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作者及研究机构
本研究由Juanli Deng、Hao Li、Mengjia Deng、Xiaoyu Xia、Jiaolong Liu、Shangwu Fan、Litong Zhang和Laifei Cheng共同完成。研究团队分别来自长安大学材料科学与工程学院以及西北工业大学热结构复合材料实验室。该研究于2021年6月15日发表在期刊《Materials Today Communications》上，论文标题为“Brazing of graphite and stainless steel with Ag-Cu-Ti filler: Effects of brazing process parameters on microstructure and mechanical properties”。
学术背景
本研究属于材料科学与工程领域，特别是钎焊（brazing）技术的研究。钎焊是一种用于连接异质材料的重要技术，尤其在航空航天领域具有广泛应用。石墨（graphite）因其高熔点、低电阻率、低热膨胀系数和低溅射腐蚀率等特性，被广泛用于航空航天、电解电极、高温轴承和卫星等精密仪器中。然而，石墨与不锈钢（stainless steel）的连接一直是一个技术难点，因为石墨与金属的润湿性较差，传统钎焊方法难以实现可靠连接。因此，研究石墨与不锈钢的钎焊技术具有重要的科学意义和工程价值。
本研究旨在探索使用Ag-Cu-Ti活性钎料（active filler alloy）连接石墨与不锈钢的可行性，并研究钎焊工艺参数（如温度和保温时间）对连接接头微观结构和力学性能的影响。研究的目标是优化钎焊工艺，确保接头具有高机械强度和良好的导电性，以满足离子推力器（ion thruster）中空心阴极（hollow cathode）的工作需求。
研究流程
研究流程包括以下几个主要步骤：
1. 材料准备：选用高强度石墨和430铁铬不锈钢（Fe-Cr SS）作为基材，Ag-Cu-Ti合金粉末作为钎料。石墨和不锈钢被加工成10 mm × 10 mm × 3 mm的样品，并对钎焊表面进行抛光处理。
2. 钎焊工艺：将样品组装成夹层结构，在真空炉中以5°C/min的加热速率加热至不同钎焊温度（850°C、900°C、950°C和1000°C），并在不同保温时间（10分钟、30分钟和60分钟）下进行钎焊。
3. 接头剪切强度测试：使用电子万能试验机以0.5 mm/min的加载速率测试钎焊接头的剪切强度，并根据公式计算剪切强度值。
4. 微观结构和成分表征：通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和能量色散X射线光谱（EDS）分析接头的微观结构和相组成。
5. 导电性测试：使用数字微欧姆计测试接头的接触电阻，并计算平均值作为最终结果。
主要结果
1. 微观结构和成分：研究发现，钎焊接头的组成依次为石墨/TiC/Ag(s,s)+Cu(s,s)+Ag-Cu共晶/TiFe/不锈钢。随着钎焊温度从850°C升高到1000°C，石墨侧的TiC反应层和不锈钢侧的TiFe反应层逐渐增厚。在950°C时，接头表现出最佳的微观结构，钎料完全熔化，界面反应层均匀且无缺陷。
2. 剪切强度：随着钎焊温度的升高，接头的剪切强度先增加后降低，在950°C时达到峰值（约26.5 MPa）。保温时间对剪切强度的影响较小，但在950°C下保温10分钟时，接头表现出最高的剪切强度（约27.4 MPa）。
3. 导电性：接头的接触电阻随钎焊温度的升高先降低后增加，在950°C时达到最低值（约45.7 mΩ）。保温时间对电阻的影响也呈现出先增加后降低的趋势，10分钟时电阻最低（约42.5 mΩ）。
4. 断裂模式：在低温（850°C）下，接头从石墨基材侧断裂，表现为基材断裂模式；在高温（1000°C）下，接头从TiC反应层断裂，表现为界面断裂模式。
结论
本研究成功使用Ag-Cu-Ti钎料实现了石墨与不锈钢的真空钎焊，并优化了钎焊工艺参数。研究结果表明，950°C的钎焊温度和10分钟的保温时间为最佳工艺条件，在此条件下，接头具有高剪切强度（约27.4 MPa）和低接触电阻（约42.5 mΩ），能够满足离子推力器中空心阴极的工作需求。此外，TiC和TiFe反应层的形成有效降低了界面热失配引起的残余应力，确保了接头的机械性能和导电性。
研究亮点
1. 重要发现：本研究首次系统研究了Ag-Cu-Ti钎料在石墨与不锈钢连接中的应用，揭示了钎焊温度和保温时间对接头微观结构和性能的影响规律。
2. 方法创新：通过真空钎焊技术结合SEM、XRD和EDS等多种表征手段，全面分析了接头的微观结构和相组成。
3. 应用价值：研究结果为石墨与不锈钢的连接提供了可靠的技术方案，特别是在航空航天领域具有重要的工程应用价值。
其他有价值的内容
本研究还详细探讨了界面反应层的形成机制，提出了钎焊过程中原子扩散和化学反应的四阶段模型，为后续研究提供了理论依据。此外，研究团队还对比了不同钎焊条件下的接头性能，为优化钎焊工艺提供了实验数据支持。
以上报告全面介绍了该研究的内容、方法、结果和意义，适合向其他研究人员传达该研究的核心价值。