失現(xiàn)象，接頭質(zhì)量穩(wěn)定性較差。

1.4 活性釬料的作用和潤濕性研究

金屬與石墨連接主要需突破2 個技術瓶頸，其一是界面冶金不相容，其二則是極高的界面殘余應力。因此，選擇和設計合理的釬料及過渡層以改善連接質(zhì)量，對于保障連接構件的高可靠性、長壽命運行至關重要。

活性釬焊法是針對以上問題提出的可行方案，指的是通過在釬料金屬中添加活性元素或碳化物形成元素（如 Ni，V，Mn，Ti，Cr，Al 及Si 等）以提高釬料合金的活性，或使其在釬焊過程中在界面處形成碳化物過渡層，進而實現(xiàn)金屬在碳材料表面潤濕鋪展的方法[26]。

Naidich 等學者[27]研究了釬料中常用元素在石墨表面的濕潤性。金屬在石墨表面的潤濕性與物理、化學和冶金性質(zhì)綜合因素有關。在其研究中，Sn，Ag，Cu，Pb，Sb 及In 等元素與石墨的濕潤角均在90°以上，無法濕潤石墨表面。隨著溫度的升高，濕潤性逐漸增強，但即便達到了1 000 ℃的高溫，仍難以濕潤石墨表面。

劉金狀等學者[28]研究了Ni 及Ti 元素與石墨的濕潤性，采用座滴法測量了Ni 粉及Ti 粉與石墨的接觸角。研究發(fā)現(xiàn)：當Ti 元素含量較低時，濕潤性并不隨元素含量的變化而變化；但當Ti 元素較高時，潤濕性會隨著Ti 元素含量的提升而顯著提升；保溫時間對Ni 元素含量并沒有明顯的影響。

Hu 等學者[29]添加Cr 元素至SnAgCu 釬料中，研究了其在石墨表面的濕潤性。結果發(fā)現(xiàn)：當Cr 元素質(zhì)量分數(shù)超過3%時（圖4），釬料在石墨表面表現(xiàn)出良好的濕潤性。溫度較低時，釬料在石墨表面潤濕性較差；當溫度提升到750 ℃以上時，形成的碳化物反應層對提升釬料潤濕性有顯著作用。

Fu 等學者[30]研究了Ti 元素對SnAgCu 釬料在石墨表面濕潤性的影響。當Ti 元素質(zhì)量分數(shù)達到5%時，濕潤角最小，達到21°。當溫度達到900 ℃以上時，界面處生成碳化物層。

馬天軍等學者[31]采用陰極電弧離子鍍技術在熱解石墨基材上制備CrNi 膜層，隨后研究了Ag72Cu28釬料在其表面的濕潤性。通過測量發(fā)現(xiàn)：釬料與石墨的濕潤角可以達到12°，濕潤性良好。

大量研究表明：活性元素不僅在金屬鍵和共價鍵之間搭建了中間橋梁，從根本上解決了金屬與非金屬之間不能互溶和反應的問題，也通過在界面上引入具有延展性且熱膨脹系數(shù)適中的合金過渡層，一舉起到了緩沖連接界面應力的作用。

石墨自身抗拉強度相對較低，而石墨和金屬高溫釬焊連接及在高溫環(huán)境中服役時的界面熱應力水平很高，嚴重時接頭發(fā)生開裂。選擇Ag-Cu-Sn 及Al-Si-Cu 基低熔點釬料，通過釬料成分調(diào)控可將釬焊時連接溫度降低。通過降低連接時釬焊溫度，從而改善連接母材與被連接母材之間的熱錯配，是降低接頭殘余應力的解決方案。Ag-Cu-Sn 釬料中添加質(zhì)量分數(shù)為10%的Sn 時，釬料熔化溫度為600～730 ℃，比如Ag-Cu-Sn10-Ti1 用于金剛石和銅釬焊時，焊接溫度選擇為750 ℃；Al-Si-Cu 釬料中當三者為共晶成分A1-5.5Si-28Cu 時，共晶溫度為525 ℃，在此基礎上引入Ti 等活性元素能夠滿足碳材料與鋁，銅等合金的高質(zhì)量連接要求。低熔點釬料還包括低熔點玻璃釬料及低溫軟釬料。一般認為玻璃釬料脆性較大；低溫軟釬料包括 Sn-Ag-Cu，Sn-Pb，Sn-Zn 等，接頭強度較低，同時由于接頭服役溫度較高，會引起軟釬焊接頭蠕變失效。

