陶瓷颗粒如何强化金属铜

吉林大学和埃迪斯科文大学的科学家在《InternationalJournalofExtremeManufacturing》杂志上发表论文，全面综述了铜基复合材料的最新制备技术以及陶瓷颗粒对复合材料力学性能、导热系数和热膨胀行为的影响。颗粒表征的四个主要方面包括：颗粒含量、颗粒尺寸、颗粒形态以及颗粒与铜基体的界面结合。

团队负责人邱峰表示：“通过回顾颗粒增强铜基复合材料的制备技术和作用机制，希望能够为复合材料微观结构的更精确设计和操控奠定基础，以满足日益增长的铜需求基体复合材料在广泛的应用领域。”

迄今为止，如何选择合适的陶瓷成分，充分发挥陶瓷颗粒在铜基体中的强化作用一直是人们努力的方向。目前，粉末冶金法制备铜基复合材料是最成熟的技术，但仍面临许多未解决的工艺缺陷。

机械合金化和放电等离子烧结对于复合材料晶粒细化、致密化以及颗粒分散的改善贡献更为突出。而内氧化和原位方法可以大大增强陶瓷相与金属基体之间的界面结合。这些先进制备技术的进一步组合以及各自技术优势的充分利用还有待更详细的探索。

共同主要作者杨红宇教授补充道：“操纵颗粒特性的实际挑战增强了制备和机理探索的价值，这有助于进一步优化复合材料的物理和化学性能。”

“目前，大多数铜基复合材料中陶瓷颗粒的操控主要集中在颗粒含量和尺寸上，而颗粒分布、形貌和界面结合仍需要优化，特别是原位合成技术的探索。”

第一作者严一凡博士表示：“对于陶瓷颗粒增强铜基复合材料的作用机理研究，实验研究和数学模型可以反映颗粒特性对材料性能的影响，而有限元模拟提供了更直观的视角用于预测和研究强化作用的机制。然而，通过计算模拟技术在本构模型的定义和复合材料的精确重构方面进行复合材料的优化设计在很大程度上尚未被探索。

该文章的共同第一作者、先进材料专家张来昌教授表示：“陶瓷增强铜基复合材料领域正在进行的研究在最近的研究中取得了可喜的成果。与高性能碳混合的复合材料纳米管、碳纤维和先进的MAX相陶瓷材料已表现出良好的综合性能。然而，关于强化相的相互作用和分布的信息有限。”

“以合理的方式选择和控制强化相可以满足铜基复合材料在各种应用中的性能要求，但在复合材料的设计和制备中提出了重大挑战。更复杂的材料配置设计，例如网络结构和梯度结构，为制备各向异性功能材料或特种复合材料提供了新的机会。”