引言
W-Cu复合材料由互不相溶的W相和Cu相组成，结合了两种组分固有的优势，表现出优异的机械性能和导电性能[1], [2], [3]。因此，它在高压电接触、电磁推进系统导轨和晶圆测试探针卡等领域具有重要的应用价值[4], [5], [6], [7]。然而，日益复杂和恶劣的服务环境对W-Cu复合材料的综合机械性能和导电性能提出了更严格的要求，推动了人们对这些材料的广泛研究。
迄今为止，提高W-Cu复合材料强度和硬度的策略主要依赖于元素合金化、第二相强化和晶粒细化。例如，Sn、Fe、Mo、Ni和Zn等合金元素溶解在W或Cu基体中，引起晶格畸变，有效阻碍位错运动，从而提高复合材料的机械性能[8], [9], [10], [11], [12]。同样，引入Cr和Ag等元素[13], [14]可以促进晶界偏析或第二相析出，通过晶粒细化强化和弥散强化的协同组合改善机械性能[6], [7]。掺入Al?O?、TiN和WC等硬相颗粒[15], [16], [17]可以钉扎晶界并抑制位错滑移，从而提高硬度和压缩强度。此外，通过将机械球磨或化学还原与快速烧结技术相结合，可以制备出具有超细晶甚至纳米晶微观结构的W-Cu复合材料。晶粒细化显著增加了界面密度，增强了位错运动的阻碍作用，从而提高强度。值得注意的是，据报道纳米晶W-Cu复合材料的硬度值是其粗晶对应物[18], [19]的两倍以上。
然而，溶质原子、第二相、晶界和相界的存在加剧了电子散射，导致不同程度的电导率下降。为了克服这一问题，增强Cu相的三维连通性已被证明是提高W-Cu复合材料电输运性能的有效方法[20], [21], [22]。例如，Chen等人[21]采用无电沉积结合渗镀烧结制备了W-30Cu复合材料，实现了高达56.4 %IACS的电导率，比相同组成的常规W-Cu复合材料高约20%。然而，由于微观结构粗大，该复合材料的硬度仅为238 HV，与商用产品相比没有显著改善。细化镀层过程中的W颗粒尺寸可以提高此类复合材料的硬度和强度，但同时降低了其电导率[2]。相应地，目前缺乏能够同时提高W-Cu复合材料强度和电导率的方法。
近期的研究表明，层状结构提供了一种同时提高W-Cu复合材料强度和电导率的可行策略[23], [24], [25], [26], [27], [28]。在我们之前的工作中，通过结合液相球磨、无电沉积和快速热压烧结制备了自组装层状W-30Cu复合材料。与商用粗晶W-30Cu相比，该复合材料的压缩屈服强度提高了75%，电导率提高了8%[26]。这种增强归因于层状结构，它提高了W相的应力分配能力，同时保持了连续的Cu导电通路。这种配置充分利用了W相的高承载能力和Cu相的优异电导率，从而实现强度和电导率的同步提升[27], [28]。
此外，烧结是W-Cu复合材料制备的关键步骤。包括烧结温度、保温时间和烧结压力在内的工艺参数共同决定了烧结材料的最终微观结构和性能。其中，烧结温度对性能调控的影响最为显著，因此吸引了广泛的研究关注。提高烧结温度可以显著增强材料的致密化[29], [30]。由此带来的相对密度提高改善了微观结构的均匀性，从而同时增强机械性能和电导率。例如，Luo等人[31]报道，1200 °C烧结的W-Cu复合材料的压缩强度和电导率分别比850 °C烧结的提高了86.9%和26.8%。然而，过高的烧结温度可能引起W颗粒团聚、晶粒粗化和Cu相蒸发，这些都是不利于材料性能的[32], [34], [35]。在通过箔材烧结制备的多层W-Cu复合材料中，Chen等人[33]观察到提高烧结温度可以改善层间接面结合和热导率。相比之下，温度过高或过低都会降低弯曲强度。同样，Ji等人[36]报道，在W纤维增强的W-Cu复合材料中，烧结温度过高或过低都会导致W纤维与W-Cu基体之间的界面结合较弱，从而降低压缩屈服强度。这些发现共同表明，烧结温度对单一性能的影响取决于W-Cu复合材料的成分和组织。然而，烧结温度对层状W-Cu复合材料性能的影响及其内在机制仍然了解甚少。对层状W-Cu复合材料烧结温度的研究不仅可以促进其机械和物理性能的优化，还可以为通过精确热加工控制调控其整体性能提供理论基础和实践指导。
基于上述背景，本研究设计了一系列不同温度的层状W-30Cu复合材料。系统地研究了烧结复合材料的相对密度、微观结构、机械性能和电导率。此外，揭示了由烧结温度调控的层状W-Cu复合材料的结构-性能相关性规律。这些发现有望为高性能层状W-Cu复合材料的加工设计提供科学指导。
