随着航空航天和高功率电子设备的快速发展，热管理系统日益面临减重和高效散热的双重挑战[1]、[2]、[3]、[4]。Ti-6Al-4V（TC4）钛合金因其优异的比强度、耐腐蚀性和可加工性[5]、[6]、[7]、[8]、[9]，被认为是轻量化散热组件的理想金属材料。然而，TC4本身的热导率相对较低（约7 W·m^-1·K^-1），这在高热流条件下可能导致局部过热和热冲击抵抗力不足，从而限制了TC4基组件在极端环境中的可靠性[10]、[11]。表1...
为了克服这些限制，一种有前景的方法是将TC4与碳化硅（SiC）陶瓷连接起来，因为SiC具有较高的热导率（≥120 W·m^-1·K^-1）和较低的热膨胀系数（约4.5×10^-6·K^-1）[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。这种集成旨在结合金属的韧性和陶瓷的热性能。然而，TC4（CTE约为9.5×10^-6 K^-1）与SiC之间的热膨胀不匹配是一个重大挑战，后者是SiC的两倍多[17]、[18]、[19]。这种差异在连接过程中会引起较高的残余热应力，容易引发界面裂纹或接头断裂[20]、[21]、[22]。
为了缓解由热膨胀不匹配引起的连接可靠性问题，人们探索了通过将高热导率颗粒（例如SiC）掺入TC4中来修改其热物理性能[23]、[24]、[25]、[26]。传统上，粉末冶金（PM）工艺可以制备SiC增强钛基复合材料[27]。理论上，均匀分布的SiC颗粒可以增强热导率，同时抑制基体的膨胀。然而，PM通常会导致增强剂分布不均匀、界面结合力弱以及颗粒聚集，从而引入应力集中并影响接头性能[28]、[29]、[30]。
增材制造（AM）技术，如选择性激光熔化（SLM）[31]、[32]和激光熔覆沉积（LCD）[33]，为制备具有相对均匀增强剂分布的复合材料提供了新途径[34]、[35]。然而，当应用于高熔点陶瓷颗粒增强的钛基复合材料时，基于激光的AM仍面临诸如熔池中陶瓷润湿性差、形成脆性界面相以及由于陡峭的热梯度而产生高残余应力等问题[36]、[37]。
电子束熔炼（EBM）技术为解决这些挑战提供了一种新方法[38]。该工艺在高真空环境中进行，使用电子束作为热源，在较高温度下进行，从而减缓熔池的冷却速度。这种渐进式的固化有助于减轻残余应力并提高陶瓷颗粒与金属基体之间的界面完整性[39]、[40]。此外，EBM能够控制SiC在TC4基体中的分布，从而精确调节热导率和热膨胀行为[41]、[42]、[43]。本研究表明，掺入SiC可将TC4与SiC之间的CTE差异从5.0×10^-6·K^-1降低到2.3×10^-6·K^-1，显著减轻了界面应力。利用SiC固有的高热导率和形成的三维互连结构，复合材料实现了更高的热传递效率，同时保持了良好的机械性能，具体表现为基体硬度的提高。尽管有这些优势，但关于EBM制备的3D打印SiC增强TC4复合材料（3DP-SiC/TC4）与SiC陶瓷之间的钎焊行为仍缺乏系统研究。特别是，微观结构对接头性能的影响机制尚不完全清楚，这限制了其实际应用。
本研究首次系统研究了3D打印材料的钎焊行为，以填补这一研究空白。对3DP-SiC/TC4与原始TC4的热物理性能进行了全面比较。采用活性AgCuTi钎料将3DP-SiC/TC4与SiC陶瓷连接起来，并系统分析了SiC增强剂对钎料润湿性、界面反应和微观结构演变的影响。详细研究了钎焊温度（820°C-880°C）对接头性能的调节机制。通过扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）进行了微观结构表征和元素分布分析。机械性能通过室温剪切测试进行评估。通过激光闪蒸分析测量了从室温到600°C的热导率，同时利用红外热成像捕捉了瞬态温度场，以全面评估热性能。这些发现为连接3D打印金属/陶瓷异种材料提供了新的解决方案，有望促进其在热管理系统等关键领域的实际应用。
