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高強度高導電率Cu-Nb復合材料
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2013-07-16
用于脈沖強磁場領域的材料有特殊的要求。在100?T的磁場下磁應力可達4?GPa，要求磁體繞制材料既具有高的強度又具有高的導電性能，其高電導特性可減少焦耳熱效應，而它的高強度特性用來承受巨大的洛倫茲力。20?世紀?90?年代Cu-Nb復合材料的出現是脈沖強磁場發展歷程上的一個里程碑。Cu-Nb體系呈正生成焓，固態互溶度有限，是一種典型的難混溶合金，具有很多獨特的物化性能和工藝性能。Cu-Nb復合材料將高熔點和高強度的Nb與高導電導熱性的Cu復合，使該材料具備良好的導電性、導熱性，足夠的強度、硬度和塑性以及高的熱穩定性。將具高強高導性的Cu-Nb復合材料應用于非破壞性脈沖強磁場領域，其抗拉強度遠高于銅（其強度及硬度，總體上與Nb含量呈正相關），但電導率仍高。以Cu-l8.2%Nb合金絲為例，室溫時極限抗拉強度高達2.2?GPa，電導率仍可有70%?IACS。同時，Cu-Nb復合薄膜材料也呈現優異的性能，Cu-Nb薄膜具備高硬度和導電性、良好的電遷移抗性、電介質粘附性和熱穩定性，且應力疲勞抗性優良，在微電子器件領域顯示出廣泛的應用前景。Cu-Nb多層復合薄膜因具有特殊的界面缺陷，對高達150?keV?He+離子注入有抗輻照破壞性，在核工業領域也深受關注。
Cu-Nb復合材料的制備，關鍵在于使?Cu基體內能彌散分布納米級的Nb粒子，使其強度大幅提高，且仍能保持高導電率。由于Cu-Nb屬于難混溶體系，常規的熔鑄工藝難以制備均質化的Cu-Nb復合材料。因此，Cu-Nb復合材料的研發重點是圍繞?Cu-Nb體系的相分離和均質化問題來展開的。
根據現有研究結果，形變復合法是一種比較成功的Cu-Nb復合材料制備方法。形變復合法包括形變原位和非原位復合法。原位法通過熔煉或粉末冶金法使?Cu、Nb混合均勻，再經過大變形冷軋或冷拉使Cu、Nb同時變形，最終獲得?Nb?纖維間距為10～100?nm?的納米復合材料；形變非原位復合法分為:?“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護套中，采用高溫擠壓使子線與基體有效結合，然后冷拉到一定直徑，再將許多這樣變形過的細絲放入Cu護套中，通過熱等靜壓或熱擠后再鍛造拉拔獲得最終成品。?其優點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護套中進行熱壓或焊接使之結合，再經過熱擠后冷拉成型，然后將這樣制得的Cu-Nb桿重新放入Cu護套中進行上述變形，如此反復多次最終獲得成品。其優點在于可獲得更規則排列的連續Nb纖維，且因無熔化過程和Cu體相中的污染物，使合金電導率更高。也有報道用機械合金化法制備Cu-Nb復合材料
Cu-Nb復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復合材料的研究較多。
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