《纳米孪晶纯铜的强度和导电性研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纳米孪晶纯铜的强度和导电性研究（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、!# 年 第 $% 卷 第 & 期!#!众 所 周 知 ， 工 业 应 用 中 的 导 电 材 料 绝 大 多 数 是各 种 金 属 和 合 金 材 料 。 强 度 和 导 电 性 是 导 体 金 属 材料 的 两 个 至 关 重 要 性 能 ， 在 工 业 应 用 中 往 往 需 要 导体 材 料 同 时 具 有 高 强 度 和 高 导 电 性 。 例 如 导 电 磁 铁线 圈 中 的 导 线 既 要 承 受 巨 大 的 电 磁 作 用 力 ， 又 要 保持 较 低 电 阻 以 降 低 电 流 导 致 的 温 度 升 高 。 高 强 度 高导 电 性 是 超 导 磁 铁 中 导 线 的 必
2、不 可 少 的 重 要 性 能 。然 而 ， 在 常 规 金 属 材 料 中 这 两 种 性 能 往 往 相 互抵 触 ， 不 可 兼 得 。 如 图 $ 所 示 。 纯 金 属 （ 如 银 、 铜 等 ）具 有 很 高 的 导 电 率 ， 但 其 强 度 极 低 （ 均 小 于$%&(） 。 通 过 多 种 强 化 手 段 可 以 提 高 金 属 的 强度 ， 如 合 金 化 （ 添 加 合 金 元 素 ） ， 晶 粒 细 化 或 加 工 强化 ， 但 这 些 强 化 技 术 往 往 导 致 金 属 材 料 电 导 率 的 大幅 度 降 低 。 其 原 因 在 于 这 些 强 化 技 术 本
3、 质 上 是 在 材料 中 引 入 各 种 缺 陷 ， 如 晶 粒 细 化 引 入 更 多 晶 界 ， 加工 强 化 引 入 大 量 位 错 ， 这 些 缺 陷 会 显 著 增 大 对 电 子的 散 射 ， 从 而 降 低 导 电 性 能 。 所 有 这 些 强 化 方 式 均引 入 各 种 缺 陷 ， 因 而 也 增 加 了 传 导 电 子 在 这 些 缺 陷上 的 散 射 ， 使 金 属 的 电 阻 增 大)$*!+。 因 此 ， 实 现 金 属 材料 的 高 强 度 和 高 导 电 性 是 一 项 长 期 以 来 有 待 解 决的 重 大 科 学 难 题 。孪 晶 界 是 一 种 特 殊
4、 的 共 格 晶 界 ， 它 能 像 常 规 晶界 一 样 有 效 地 阻 碍 位 错 运 动),， +， 但 它 对 电 子 的 散 射能 力 比 常 规 晶 界 小 一 个 量 级 。 因 此 ， 如 果 在 金 属 中获 得 高 密 度 的 孪 晶 界 ， 将 可 能 有 效 提 高 金 属 的 强 度而 对 其 导 电 性 能 影 响 很 小 。 孪 晶 结 构 在 自 然 界 中 并不 罕 见 ， 它 可 以 通 过 塑 性 变 形 、 相 变 、 退 火 以 及 其 它物 理 化 学 过 程 在 许 多 金 属 或 合 金 中 形 成 。本 研 究 采 用 脉 冲 电 沉 积 技
5、术 制 备 具 有 高 密 度生 长 孪 晶 的 高 纯 铜 （ -.-/0） 。 电 解 液 为 1234,， 基板 为 镀 有 56* 非 晶 态 合 金 的 铁 板 。 峰 值 电 流 为 %.789:;#， +。透 射 电 子 显 微 镜 观 察 表 明 ， 所 得 到 的 样 品 由 呈?77国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目收 稿 日 期 ： #%, 年 / 月 # 日纳 米 孪 晶 纯 铜 的 强 度 和 导 电 性 研 究卢 柯（ 金 属 研 究 所 沈 阳 材 料 科 学 国 家 实 验 室 沈 阳 $%$）摘 要 强 度 和 导 电 性 是 金 属 材 料 两
