团队长期致力于电力、微电子领域金属材料的基本性能与工业制备技术研究，研究体系涵盖铜基、银基、铝基材料。其中，针对先进铜基功能材料的持续研究已逾 30 年，是国内较早开展铜基材料系统性研究的团队之一。团队以国家重大需求为导向，聚焦学科前沿，围绕金属材料的高温力学、电学、热学性能开展基础科学研究，重点探索 “析出相的强韧化改性”、“铜 / 石墨烯界面的电子输运机制”、“碳材料在金属块体中的分散与有序排列规律” 等科学问题。针对国家急需的高温铜合金、高强高导铜合金、超级铜等工程材料，构建了 “基础原理 — 工业技术 — 产业转化” 的系统性研究体系，尤其关注工业级大吨位制备与生产技术中的科学问题。通过基础理论突破，推动生产工艺革新与产业技术升级。

基础科学研究

金属材料高温力学性能
金属材料优异的导热性能使其常用于热量交换场景（如散热器、换热器），长期处于高温服役状态，这对其高温力学性能提出严苛要求。除了常见的调整合金成分思路，我们更关注增强相本身的结构、形状、维度以及排布对于高温性能的影响，提出了超饱和固溶（Cu-Cr）、强化析出相（Cu-Cr）、高温晶界钉扎（Cu-石墨烯）、多维度协同强化（Cu-W-石墨烯）以及纳米线网络增强（Ag-ZnO）等强化思路。

Cu₂Cr₉₈ 和 Cu₅Cr₉₅ 中超饱和固溶提升高温强度的机理

金属基复合材料的导电、导热性能
进一步提升金属材料的导电、导热性能，有利于提升能量效率、降低电气能耗。重点关注高导电相在金属中的排布与有序微结构构建（Cu-石墨、Al-石墨），金属/碳界面的冶金结合及调控（Cu-石墨烯、Cu-金刚石）

半固态压延法制备Al-石墨界面

材料凝固过程中的组织控制与界面工程
熔化-凝固得到的材料组织具有高致密、界面结合紧密的特点，但当材料中的多种组元熔化后不互溶时，容易产生偏析、开裂等问题。主要研究不互溶合金体系的快速凝固组织规律与控制，实现多组元合金、复合材料的均匀化、致密化制备（Cu-Cr，Cu-Fe、Ni-Ti等体系）

快速冷却非平衡Cu-Cr微观组织

液态金属/陶瓷界面的扩散与抑制
活泼金属元素在熔融态容易与坩埚容器发生反应，产生的污染物严重影响材料性能，限制了活泼金属元素的熔炼制备。通过研究液态金属与陶瓷界面的反应过程，揭示扩散与反应速率，降低污染相的生成速率，拓展合金元素的应用范围（SnO₂-Ag、MgO-Ti、MgO-Al等体系）。

Ag/SnO₂界面组织与反应过程

先进制备技术研究

大吨位超纯净熔炼技术
开发针对工业生产的大吨位超纯净熔炼技术，实现高纯金属单质、含活泼合金元素的高端合金的熔炼以及凝固成型，可实现1t以上单锭的生产，用于高纯铜（6N、7N）、无氧铜（氧含量小于1ppm）、钛青铜（2022年国内实现替代）、铜铁合金（Fe含量最高30%）的生产。多项产品打破“卡脖子”现象，实现国产替代。

自主研发工艺路线生产的高纯铜

普适性熔渗技术
熔渗技术适用于材料中含两种不同熔点、互不反应的复合材料体系，通过将低熔点组元加热至液态后，填充进入高熔点相的骨架中，获得致密的材料。现有技术受限于固-液两相浸润性较差的问题，只应用于Cu-W、Cu-Mo等少数体系。开发了普适性熔渗技术，可用于多种金属体系复合材料的制备（Cu基、Al基、Ni基等）。

熔渗制备的铝-金刚石散热盘

当前研究

超高强度铜合金*

（Cu-W合金，电磁发射轨道）

电磁推进装置

电磁发射轨道由特种铜-钨合金制成，需要承受大电磁力（高强度）、高电流密度（高电导率），并兼具优异的耐磨、耐电弧烧蚀性能。需要开发新一代铜-钨合金材料，满足国家重大战略需求。

研究内容：铜-纳米钨粉体合成、致密化，钨颗粒有序分布的构建，3D连续钨网络在铜基体内的协同变形与增强。

*项目来源：国家自然科学基金委重大研究计划重点项目

  研究者：张玉、张亚龙、侯添昊、黄祺、张雨静