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《Rare Metals》 謝國強等工作：兼?zhèn)鋬?yōu)異強度和導(dǎo)電性的多尺度金屬玻璃復(fù)合材料

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2023-09-20  瀏覽次數(shù)：2822
用于電觸頭的銅基材料的性能優(yōu)化是降低非必要能耗的直接途徑之一。硬質(zhì)顆粒增強銅基復(fù)合材料的策略通常用于解決電接觸材料的強度和導(dǎo)電性之間的權(quán)衡。然而，設(shè)計和擴展具有良好界面特性的新型增強相也是修改電接觸性能的有效方法。近年來，傳統(tǒng)的陶瓷顆粒增強材料廣泛應(yīng)用于銅基電接觸材料中，它們的高強度和高熱穩(wěn)定性不僅實現(xiàn)了電接觸材料強度的提高，而且拓寬了高溫部署的可能性。但是，由于界面引起的額外電子散射造成了電阻急劇增加。值得注意的是，在許多應(yīng)用場景（例如電磁軌道接觸和超高脈沖電磁裝置）中，強烈的旋轉(zhuǎn)剪切力和洛倫茲力要求接觸材料具有更高的強度。金屬玻璃合金（MGA）因其出色機械性能成為理想增強體的新選擇。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）材料科學(xué)與工程學(xué)院的謝國強教授課題組使用球磨—放電等離子體燒結(jié)—時效工藝制備了兼具優(yōu)異強度和導(dǎo)電性的金屬玻璃復(fù)合材料。通過球磨和放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備了大塊CuZrAl金屬玻璃增強固溶態(tài)CuCrZr合金復(fù)合材料，顯示出良好的力學(xué)和電學(xué)性能。相關(guān)研究成果以“Outstanding strength and conductivity of metallic-glass composites with multiscale configuration”為題在Rare Metals上發(fā)表。

研究人員通過球磨—放電等離子體燒結(jié)—時效工藝制備了用于電接觸應(yīng)用的多尺度結(jié)構(gòu)的銅基復(fù)合材料（圖1）。實現(xiàn)了微米級金屬玻璃顆粒和納米級晶內(nèi)沉淀相對銅合金基體的協(xié)同強化。退火工藝實現(xiàn)了銅合金中溶質(zhì)原子的脫溶，確保了基體導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)異電性能。具有多尺度結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在400℃退火10小時后達(dá)到了1114（±15）MPa的極限抗壓強度和33.0（±1.1）%IACS的電導(dǎo)率的出色性能組。對強化機制和導(dǎo)電機制的研究表明，基體晶體中富鉻相的析出是協(xié)同增優(yōu)化強度和導(dǎo)電性的關(guān)鍵因素。此外，還討論了在金屬玻璃顆粒邊緣析出的納米晶體對復(fù)合材料界面結(jié)合的積極作用。



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