目前金属与石墨的连接广泛应用于电器行业中,电器设备的核心部件换向器中更需要实现铜与石墨的连接。石墨与铜的连接通常是在真空或者惰性气体的保护环境下进行,但受炉体尺寸大小的限制,很难在工业上实现批量生产。随着超声波辅助钎焊技术的出现,使铜与石墨在大气环境下的连接成为可能。本文采用了超声波辅助活性钎焊技术,选用并研制了两种活性钎料:高温的Ag-Cu-Zn-Ti钎料和低温的Sn-Ag-Cu-Ti钎料。分析了超声波在钎焊过程中的作用,研究了钎焊工艺及钎焊工艺参数对接头力学性能的影响,并对连接机理进行了探讨。研究结果表明:采用Ag-Cu-Zn-Ti钎料,超声波辅助活性钎焊技术可以实现大气条件下铜与石墨的连接。钎焊温度是接头质量的重要影响因素,在较高的温度下施焊时,金属母材和活性钎料均氧化严重,增加了除去氧化膜的难度,使钎焊困难。对施加2 s超声波作用得到的钎焊接头进行微观组织分析,发现钎缝内部靠石墨侧存在大量破碎的氧化膜,随着超声波作用时间的延长,钎缝内部的氧化膜逐渐减少,当超声波作用10 s时,钎缝中的氧化膜完全消失,形成了较好的接头。钎焊接头的组织组成从铜侧依次为铜/铜锌合金/银基固溶体+铜基固溶体/Ti C反应层/石墨,钎料与石墨侧的连接主要是反应润湿连接。增加超声作用时间与提高钎焊温度会促使界面反应层Ti C的生长,但其不能持续增加。研究还发现,超声波的施加时间影响着钎焊接头的剪切性能,施加超声波不超过10 s时,超声波有提高接头强度的作用,如果超声波作用再持续施加,反而会使接头剪切强度下降。最佳的工艺条件为钎焊温度820℃、超声波作用时间10 s、保温10 min,在此钎焊条件下,钎焊接头强度达到最大值18 MPa采用Sn-Ag-Cu-Ti活性钎料,在大气条件下也能借助超声波辅助实现铜与石墨的连接。在超声波作用2 s至20 s的过程中,在钎缝内部均没有发现有氧化膜的存在。对钎焊接头进行分析时并未发现钎料与石墨发生冶金结合。超声波作用20 s时,在石墨侧没有Ti C反应层的形成,钎料与石墨的连接主要是在超声波的驱动作用下,钎料向石墨内部孔洞中的流动,冷却至室温形成的机械连接。钎焊接头的界面组织从铜侧依次为Cu/Cu3Sn金属间化合物层/Cu6Sn5金属间化合物/Sn-Ti合金、Sn-Ag合金与少量Cu-Ti合金/石墨。当钎焊温度为450℃,施加12s的超声波作用时,得到的接头强度最大,为16 MPa。采用这种低温活性钎料钎焊铜与石墨得到的钎焊接头,剪切强度大于母材石墨本身。