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高強(qiáng)度高導(dǎo)電率Cu-Nb復(fù)合材料
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時(shí)間：2013-07-16
用于脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)領(lǐng)域的材料有特殊的要求。在100?T的磁場(chǎng)下磁應(yīng)力可達(dá)4?GPa，要求磁體繞制材料既具有高的強(qiáng)度又具有高的導(dǎo)電性能，其高電導(dǎo)特性可減少焦耳熱效應(yīng)，而它的高強(qiáng)度特性用來承受巨大的洛倫茲力。20?世紀(jì)?90?年代Cu-Nb復(fù)合材料的出現(xiàn)是脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)展歷程上的一個(gè)里程碑。Cu-Nb體系呈正生成焓，固態(tài)互溶度有限，是一種典型的難混溶合金，具有很多獨(dú)特的物化性能和工藝性能。Cu-Nb復(fù)合材料將高熔點(diǎn)和高強(qiáng)度的Nb與高導(dǎo)電導(dǎo)熱性的Cu復(fù)合，使該材料具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，足夠的強(qiáng)度、硬度和塑性以及高的熱穩(wěn)定性。將具高強(qiáng)高導(dǎo)性的Cu-Nb復(fù)合材料應(yīng)用于非破壞性脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)領(lǐng)域，其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于銅（其強(qiáng)度及硬度，總體上與Nb含量呈正相關(guān)），但電導(dǎo)率仍高。以Cu-l8.2%Nb合金絲為例，室溫時(shí)極限抗拉強(qiáng)度高達(dá)2.2?GPa，電導(dǎo)率仍可有70%?IACS。同時(shí)，Cu-Nb復(fù)合薄膜材料也呈現(xiàn)優(yōu)異的性能，Cu-Nb薄膜具備高硬度和導(dǎo)電性、良好的電遷移抗性、電介質(zhì)粘附性和熱穩(wěn)定性，且應(yīng)力疲勞抗性優(yōu)良，在微電子器件領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景。Cu-Nb多層復(fù)合薄膜因具有特殊的界面缺陷，對(duì)高達(dá)150?keV?He+離子注入有抗輻照破壞性，在核工業(yè)領(lǐng)域也深受關(guān)注。
Cu-Nb復(fù)合材料的制備，關(guān)鍵在于使?Cu基體內(nèi)能彌散分布納米級(jí)的Nb粒子，使其強(qiáng)度大幅提高，且仍能保持高導(dǎo)電率。由于Cu-Nb屬于難混溶體系，常規(guī)的熔鑄工藝難以制備均質(zhì)化的Cu-Nb復(fù)合材料。因此，Cu-Nb復(fù)合材料的研發(fā)重點(diǎn)是圍繞?Cu-Nb體系的相分離和均質(zhì)化問題來展開的。
根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果，形變復(fù)合法是一種比較成功的Cu-Nb復(fù)合材料制備方法。形變復(fù)合法包括形變?cè)缓头窃粡?fù)合法。原位法通過熔煉或粉末冶金法使?Cu、Nb混合均勻，再經(jīng)過大變形冷軋或冷拉使Cu、Nb同時(shí)變形，最終獲得?Nb?纖維間距為10～100?nm?的納米復(fù)合材料；形變非原位復(fù)合法分為:?“熔化—變形”和“捆扎—變形”兩種制備方法。前者是將Cu-Nb熔鑄成型后裝入Cu護(hù)套中，采用高溫?cái)D壓使子線與基體有效結(jié)合，然后冷拉到一定直徑，再將許多這樣變形過的細(xì)絲放入Cu護(hù)套中，通過熱等靜壓或熱擠后再鍛造拉拔獲得最終成品。?其優(yōu)點(diǎn)是易于獲得無序分布的枝狀Nb晶體。后者是將一根Nb桿放入Cu護(hù)套中進(jìn)行熱壓或焊接使之結(jié)合，再經(jīng)過熱擠后冷拉成型，然后將這樣制得的Cu-Nb桿重新放入Cu護(hù)套中進(jìn)行上述變形，如此反復(fù)多次最終獲得成品。其優(yōu)點(diǎn)在于可獲得更規(guī)則排列的連續(xù)Nb纖維，且因無熔化過程和Cu體相中的污染物，使合金電導(dǎo)率更高。也有報(bào)道用機(jī)械合金化法制備Cu-Nb復(fù)合材料
Cu-Nb復(fù)合薄膜的制備方法主要是物理氣相沉積法，包括真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜及分子束外延等，其中用磁控濺射和離子束輔助沉積制備Cu-Nb復(fù)合材料的研究較多。
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