金属纳米复合材料的界面和尺度效应

本项目针对金属纳米复合材料中的界面效应和尺度效应两个基础科学问题，以铜基和银基复合材料为模型系统，选择三种界面晶格匹配类型（fcc/fcc、fcc/bcc和fcc/hcp），利用集束拉拔的极塑变形技术，获得基体金属和第二组元金属的尺度均可精确控制的纳米复合材料，通过研究组元金属的协同形变过程、基体和芯丝尺度纳米化、织构形成过程、两相界面结构演化、基体中和界面处的位错形成与运动规律、形变诱导的孪晶化、与界面和尺度效应关联的强化机制、疲劳特性与微观结构的关系、弹-塑性转变机制及其与多尺度结构特征的关系、电子在基体中的自由程受限效应、电子在位错和界面处的散射机制以及复合材料的热稳定性等，探索经典的Hall-Petch关系和混合定律的适用性和局限性，揭示金属纳米复合材料中的微观结构、力学和物理性质的变化规律，为高强高导铜基和银基复合材料的性能优化和工程应用提供理论依据。

通过极塑性变形获得的高强度高电导铜基复合材料是一种典型的金属纳米复合材料，这类材料在近年获得了极大关注，具有很强的应用化背景。项目组以集束拉拔制备的铜基纳米复合材料作为研究重点，通过纳米尺度下，不同尺寸材料的微观结构和材料力学、物理综合性能研究，明确了材料由宏观尺寸向微观尺寸，再到纳米尺度转变过程中，材料的织构形成，材料芯丝纳米化、纤维化结构等的微观结构演变；获得了尺寸条件下材料的塑性变形、力学特征、本构关系以及导电特性等材料综合性能变化规律；揭示了铌探针层在材料结构演变、塑性变形、复合强化、导电连续性、材料热稳定性以及磁滞特性等方面的主导作用。项目组还以材料的界面、尺度研究成果为依托，针对材料的主要应用领域—高场脉冲磁体用导体材料的迅速发展，开展了高强高导铜铌纳米复合材料的实用化研究。通过有限的材料条件试验结合材料前期微观结构演变、力学特征和物理输运特性研究，确定了大规格线材的加工关键参数，获得了脉冲磁体用复合长线的关键技术，制备出满足国家脉冲强磁场中心需求的高性能线材，并在项目运行期间提供线材两破亚洲脉冲磁体纪录，为我国跻身世界脉冲磁体四强奠定坚实基础。