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北京工業(yè)大學(xué)解鎖層狀鎢銅複合材料“超能力”

在材料科學(xué)的探索征途中,北京工業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)再次傳來(lái)振奮人心的消息。他們成功運(yùn)用電場(chǎng)輔助快速熱壓技術(shù),製備出了不同銅含量的多層鎢銅(W-Cu)複合材料,並深入剖析了銅含量對(duì)材料力學(xué)、電學(xué)及耐磨損性能的影響及其內(nèi)在機(jī)理。這一成果以“Multilayered W–Cu composites with enhanced strength, electrical conductivity and wear resistance”為題發(fā)表在複合材料頂刊Composites Part B: Engineering上。

中鎢線上鎢銅複合材料圖片

中鎢線上鎢銅複合材料圖片

鎢銅複合材料,作為材料界的“多面手”,憑藉其卓越的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐高溫性能、耐磨性、耐腐蝕性和抗氧化性等特點(diǎn),在高壓斷路器、電阻焊接電極及電磁發(fā)射系統(tǒng)等關(guān)鍵領(lǐng)域大放異彩。然而,長(zhǎng)期以來(lái),如何同時(shí)提升W-Cu複合材料的機(jī)械強(qiáng)度與物理性能,一直是科研工作者亟待解決的難題。

針對(duì)上述的問題,北京工業(yè)大學(xué)研究者採(cǎi)用快速熱壓燒結(jié)技術(shù)製備了不同銅含量的層狀鎢銅複合材料。實(shí)驗(yàn)使用高純度的鎢箔和銅箔作為原材料,製備了高純度的鎢和銅薄板。為了去除表面的氧化物和油污,對(duì)鎢和銅板進(jìn)行了一系列的清潔處理,包括使用氫氧化鈉溶液、鹽酸溶液、去離子水清洗和乾燥。清潔後的鎢和銅箔交替放置在石墨模具中,利用快速熱壓燒結(jié)爐進(jìn)行快速熱壓燒結(jié)即可。

中鎢線上鎢箔圖片

中鎢線上鎢箔圖片

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,鎢箔顯示出強(qiáng)烈的紋理,具有高密度的位元錯(cuò),硬度高。多層層狀鎢銅複合材料顯示出良好的層狀結(jié)構(gòu)和介面結(jié)合。鎢相保持了細(xì)小的晶粒和高密度位元錯(cuò),而銅相晶粒長(zhǎng)大,沒有明顯的晶粒長(zhǎng)大或位元錯(cuò)密度變化。

與商業(yè)同類材料相比,層狀鎢銅複合材料在抗壓屈服強(qiáng)度、導(dǎo)電性及耐磨性方面均實(shí)現(xiàn)了顯著提升。強(qiáng)度的增強(qiáng)得益於鎢層與銅層之間更為合理的應(yīng)力分配,以及鎢層本身出色的強(qiáng)度特性;壓縮屈服強(qiáng)度隨著銅含量的減少而線性增加;導(dǎo)電性的提升,則直接歸功於銅含量的增加;至於耐磨性的改善,則主要?dú)w功於鎢相的高硬度與高強(qiáng)韌性。

北京工業(yè)大學(xué)的這一創(chuàng)新成果,不僅為鎢銅複合材料的性能優(yōu)化開闢了新的思路,更為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究者提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)與啟示。

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