近日，校区材料科学与工程学院宋晓国和刘多教授团队宋延宇特聘副研究员使用超声辅助金属化技术，实现了石墨和铜/铝在低温、大气环境下的高强度、快速连接，突破了传统钎焊连接技术高温、高真空、长时间等苛刻条件的限制，为高性能异质构件的快速制造提供了新途径。相关研究成果以《基于超声振动辅助低温金属化的石墨与铝和铜的快速结合》（Rapid Bonding of Graphite to Al and Cu Based on Ultrasonic Vibration-Assisted Lower Temperature Metallization）为题，发表在碳材料领域国际顶级期刊《碳》（Carbon）上。
研究团队提出一种超声辅助金属化技术，利用超声振动在液相Sn-Ti合金中引发的空化效应，在低温（300℃）、极短时间（5~60秒）和含氧环境下实现了石墨与金属的原子级界面结合，克服了传统活性钎焊对高温（＞700℃）、高真空（＜1×10-3pa）和长耗时（数小时）的依赖。在超声作用下活性Ti元素优先于石墨表面原位生成约10nm厚的非晶/纳米晶混合态TiO2过渡层，有效匹配了异质材料间的物性差异，促进了界面处的热力传递。界面裂纹在扩展中会因石墨微孔内的金属填充而发生偏转与钉扎，这一微观结构显著增强了界面的宏观承载能力。
基于此技术，团队成功制备出大尺寸且性能优异的石墨/石墨、石墨/铜及石墨/铝构件，其力学性能分别达到石墨材料自身剪切强度的97%、95%与93%。相较于传统钎焊连接技术，该方法在保持同水平连接强度和导热性能的前提下，缩短石墨/金属连接时间98%以上，且无需复杂设备，为高性能难焊材料的快速连接提供了新思路，有望助力电机换向器、电子封装散热结构及高性能均热板等石墨/金属异质构件的快速、低成本、大规模制造。
超声辅助低温快速连接机理及接头强化机制
校区材料学院博士研究生李星仪为第一作者，宋延宇和刘多为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高层次人才计划等项目的资助。
论文连接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.121161
（李星仪）
