钨铜双金属的微观结构调整及其性能优化

来自 实验室仪器网

由宋晓燕教授和侯超教授领导的北京工业大学国际研究小组提出了一种创新策略，用于制备不混溶双金属，以实现优异的机械性能和电导率。它适用于各种复合材料，通过操纵主相的配置和微观结构来实现出色的多目标性能。《工程》杂志发表了这项研究。

不混溶双金属材料表现出独特的综合机械和物理性能，这是由于其组成金属的特性截然不同。钨-铜双金属复合材料是不混溶双金属系统的常见例子。

由于钨具有较高的硬度、较低的热膨胀系数以及铜良好的电导率和热导率，因而被广泛应用于电子封装、散热器、高压电接触件、焊接电极等。开发先进的双金属复合材料迫切需要优异的综合性能，例如高机械性能和电导率。

为了应对这些挑战，该团队开发了一种具有出色机械性能和导电性的新型W-Cu双金属复合材料。这种新型复合材料是一种超细晶粒W-Cu双金属，具有特定的W岛，由超细W晶粒和空间连接的Cu聚集而成。快速低温烧结和精心设计的粉末预处理工艺产生了独特的微观结构。与文献中记载的其他W-Cu复合材料相比，当前的双金属表现出卓越的综合性能，例如高屈服强度、大塑性应变和优异的电导率。

利用基于实验材料实际微观结构的有限元模拟，定量研究了当前双金属的应力分布、各相的应变响应和断裂行为。模拟表明，细小的W晶粒的接近性对各相中的应力分布有显著影响。

钨晶粒的连续性越高，在相同负载下，防止长程应力扩展和铜相应力增加的效果就越好。因此，在传统的钨铜双金属中，铜中均匀分布的钨相可能不像含有接触式超细钨晶粒的特定钨岛那样受力。因此，高屈服强度既来自于双金属的微观结构细化，也来自于W岛中的高晶粒连续性。

此外，在W/Cu相边界处，Cu和W岛的协同塑性变形可以继续进行，而不会过早失效。因此，W岛和Cu相的特殊排列使两相更容易同时变形，从而增加了W相对双金属整体塑性的贡献，并产生了具有良好屈服强度和塑性应变平衡的复合材料。

由于Cu的平均自由程增加和W岛的存在导致相边界比例下降，该双金属具有较高的电导率。

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