近日，《热加工工艺》杂志刊发了由中国航空动力股份有限公司李傲、吴书菲、周卫涛、姚佳彤撰写的综述文章。该研究系统梳理了航空发动机用CMCs连接技术的最新进展，重点剖析了机械连接与焊接两大技术路径的关键科学问题、技术难点及解决方案。研究指出，未来的连接技术将不再局限于单一方法，而是朝着智能复合连接、材料-结构-连接一体化设计以及极端环境下的性能评估三大方向深度演进。

一、两种路径，各有挑战：机械连接与焊接的工程博弈

陶瓷基复合材料的连接，首先面临的是其本征特性带来的普遍性难题。CMCs的强韧化依赖于纤维与基体的协同作用，任何热循环或机械加工都可能破坏这种协同性，导致性能退化。此外，CMCs与常见金属在物理化学性质上差异巨大，无论是界面反应生成脆性相，还是热膨胀系数不匹配导致的残余应力，都是必须跨越的障碍。

在工程实践中，机械连接与焊接代表了两种截然不同的解决思路。

图1 陶瓷基复合材料不同连接技术难点：机械连接过程中单孔(a)和双孔(b)基板断裂，焊接过程中产生裂纹(c)。

机械连接依托螺栓、铆钉等紧固件实现物理锁扣，其核心优势在于可拆卸、可靠性高、无热影响区。无需高温加热的特性，完美规避了对CMCs材料性能的热损伤风险。然而，硬币的另一面是严峻的应力集中与微动磨损问题。在孔洞、螺纹等几何不连续区域，载荷无法像在金属中那样通过塑性变形重新分布。研究表明，无论是单孔还是多孔连接，破坏均始于孔边的基体开裂和纤维/基体界面脱粘。在航空发动机典型的高温、动态载荷环境下，连接件接触界面的微小相对移动会持续磨蚀CMCs表面，成为疲劳裂纹源，最终引发低应力疲劳失效。

(a1)~(a5) C/SiC螺栓；(b) 沉头螺纹防松紧固件在热防护系统应用；(c) 陶瓷基复合制动器

图2 陶瓷基复合材料机械连接技术及应用

为缓解这些问题，研究者们正从结构优化、工艺规范和辅助工具三方面入手。例如，利用有限元分析优化沉头螺栓的豁口深度与配合间隙，以提升高温承载效率；在铆接中采用电磁铆接技术并加装垫圈，以降低对复合材料构件的冲击；通过制定更精细的工艺规程，减少对操作人员技术成熟度的依赖。

焊接技术则追求更高层次的材料融合，通过在原子/分子层面的冶金结合，实现高强度和密封性的连接，这对于轻量化与结构一体化至关重要。但其面临的挑战更为复杂。首先，多数CMCs不导电，无法采用传统电弧焊；其次，焊接热循环本身可能造成纤维氧化损伤或改变界面特性；再者，陶瓷与金属钎料间复杂的界面反应易生成脆性金属间化合物；最后，热膨胀系数失配导致的残余应力是引发裂纹的直接诱因。

表1 CMCs不同连接技术特点对比