北京工業大學解鎖層狀鎢銅複合材料“超能力”

在材料科學的探索征途中，北京工業大學研究團隊再次傳來振奮人心的消息。他們成功運用電場輔助快速熱壓技術，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材料力學、電學及耐磨損性能的影響及其內在機理。這一成果以“Multilayered W–Cu composites with enhanced strength, electrical conductivity and wear resistance”為題發表在複合材料頂刊Composites Part B: Engineering上。

鎢銅複合材料，作為材料界的“多面手”，憑藉其卓越的導電性、導熱性、耐高溫性能、耐磨性、耐腐蝕性和抗氧化性等特點，在高壓斷路器、電阻焊接電極及電磁發射系統等關鍵領域大放異彩。然而，長期以來，如何同時提升W-Cu複合材料的機械強度與物理性能，一直是科研工作者亟待解決的難題。

針對上述的問題，北京工業大學研究者採用快速熱壓燒結技術製備了不同銅含量的層狀鎢銅複合材料。實驗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，對鎢和銅板進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，利用快速熱壓燒結爐進行快速熱壓燒結即可。

實驗結果顯示，鎢箔顯示出強烈的紋理，具有高密度的位元錯，硬度高。多層層狀鎢銅複合材料顯示出良好的層狀結構和介面結合。鎢相保持了細小的晶粒和高密度位元錯，而銅相晶粒長大，沒有明顯的晶粒長大或位元錯密度變化。

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

北京工業大學的這一創新成果，不僅為鎢銅複合材料的性能優化開闢了新的思路，更為材料科學領域的研究者提供了寶貴的經驗與啟示。

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