北京工业大学解锁层状钨铜复合材料“超能力”

在材料科学的探索征途中，北京工业大学研究团队再次传来振奋人心的消息。他们成功运用电场辅助快速热压技术，制备出了不同铜含量的多层钨铜（W-Cu）复合材料，并深入剖析了铜含量对材料力学、电学及耐磨损性能的影响及其内在机理。这一成果以“Multilayered W–Cu composites with enhanced strength, electrical conductivity and wear resistance”为题发表在复合材料顶刊Composites Part B: Engineering上。

钨铜复合材料，作为材料界的“多面手”，凭借其卓越的导电性、导热性、耐高温性能、耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性等特点，在高压断路器、电阻焊接电极及电磁发射系统等关键领域大放异彩。然而，长期以来，如何同时提升W-Cu复合材料的机械强度与物理性能，一直是科研工作者亟待解决的难题。

针对上述的问题，北京工业大学研究者采用快速热压烧结技术制备了不同铜含量的层状钨铜复合材料。实验使用高纯度的钨箔和铜箔作为原材料，制备了高纯度的钨和铜薄板。为了去除表面的氧化物和油污，对钨和铜板进行了一系列的清洁处理，包括使用氢氧化钠溶液、盐酸溶液、去离子水清洗和干燥。清洁后的钨和铜箔交替放置在石墨模具中，利用快速热压烧结炉进行快速热压烧结即可。

实验结果显示，钨箔显示出强烈的纹理，具有高密度的位错，硬度高。多层层状钨铜复合材料显示出良好的层状结构和接口结合。钨相保持了细小的晶粒和高密度位错，而铜相晶粒长大，没有明显的晶粒长大或位错密度变化。

与商业同类材料相比，层状钨铜复合材料在抗压屈服强度、导电性及耐磨性方面均实现了显著提升。强度的增强得益于钨层与铜层之间更为合理的应力分配，以及钨层本身出色的强度特性；压缩屈服强度随着铜含量的减少而线性增加；导电性的提升，则直接归功于铜含量的增加；至于耐磨性的改善，则主要归功于钨相的高硬度与高强韧性。

北京工业大学的这一创新成果，不仅为钨铜复合材料的性能优化开辟了新的思路，更为材料科学领域的研究者提供了宝贵的经验与启示。

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