新方法可讓金屬強度和塑性“雙高”
2020-06-05 11:09:17 來源:科技日報
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如何同時提高金屬材料的強度、塑性以及導(dǎo)電性,消減性能之間的制約,一直以來是金屬材料領(lǐng)域的研究難點。近日,南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的操振華教授團(tuán)隊研究出新方法,可同時提高納米結(jié)構(gòu)金屬材料的強度、塑性,這一全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計還可有效推廣到其他金屬體系。該成果近日發(fā)表于國際頂級期刊《材料學(xué)報》上。

納米層狀金屬復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖及其微結(jié)構(gòu)特征,受訪者供圖

在金屬的應(yīng)用過程中,無論是強度還是塑性,如果達(dá)不到要求,都可能造成事故,比如:建設(shè)的橋梁容易斷裂,汽車減震功能大打折扣,電腦和手機等精密儀器容易出現(xiàn)死機、卡頓。

納米金屬薄膜是手機芯片、電腦cpu里的微電子器件與微機電系統(tǒng)主要組元材料之一,設(shè)計制備出高強度高塑性納米金屬,并且建立微納米材料性能變異的新理論和新方法是信息、電子以及納米等技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

“由于超深亞微米加工技術(shù)的不斷突破,電子元器件不斷微型化發(fā)展,逐步實現(xiàn)手機和電腦的微型化和智能化。而銅作為新一代微電子器件中的重要材料,其特征尺度也降低至10納米以下,由此導(dǎo)致其力學(xué)特性的顯著變化會影響微電子微器件使用性能與工作壽命。”操振華說。

他介紹,研究團(tuán)隊以納米金屬銅為研究對象,利用直流磁控濺射技術(shù),在金屬銅膜中引入超薄的金屬鉭層,尺寸近等于晶界的厚度,即起到類似“人工晶界”的作用。通過調(diào)節(jié)鉭層的間距,從而獲得具有梯度晶粒與等尺寸晶粒的兩種層狀結(jié)構(gòu)金屬復(fù)合薄膜,結(jié)果發(fā)現(xiàn),金屬復(fù)合薄膜的屈服強度和均勻塑性應(yīng)變最高分別達(dá)到1吉帕和70%。”

最終,操振華教授團(tuán)隊與南京大學(xué)、美國普渡大學(xué)等機構(gòu)合作,成功設(shè)計出兼具高強度與高塑性的納米結(jié)構(gòu)金屬材料。這一全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計還可以有效推廣到其他金屬體系,也為高性能納米金屬的設(shè)計與制備開辟了新思路。(通訊員 張小晴 記者 金鳳 )

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