石墨的钎焊性介绍及其钎焊难点

石墨的钎焊性较差，甚至比金刚石更差。其钎焊难点主要在于：

1）大多数常用钎料对它们难于润湿或不能润湿。

2）石墨的线胀系数低于大多数金属材料，尤其是石墨的抗拉强度也很低，使它极易在钎焊热应力作用下产生裂纹或断裂。

早在20世纪60年代初，Нйади ЮВ和Колесниченко曾用座滴法对20多种纯金属和合金测定了它们在液态下与石墨和金刚石表面的润湿角^[5，6]。所得结果显示，过渡族元素一般能对石墨润湿，而非过渡族元素中只有Al和Si能对石墨润湿，但Al在高于1000℃时才能对石墨有一定润湿性（在1000℃时，θ=75°）；低于1000℃时，θ>90°，不能润湿石墨。这与Rhee在1970年所做的试验结果相一致^[36]。

Perertailo和Loginova[37]对石墨和液态Ni-Cr合金的润湿性研究表明，在1773K时，液态Ni中加入Cr可使其润湿性有较大改善。在熔液中含有≥40%（质量分数）的Cu时，对润湿性改善也有同样作用。在这合金系统中，石墨可溶于含≥8.7%（摩尔分数）Cr的液相中。Cr含量提高，可生成Cr₃C₂和Cr₇C₃，这些碳化物并不存在于接触界面上。但是，Donnelly和Slaughte（1962）[38]用三种不同密度石墨对各种常用镍基钎料的钎焊试验表明，如BNi73CrFeSiB（C）、BNi82CrSiBFe、BNi92SiB、Ni-Cr-P、Ni-Cr-Si及Au-Ni合金，均不能很好润湿石墨；而用Ag-Cu共晶包覆的钛心钎料则有良好的润湿、铺展性能。这些试验的最高温度为1180℃，远低于参考文献[37]中的试验温度。

由此可见，即使是过渡族元素，对于石墨和金刚石的润湿性也是有条件的。对于镍基合金，只有在高于1500℃时，才能有良好润湿性。因而一般镍基钎料并不适用于石墨和金刚石的钎焊。(www.xing528.com)

在众多关于石墨和金刚石的钎焊研究报道中，都指出一些强烈生成碳化物的元素，如Ti、Ta、Zr、Nb、V及Mo等，可以改善液态金属对石墨和金刚石的润湿性。即使这些液态金属是对石墨和金刚石完全不发生相互作用的非过渡族元素，如Au、Ag、Cu及Sn等或它们的合金，但在某些条件下也可以发生改变。例如，Au-Ni共晶液相对石墨不润湿，但加入了Ta或Mo所构成的Au-Ni-Ta和Au-Ni-Mo三元合金，则对石墨有良好润湿性。

Motimer和Nicholas^[39]曾在纯铜中加入各种活性元素，详细研究了它们对石墨的润湿性影响。结果表明，在Cu中加入活性元素后，可以促进对石墨的润湿。但是各种活性元素使Cu对石墨从不润湿转变为润湿所需的浓度有很大差别，对于Cr和V而言，其浓度大约在1%（摩尔分数）；而对于Ti，则约需14%（摩尔分数）。

各种活性元素之所以能改善液态金属对石墨的润湿性，主要是由于它们在接触界面处偏析，并与石墨产生强烈化学反应，生成连续的碳化物薄层，降低了液态金属与石墨间的表面能。Mortimer和Nicholas曾提出了关于含碳化物形成元素的液态金属对石墨的润湿机理模型，有助于了解有关液态金属对石墨和金刚石的润湿过程。

应当指出，石墨材料的润湿还受到孔隙率和它吸附的气体（O₂、H₂O）及其他杂质的影响。对于孔隙率很大的石墨，会由于钎料过多地渗入石墨内部而使钎焊表面钎料不足；而对于高密度石墨，钎料很难渗入石墨表面层，相对降低了钎料与石墨的结合力。

在非真空条件下，活性钎料对石墨润湿性一般比金刚石差，这与金刚石表面比较纯净有关。