由此可見，采用單一的高熔點釬料和低熔點釬料無法實現(xiàn)連接性能和熱應力的良好匹配，引入過渡層是平衡以上矛盾點的有效方案。傳統(tǒng)的石墨和金屬焊接時，一般采用電鍍、化學鍍等工藝在石墨上沉積一層金屬層，然后采用釬焊或者擴散焊連接。但電鍍、化學鍍等手段在石墨上形成的金屬層只是機械結合，抗拉力較低，這也嚴重影響了后續(xù)焊接的可靠性。近幾年，也有學者提出采用活性金屬粉末預金屬化后再進行焊接的工藝，經(jīng)重復性驗證試驗發(fā)現(xiàn)，采用高溫金屬粉末金屬化工藝，容易造成石墨表面反應層過厚，極大降低石墨與金屬的焊接強度。綜合比較認為，采用磁控濺射金屬層沉積工藝，金屬層和石墨之間可以形成納米級的金屬間化合物連接界面，后續(xù)采用釬焊工藝進行石墨和金屬的焊接后，連接強度取得了較大的提高。這對提高石墨和金屬連接可靠性有著較大的技術意義。

2 石墨與金屬的擴散焊

由于液態(tài)釬料借助毛細作用滲入到石墨孔隙內(nèi)具有一定難度，導致釬焊過程中釬料向石墨的滲透深度有限，而加壓擴散連接能有效彌補石墨與金屬擴散連接時該方面的不足[32]。

李啟壽等學者[33]以AgCuTi 合金粉末為過渡層對石墨與紫銅進行擴散連接試驗。分析認為，接頭界面組織結構（圖5）為：石墨/TiC/銅基固溶體+富銀區(qū)/銅。在保溫溫度870 ℃、焊接壓力200 kPa、保溫保壓時間10 min 的工藝條件下，接頭抗剪強度為17 MPa，且斷裂發(fā)生于石墨。在該溫度下，Ti 元素向石墨界面偏聚，反應生成TiC，使得過渡層可以濕潤石墨表面，以實現(xiàn)冶金連接，通過Cu 母材向液態(tài)過渡層熔解形成典型的共晶連接。

溫亞輝等學者[34?35]以Cr，Ni 混合粉末做中間層，在焊接溫度為1 650 ℃，保溫時間1～2 h，加壓0.1 MPa條件下對鉬和石墨進行擴散焊接。焊接過程與瞬時液相擴散焊連接機理一致，石墨基體中也明顯有含合金元素的新相生成，有利于實現(xiàn)基體與中間層的連接。在此基礎上，溫亞輝等學者分別以Cr-Ni 粉、Cr-Ni-Cu 壓制薄片、Cr-Ni-Ti 粉作中間層于1 650 ℃下真空保溫1 h 對鉬和石墨進行焊接，其中以Cr-Ti 粉作中間層時所得接頭的抗剪強度最大，約為14 MPa，超過了石墨的抗剪強度（10 MPa）；3 種焊接接頭界面都有脆性相出現(xiàn)，其分布受中間層的成分和形成的固溶體影響，而且脆性相中存在大量微裂紋，是影響接頭抗剪強度的因素之一。

高百武[36]在石墨表面鋪上一層厚度為0.1 mm的45 μm（320 目）石墨粉后，在1 220 ℃下保溫45 min實現(xiàn)了石墨板與16Mn 鋼板的擴散焊連接，在800 ℃的使用條件下不脫層，常溫使用時也沒有分層現(xiàn)象，滿足作為模具的使用要求。

劉慧云等學者[37]采用放電等離子技術對石墨和980 鋼異種難焊材料進行焊接，在焊接溫度950 ℃、壓力40 MPa、保溫3 min 的工藝下，石墨／980 鋼接頭界面結合良好，無微觀缺陷；界面區(qū)鋼側過渡區(qū)出現(xiàn)了先共析滲碳體，石墨側過渡區(qū)特征不明顯。脈沖放電產(chǎn)生的放電沖擊波及電子、離子在電場中反方向的高速流動，可使980 鋼表面的氧化膜在一定程度上被擊穿，使試樣得以凈化、活化；焊接壓力促進材料界面在微觀尺度上發(fā)生塑性變形進而緊密接觸；焊接溫度為原子擴散提供了躍遷激活能；定向電場為元素擴散提供驅(qū)動力，促進了界面C 原子與Fe，Cr反應生成碳化物。

