纳米结构铜合金在强度和稳定性方面可与高温合金相媲美

美国陆军研究实验室（ARL）和利哈伊大学的研究人员开发了一种纳米结构铜合金，可以重新定义航空航天、国防和工业应用的高温材料

他们的研究结果发表在《科学》杂志上，介绍了一种具有出色热稳定性和机械强度的Cu-Ta-Li（铜钽锂）合金，使其成为有史以来最具弹性的铜基材料之一

“这是一项尖端科学，开发了一种新材料，将铜的优异导电性与镍基高温合金的强度和耐用性独特地结合在一起，”利哈伊大学美国铝业基金会材料科学与工程名誉教授、该研究的合著者Martin Harmer说。“它为工业和军队提供了为高超音速飞行技术和高性能涡轮发动机创造新材料的基础。”ARL和利哈伊大学的研究人员与亚利桑那州立大学和路易斯安那州立大学的科学家合作开发了这种合金，这种合金可以承受极端高温而不会显著退化

将铜与肤色稳定的纳米结构相结合

这一突破来自Cu3Li沉淀物的形成，由富含Ta的原子双层肤色稳定，这是Lehigh研究人员开创的概念。与在高温下随时间迁移的典型晶界不同，这种肤色充当结构稳定剂，保持纳米晶体结构，防止晶粒生长，并显著提高高温性能

利哈伊大学的研究科学家、该研究的合著者帕特里克·坎特威尔指出，这种合金在极端、长期的热暴露和机械应力下保持其形状，即使在接近熔点的情况下也能抵抗变形

通过将镍基高温合金的高温弹性与以卓越导电性而闻名的铜相结合，这种材料为下一代应用铺平了道路，包括热交换器、先进的推进系统以及尖端导弹和高超音速技术的热管理解决方案

一类新型高性能材料

这种新型Cu-Ta-Li合金提供了现有材料中没有的性能平衡：

镍基高温合金（用于喷气发动机）非常坚固，但缺乏铜合金的高导热性。钨基合金具有高耐热性，但密度大，难以制造。这种Cu-Ta-Li合金结合了铜的卓越导热性和导电性，同时在极端温度下保持坚固稳定。虽然它不能直接替代超高温应用中的传统高温合金，但它有可能在下一代工程解决方案中对其进行补充。研究人员如何制造和测试它

该团队使用粉末冶金和高能低温铣削合成了合金，确保了精细的纳米结构。然后，他们将其在800°C下退火10000小时（一年多），测试其长期稳定性。先进的显微镜技术，揭示了Cu3Li沉淀结构。抗蠕变实验，证实其在极端条件下的耐久性。使用密度泛函理论（DFT）进行计算建模，验证了Ta双层复合物的稳定作用

美国陆军研究实验室获得了该合金的美国专利（US 11975385 B2），突显了其战略意义，特别是在军事热交换器、推进系统和高超音速飞行器等国防应用中

科学家们表示，进一步的研究将包括直接测量该合金与镍基替代品的热导率，为其潜在应用做好准备，以及按照类似的设计策略开发其他高温合金

哈默说：“这个项目是一个很好的例子，说明联邦政府对基础科学的投资如何推动美国在材料技术方面的领导地位。”。“像这样的科学发现是加强国家安全和推动产业创新的关键。”