固态机械合金化实现陶瓷金属化：结构复杂性调控与量子效应协同的多功能集成

针对陶瓷金属化中存在的界面结合弱、结构兼容性差等难题，研究人员通过超声辅助弹丸冲击固态机械合金化技术，以金属立方坯料为涂层源，在Al2 O3 基底上成功制备W-Al/W-Ni复合涂层。该涂层集成非晶区、纳米晶与非平衡固溶体，赋予陶瓷导电/磁性功能，并展现出6 K下的弱局域化与负磁阻效应，为量子材料设计提供新思路。

　　

在材料科学领域，陶瓷与金属的跨界结合一直是科学家们追逐的圣杯。陶瓷材料凭借其优异的耐高温、高强度特性在航空航天、电子器件等领域大放异彩，但天生的绝缘性却成为功能拓展的绊脚石。传统物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)技术虽然能实现陶瓷表面金属化，却常常陷入"强扭的瓜不甜"的窘境——要么涂层容易剥落，要么需要消耗大量能源。更棘手的是，像钨(W)和铝(Al)这类性能迥异的金属组合，常规方法几乎无法实现共沉积。

这一困局被来自国外研究团队的最新突破所打破。研究人员另辟蹊径，开发出超声辅助弹丸冲击固态机械合金化技术，用金属立方体代替传统球磨介质，在室温环境下成功将W-Al和W-Ni复合涂层"冷焊"到氧化铝陶瓷表面。这项发表于《Materials Today》的研究，不仅解决了涂层易剥离的行业痛点，更意外发现了量子输运现象，为多功能材料设计打开新维度。

关键技术包括：采用频率20 kHz、振幅80 μm的超声振动系统驱动钛合金增压器；使用边长3 mm的W-Al/W-Ni立方体作为冲击介质；通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征非晶/纳米晶复合结构；采用四探针法测量电阻率；在6 K低温下测试磁阻效应。

【Microstructure and formation mechanisms】
电镜分析揭示涂层呈现"千层饼"式结构：非晶基质中嵌有5-20 nm的纳米晶，局部形成非平衡固溶体。这种多尺度结构源于超声冲击产生的剧烈塑性变形，使金属颗粒在陶瓷表面发生机械互锁与原子扩散。

【Discussion】
理论计算表明，涂层与基底的结合强度高达45 N，远超传统PVD涂层。这种"同生共死"的强结合源于：1) 机械互锁效应：冲击使金属填充陶瓷表面微孔；2) 化学键合：界面处形成W-O-Al过渡层；3) 残余压应力提升抗剥离能力。

【Conclusions】
该研究实现三大突破：1) 首创以金属立方体为原料的固态机械合金化工艺，突破传统球磨介质限制；2) 在绝缘陶瓷上构建出兼具导电(10^-7
Ω·m)与铁磁性的多功能涂层；3) 首次在严重变形多组分金属体系中观测到量子相干效应，负磁阻率达-0.8%。这些发现为开发新一代量子器件热管理材料提供全新范式。

研究意义不仅在于工艺革新，更揭示了结构复杂性（非晶/纳米晶界面密度）与量子效应（弱局域化）的构效关系。这种"暴力美学"加工路径，为其他难相容材料体系的复合开辟道路，有望催生兼具经典性能与量子特性的颠覆性材料。