3 石墨與金屬連接性能

石墨與金屬連接需通過提升連接界面質(zhì)量以保證性能，充分發(fā)揮石墨本體的優(yōu)越性能。一般情況下，接頭力學性能（包括室溫和高溫強度）是基本要求，根據(jù)現(xiàn)有報道數(shù)據(jù)可知，常規(guī)石墨（室溫抗剪強度為10 MPa）與金屬連接接頭室溫抗剪強度平均值在20 MPa 左右，高強石墨（室溫抗剪強度為65 MPa）與純銅連接接頭室溫抗剪強度最高達60 MPa。此外，功能性石墨與金屬連接部件還需評價導電、導熱、熱震或者氣密性能。謝鳳春[18]面向碳換向器制造，采用TiZrNiCu 非晶釬料釬焊石墨/Cu，在1 223 K×900 s和1 173 K×600 s 參數(shù)下獲得接頭的平均電阻為3.3 m?和3.2 m?，均滿足使用要求，并且從電阻極差、相鄰葉片電阻差、方差等因素分析，得到在1 223 K/900 s試驗條件下獲得接頭電阻具有最高的穩(wěn)定性。程皓月等學者[38]面向衛(wèi)星電子載荷模塊發(fā)熱量激增引起的散熱問題，設計了石墨鋁Al/Gp420/40 固態(tài)均熱板并測試了其導熱性能，經(jīng)測試，均熱板內(nèi)的石墨鋁與鋁合金界面接觸熱阻較小，均熱板的面內(nèi)導熱系數(shù)相比鋁合金大幅度提升，且均熱板經(jīng)熱沖擊后，導熱性能變化不大。袁博等學者[39]面向微波電真空器件行波管制造需求，采用真空多弧離子鍍技術在熱解石墨基體表面蒸鍍Cr 膜和Ni 膜，以對熱解石墨表面進行改性，隨后將之與Cu 合金部件在氫氣爐中焊接，滿足了封接的氣密性要求。隨著石墨與金屬互連組件應用需求增加，超聲輔助焊接、放電等離子焊接、表面鍍膜等新技術持續(xù)發(fā)展，有關石墨與金屬組織與性能調(diào)控方面的研究數(shù)據(jù)將不斷積累，為工業(yè)應用提供更成熟的技術保障。

4 結束語

（1）石墨/金屬連接涉及到界面反應和原子擴散問題，需建立焊接工藝與界面組織演變之間的定量關聯(lián)，以實現(xiàn)界面微觀組織的精準調(diào)控，為提高連接性能提供科學指導依據(jù)。

（2）在散熱領域，亟需突破石墨與鋁合金連接可靠性差、連接界面易開裂造成界面熱阻高的難題。目前，研發(fā)的釬料和合金過渡層普遍具有較高的熔點，致使石墨與金屬的連接溫度較高，這對石墨與鋁合金的連接提出更大挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)低熔點高活性的釬料及中間層仍是目前國內(nèi)外的研究重點。在此基礎上，需通過焊接接頭熱導率測試豐富界面熱阻數(shù)據(jù)庫，并建立其與釬料合金類型、焊合率等之間的數(shù)理模型。

（3）開展石墨/金屬連接界面熱應力的精確模擬和調(diào)控，為焊接工藝和材料優(yōu)化提供借鑒。

（4）超聲輔助釬焊在解決活潑金屬易氧化造成的金屬與石墨潤濕不良問題方面具有潛在優(yōu)勢，是實現(xiàn)石墨與金屬在低溫大氣環(huán)境中連接需關注的工藝。相關研究將為工程化應用提供工藝指導和理論基礎。

（5）由于石墨具有良好的導電性，因此，放電等離子釬焊及放電等離子擴散焊在石墨與金屬連接方面具有獨特的發(fā)展優(yōu)勢。

（6）采用磁控濺射等鍍膜方法在石墨表面制備梯度過渡層，實現(xiàn)物理、冶金和力學多影響因素協(xié)同調(diào)控方面具有顯著優(yōu)勢，發(fā)展前景良好。