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《Rare Metals》 謝國強(qiáng)等工作：兼?zhèn)鋬?yōu)異強(qiáng)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)：2828
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(qiáng)銅基復(fù)合材料的策略通常用于解決電接觸材料的強(qiáng)度和導(dǎo)電性之間的權(quán)衡。然而，設(shè)計(jì)和擴(kuò)展具有良好界面特性的新型增強(qiáng)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(qiáng)材料廣泛應(yīng)用于銅基電接觸材料中，它們的高強(qiáng)度和高熱穩(wěn)定性不僅實(shí)現(xiàn)了電接觸材料強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度。金屬玻璃合金（MGA）因其出色機(jī)械性能成為理想增強(qiáng)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(qiáng)教授課題組使用球磨—放電等離子體燒結(jié)—時(shí)效工藝制備了兼具優(yōu)異強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(shí)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(qiáng)化。退火工藝實(shí)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(shí)后達(dá)到了1114（±15）MPa的極限抗壓強(qiáng)度和33.0（±1.1）%IACS的電導(dǎo)率的出色性能組。對強(qiáng)化機(jī)制和導(dǎo)電機(jī)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(qiáng)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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