梁淑华, 姜伊辉, 石浩, 曹飞. 原位自生硼化物增强高强-高导铜基复合材料设计与制备[J]. 金属学报, DOI: 10.11900/0412.1961.2026.00091.

摘要 相关文章 Metrics 全文: PDF(537 KB)   摘要: 铜基复合材料因优异的抗高温软化能力成为面向极端服役环境应用的关键导电材料。然而，传统铜基复合材料存在强度-电导率倒置关系的科学难题。针对此，作者团队提出了基于材料加工过程中原位反应时机的精准调控从而设计多元多尺度增强相的思路，分别针对铸造与粉末冶金等成形技术特点，设计出混杂增强与多级构型等具有特定结构的铜基复合材料，基于多元多尺度增强相的协同效应提升增强相的强化效率，有效缓解铜基复合材料综合性能倒置关系。本文以原位自生硼化物增强铜基复合材料体系为代表，系统阐述了在铸造与粉末冶金等传统金属材料制造技术框架下，将材料体系特征与制备技术特点相融合的高强高导铜基复合材料组织设计方法，发展出了颗粒与晶须增强相混杂、微米与纳米尺度增强相混杂、颗粒微团簇与纳米相协同的多级构型等设计策略，实现了强度与电导率的协同优化。 关键词 ： 铜基复合材料,  硼化物,  混杂增强,  多级构型     Abstract：Copper matrix composites exhibit excellent softening resistance at elevated temperatures. Therefore, they are promising electrically conductive materials for applications in demanding service environments. However, conventional copper matrix composites face a persistent tradeoff between mechanical strength and electrical conductivity. Therefore, to address this challenge, this study proposes a design strategy based on the precise control of in situ reaction timings during material processing, enabling the formation of reinforcements with multiple compositions, morphologies, and length scales. Considering the different processing characteristics of casting and powder metallurgy, copper matrix composites are designed and fabricated with hybrid and hierarchical reinforcement architectures. The strengthening efficiency of these reinforcements is improved via the synergistic effects of multitype and multiscale reinforcements, thereby overcoming the tradeoff between mechanical strength and electrical conductivity. Using copper matrix composites containing in situ-formed boride phases as a representative material system, this study systematically examines microstructural design principles for developing high-strength, high-conductivity materials. The analysis integrates the intrinsic characteristics of the Cu–boride system with the processing features of conventional metallic manufacturing routes, including casting and powder metallurgy. This study presents several design strategies, including the hybridization of particle and whisker reinforcements, hybridization of microscale and nanoscale reinforcements, and construction of hierarchical architectures comprising particle microclusters and nanoprecipitates. These strategies enable the simultaneous improvement of mechanical strength and electrical conductivity. Key words： copper matrix composites    boride    hybrid reinforcement    hierarchical architecture 收稿日期: 2026-03-30      基金资助:国家自然科学基金(52127802); 国家自然科学基金(52431008); 国家自然科学基金(52322409) 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 梁淑华 姜伊辉 石浩 曹飞 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/Y0/V/I/0 [1] 吴洲, 吴凡, 王一茗, 甘有良, 付雪松, 陈国清, 周文龙, 祖宇飞. Mo表面硅化物-硼化物复合涂层的微观组织与高温氧化行为[J]. 金属学报, 2026, 62(6): 1069-1081. [2] 姜伊辉, 张兴德, 石浩, 曹飞, 马文君, 王艳芳, 梁淑华. 先进导电铜基复合材料设计与制备研究进展[J]. 金属学报, 2026, 62(2): 289-308. [3] 赵乃勤, 郭斯源, 张翔, 何春年, 师春生. 基于增强相构型设计的石墨烯/Cu复合材料研究进展[J]. 金属学报, 2021, 57(9): 1087-1106. [4] 王希,刘仁慈,曹如心,贾清,崔玉友,杨锐. 冷却速率对β凝固γ-TiAl合金硼化物和室温拉伸性能的影响[J]. 金属学报, 2020, 56(2): 203-211. [5] 王慧远,李超,李志刚,徐进,韩洪江,管志平,宋家旺,王珵,马品奎. 纳米增强体强化轻合金复合材料制备及构型设计研究进展与展望[J]. 金属学报, 2019, 55(6): 683-691. [6] 任建强, 梁淑华, 姜伊辉, 杜翔. 原位(TiB2-TiB)/Cu复合材料组织与性能研究[J]. 金属学报, 2019, 55(1): 126-132. [7] 马秀良, 胡肖兵. 高温合金中硼化物精细结构的高空间分辨电子显微学研究[J]. 金属学报, 2018, 54(11): 1503-1524. [8] 丁贤飞,刘东方,郑运荣,冯强. B微合金化对HK40合金铸造疏松的影响[J]. 金属学报, 2015, 51(9): 1121-1128. [9] 杨莉莉 郑立静 肖志霞 闫洁 张虎. 抽拉速率对定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.8B合金组织的影响[J]. 金属学报, 2010, 46(7): 879-884. [10] 刘仲礼; 李言祥; 陈祥; 胡开华 . 高硼铁基合金在不同铸型中凝固组织与力学性能的影响[J]. 金属学报, 2007, 43(5): 477-481 . [11] 符寒光; 蒋志强 . 耐磨铸造Fe-B-C合金的研究[J]. 金属学报, 2006, 42(5): 545-548 . [12] 胡坚;林一坚;许嘉龙;张士勋. Nb对液态激冷Fe_(70)Cr_(18)Mo_2B_9Si_1合金组织及性能的影响[J]. 金属学报, 1993, 29(7): 85-88. [13] 蒋百灵;雷廷权. 渗硼层生长的控制因素及其动力学过程分析[J]. 金属学报, 1991, 27(1): 11-15. [14] 蒋百灵;雷廷权;刘威;崔约贤. 20钢渗硼过程中硼化物形核和生长的TEM观察及室温形变的影响[J]. 金属学报, 1990, 26(2): 41-45. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed