Featured Article: 超細/納米結構鎢銅基復合材料的研究進展與挑戰

鎢銅基復合材料是由互不相溶的鎢和銅兩組元為基體構成的雙金屬基復合材料。因其兼具鎢的耐高溫、高硬耐磨、低熱膨脹系數和銅的優異導電導熱等特性而表現出優良的力學性能和電、熱傳輸以及耐電弧燒蝕等獨特性能，在高壓電器開關的電觸頭、電加工的電極材料、電子封裝以及航天、軍工等高溫部件多個領域具有無法替代的重要應用。然而，由于鎢和銅熔點差異很大且彼此潤濕性差，在液相燒結或熔滲條件下制備的鎢銅基復合材料往往存在致密度和晶粒組織尺度的反向矛盾，且成分均勻性較差，無法滿足高端工業需求，由此制約了這種材料在高新技術領域的應用前景。因此，研究者們在鎢銅納米復合粉末制備、致密化技術開發、組織結構細化、力學性能和物理特性協同改善等方面開展了一系列研究，探索鎢銅基復合材料成分設計、組織優化、綜合性能提升的新途徑和新機理，有力促進了鎢銅基復合材料的研究進展和高端應用進程。

近日，北京工業大學宋曉艷教授團隊結合相關研究工作進展，在Nature出版集團旗下學術期刊《NPG Asia Materials》上發表了題為“W-Cu composites with submicron- and nanostructures: Progress and challenges”的綜述文章（https://doi.org/10.1038/s41427-019-0179-x），該文章作為Featured Article在期刊主頁重點介紹（https://www.nature.com/am/）。這篇綜述聚焦于鎢銅基復合材料組織結構細化的有效途徑、高致密化制備技術、力學性能和物理特性的影響要素及其作用機理等方面的最新研究進展。文章首先從納米結構鎢骨架、納米復合粉末、致密化工藝調控、大塑性變形加工等方面對超細/納米結構的鎢銅基復合材料的創新制備技術進行了系統的總結梳理。通過對不同途徑制備的鎢銅基復合材料的微觀組織結構、力學性能和物理特性、室溫和高溫性能的比較分析，對目前細化組織結構的系列技術就其優勢和不足進行了綜合評述，強調了利用微結構設計與調控從而優化鎢和銅連通性的重要作用。進而文章歸納總結了添加組元（如合金元素和強化相）對鎢銅基復合材料組織結構和綜合性能的影響規律及微觀機理，按照添加組元對銅相、鎢相內界面以及鎢/銅界面的不同作用特點，對添加組元的篩選、引入方式和分布狀態等對鎢銅基復合材料綜合性能的影響進行了深入分析，提出了添加組元和組織結構在保持高導熱導電物理特性的基礎上有效提升力學性能的設計原則。最后，基于對目前研究現狀的認識，文章對鎢銅基復合材料的成分設計、制備方法、組織結構控制等重點研究方向待解決的關鍵問題，以及高溫服役性能評估、添加組元和強化相在原子尺度的協同機理以及復合材料多尺度力學行為的計算模擬等方面的發展趨勢進行了分析和展望。

論文第一作者為北京工業大學材料科學與工程學院的侯超博士。侯超博士2015年畢業于吉林大學，目前主持國家自然科學基金青年基金、北京市自然科學基金等項目，至今在Nature Communications、Journal of Materials Chemistry A、Materials Today Energy、Scientific Reports等發表SCI論文30余篇，申請發明專利18項。

北京工業大學宋曉艷教授團隊多年來致力于具有穩定高性能的金屬納米材料的設計制備與組織結構調控，研究方向包括硬質合金、稀土合金和計算材料學，形成了“金屬納米材料穩定性基礎研究”與“工程應用”緊密結合的發展主線和學術特色。2019年該團隊在金屬納米材料的穩定性、硬質合金的超高強韌化與耐磨耐蝕性、金屬結構材料多尺度力學行為模擬計算等方面的研究工作，分別發表于Science Advances、Advanced Science、Acta Materialia、Nanoscale、Corrosion Science、International Journal of Plasticity等期刊。

上述工作得到了國家自然科學基金重點項目（51631002）、國家杰出青年科學基金（51425101）和國家自然科學基金青年基金項目（51701007）等資助。

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https://www.nature.com/articles/s41427-019-0179-x

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