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)，制備出了不同銅含量的多層鎢銅（W-Cu）復(fù)合材料，并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)表在復(fù)合材料頂刊Composites Part B: Engineering上。
中鎢在線鎢箔圖片
鎢銅復(fù)合材料，作為材料界的“多面手”，憑借其卓越的導(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復(fù)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(wèn)題，北京工業(yè)大學(xué)研究者采用快速熱壓燒結(jié)技術(shù)制備了不同銅含量的層狀鎢銅復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)使用高純度的鎢箔和銅箔作為原材料，制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，包括使用氫氧化鈉溶液、鹽酸溶液、去離子水清洗和干燥。清潔后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。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鎢箔顯示出強(qiáng)烈的紋理，具有高密度的位錯(cuò)，硬度高。多層層狀鎢銅復(fù)合材料顯示出良好的層狀結(jié)構(gòu)和界面結(jié)合。鎢相保持了細(xì)小的晶粒和高密度位錯(cuò)，而銅相晶粒長(zhǎng)大，沒(méi)有明顯的晶粒長(zhǎng)大或位錯(cuò)密度變化。
與商業(yè)同類材料相比，層狀鎢銅復(fù)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)得益于鎢層與銅層之間更為合理的應(yīng)力分，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，則直接歸功于銅含量的增加；至于耐磨性的改善，則主要?dú)w功于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，不僅為鎢銅復(fù)合材料的性能優(yōu)化開辟了新的思路，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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