Al2O3纳米网络与纳米沉淀协同强化Al-Cu-O复合材料的机制研究

针对铝粉氧化导致的粉末冶金杂质问题，研究人员通过脉冲活化烧结(PAS)技术破坏氧化层，构建Al2O3纳米网络并调控CuAl2纳米沉淀，显著提升Al-Cu-O复合材料的断裂韧性和强度。该研究为铝基复合材料氧化难题提供了新思路。

　　

铝基复合材料在航空航天等领域应用广泛，但铝粉表面氧化层如同"顽固的盔甲"，既阻碍烧结过程又引入杂质。传统方法或依赖昂贵惰性气体保护，或需高压破坏氧化层，均存在明显局限。更棘手的是，烧结过程中形成的金属间化合物往往形成脆性界面，成为材料失效的"阿喀琉斯之踵"。

针对这些行业痛点，中国某研究机构团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表创新研究。他们巧妙利用脉冲活化烧结(PAS)的电流效应，通过"电热手术刀"精准破坏氧化层，将其转化为环绕铝晶粒的3D纳米网络。这种"变废为宝"的策略不仅解决了杂质问题，更构建出独特的Al₂O₃强化骨架。研究同时发现，脉冲电流能像"分子剪刀"般调控CuAl₂沉淀尺寸，实现纳米级均匀分布，突破传统复合材料强度-韧性此消彼长的困境。

研究采用干法球磨制备Al-Cu混合粉末，通过PAS在相对低温(较传统烧结低100-200°C)下快速烧结。TEM-EDS联用技术揭示材料微观结构演变，EBSD分析晶界特征分布，力学测试验证性能提升。

【Results】部分显示：

1. TEM暗场成像清晰呈现晶界处Al₂O₃网络结构，EDS证实氧元素沿晶界分布。电流诱导的局部放电产生3000°C以上瞬时高温，有效破碎原始氧化层。
2. 快速烧结抑制晶粒长大，CuAl₂沉淀尺寸控制在50nm以内。电流促进定向原子迁移，降低形核势垒，形成高密度纳米沉淀。
3. 复合材料抗拉强度达520MPa，延伸率保持8%，较传统工艺提升40%。裂纹扩展遇到Al₂O₃网络时发生分叉，吸收更多断裂能。

【Conclusion】阐明：Al₂O₃网络通过裂纹偏转增韧，纳米沉淀通过奥罗万(Orwan)机制强化，二者协同作用实现"鱼与熊掌兼得"。该研究为金属基复合材料设计提供新范式——利用原生氧化层构建增强相，通过PAS精确调控微观结构。技术路线可拓展至其他易氧化金属体系，对航天轻量化构件、电子封装材料开发具有重要指导价值。