在实验室周子珏老师的指导下，化学与材料工程学院本科生杨泽银、吴一凡、刘丽雯以共同作者身份在SCI期刊《Vacuum》上发表了题为“Erosion characteristics of WCu/Ti₃SiC₂ electrical contact materials by arc discharge in various ambient atmospheres”的研究成果。

钨铜合金是一种假合金，由于兼具钨的耐蚀性和铜的导电性，因此常被用作高压开关中的触头材料。随着使用场景条件的改变，钨铜合金产生电弧烧蚀的频率大大增加，必须提高钨铜合金的耐电弧烧蚀性能。由于Ti₃SiC₂兼具金属和陶瓷的诸多优点，如良好的导电导热性、低热膨胀系数、良好的加工性，本研究工作选用Ti₃SiC₂作为增强相添加到钨铜合金中，利用热压烧结法制备了WCu/Ti₃SiC₂电接触材料。同时，本工作选用SF₆,CO₂,O₂和Ar作为密封气氛，在该四种气氛中探究了WCu/Ti₃SiC₂电接触材料的耐电弧烧蚀性能。

本项研究发现，WCu/Ti₃SiC₂电接触材料在SF₆中发生电弧烧蚀时释放出的电弧能量明显低于其他三种气氛。根据拍摄得到的电弧图像，评估了WCu/Ti₃SiC₂电接触材料在四种气氛中电弧烧蚀区域的电弧能量密度，发现其数值按照Ar,SF₆,CO₂，O₂的顺序递增。电弧烧蚀区域微观形貌指出，在CO₂和O₂中材料表面产生了严重的飞溅痕迹和孔洞。同时借助拉曼光谱，分析了在四种密封气氛中烧蚀区域的物质成分。本文提出了WCu/Ti₃SiC₂在不同气氛环境中的耐电弧烧蚀机理，并绘制了相应的机理图。

该工作得到安徽省教育厅自然科学研究重点项目、国家级大学生创新创业训练计划项目、淮南师范学院“支持百名优秀学生课外科技实践创新活动基金”项目的资助。

图1 本工作中的电弧烧蚀机理图。

论文引用格式：Erosion characteristics of WCu/Ti₃SiC₂ electrical contact materials by arc discharge in various ambient atmospheres. Vacuum, 220(2024), 112821.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.112821