6、个 至 关 重 要 的 性 能 ， 但 往 往 顾 此 失 彼 ， 不 可 兼 得 。 本 研 究 提 出利 用 纳 米 尺 寸 孪 晶 实 现 金 属 强 化 ， 以 期 获 得 高 强 度 和 高 导 电 性 。 实 验 采 用 脉 冲 电 解 沉 积 技 术 制 备出 具 有 高 密 度 纳 米 尺 寸 孪 晶 的 纯 铜 薄 膜 ， 其 拉 伸 强 度 达 $7%/7&(， 是 普 通 纯 铜 的 $% 倍 以 上 ， 并且 室 温 电 导 率 与 无 氧 高 导 铜 相 当 （ -07A813） 。 系 统 研 究 了 孪 晶 片 层 厚 度 对 样 品 性 能 的 影 响 。关 键
7、 词 金 属 材 料 ， 强 度 ， 导 电 性 ， 纳 米 孪 晶?图 $777铜 合 金 的 室 温 导 电 率 与 拉 伸 强 度 之 间 的 关 系（ 实 心 圆 点 ） ， 纳 米 孪 晶 铜 的 实 测 结 果 B五 角 星 C成 果 与 应 用中 国 科 学 院 院 刊!# 年 第 $% 卷 第 & 期 !随 机 取 向 的 不 规 则 形 状 的 晶 粒 构 成 （ 大 多 呈 现 出 类等 轴 晶 形 状 ） ， 高 密 度 的 生 长 孪 晶 将 亚 微 米 级 的 晶粒 分 割 成 在 厚 度 上 呈 纳 米 量 级 的 孪 晶 基 体 片 层 状结 构 。 高 分 辨
8、电 镜 观 察 表 明 ， 大 多 数 孪 晶 界 是 完 全共 格 的 ， 与 ( 射 线 衍 射 分 析 所 显 示 的 样 品 无 微 观 应变 的 结 果 相 一 致 ， 在 大 多 数 孪 晶 中 并 未 发 现 晶 格 位错 。 升 温 试 验 表 明 ， 当 等 温 退 火 温 度 高 于 !&)*时（ 保 温 时 间 约 +, 秒 ） 孪 晶 膜 开 始 变 厚 （ 长 大 ） 。将 制 得 的 铜 薄 膜 样 品 （ 厚 约 $-.!&!/） 在 室 温下 进 行 单 向 拉 伸 试 验 ， 其 屈 服 强 度 高 达 %, 012，断 裂 强 度 达 到 3 ,-4 012
9、， 此 强 度 值 比 粗 晶 铜 （ 晶粒 尺 寸 53,!/） 的 强 度 高 一 个 数 量 级 ， 也 高 于 已 报道 的 纳 米 晶 体 纯 铜 样 品 的 强 度 值67849。 该 样 品 的 弹 性应 变 （:3,.!） 与 单 晶 铜 相 当6%9， 远 高 于 粗 晶 铜 的 弹 性应 变 （:3,.#） 。 该 样 品 呈 现 出 较 强 的 拉 伸 塑 性 ， 断 裂延 展 率 达 3+;& 以 上 ， 两 种 样 品 的 电 阻率 均 随 温 度 降 低 而 线 性 下 降 ； 低 于 7, 时 ， 由 于 在此 温 度 范 围 内 晶 界 对 电 子 的 散 射
10、作 用 起 主 导 作 用 ，温 度 与 电 阻 率 不 再 线 性 相 关 。 在 整 个 温 度 区 间 内 纳米 孪 晶 铜 的 电 阻 率 与 粗 晶 铜 非 常 接 近 ， 重 复 试 验 表明 ， 纳 米 孪 晶 铜 的 室 温 导 电 率 为 %-;%?3;3+:&001/:&?77+078AB+6)+5()/:C6)(+:B0?,+/:D0*():B699/:EF=0*:EGH:IJK/:L$MMIN3HO%.)*+,%K%PQ%R+,7%;%&Q%7%0=%V(6):S0?)*(6+,:0):78+:+9+76(9:+,6,76W67X:0=:Y09XX,7(996)+:0Y
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