在本研究中，研究人员首次提出纠缠包覆纤维等离子烧结（Entangled Coated Fiber Plasma Sintering, ECFPS）作为一种新型制备工艺，用于制造致密的铜铁（Cu–Fe）合金，在实现高导电性能的同时提升其力学性能。研究中采用商用纯铜纤维经机械卷曲形成三维纠缠结构，随后通过电弧物理气相沉积（arc Physical Vapor Deposition, arc PVD）在其表面沉积一层薄铁膜。铁包覆铜纤维经冷压成型后，利用放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering, SPS）实现快速致密化及有效冶金结合。显微组织分析表明，初始连续的铁涂层在冷压及等离子辅助烧结过程中发生受控破碎，促进铜–铜直接接触、扩散驱动结合，并几乎完全消除孔隙。最终，经ECFPS制备的Cu–Fe合金相对密度高达约99.93%，显著优于传统工艺制备的同体系材料。力学性能测试显示，该合金屈服强度、抗拉强度及硬度较退火态铜均有显著提升，但塑性略有下降。尽管含有铁元素，该合金仍保持了90.9%国际退火铜标准（International Annealed Copper Standard, IACS）的高导电率，这归因于三维连续富铜导电网络的保留以及铁固溶度的有限控制。本研究提出的ECFPS工艺为兼具结构强度与功能导电性的高密度铜基材料设计提供了一种全新策略。
研究背景方面，铜及其合金因优异的导电导热性、耐腐蚀性和加工性能，在电气导体、电子封装、热交换器及电磁系统中具有重要地位。然而，纯铜本征强度较低，限制了其在承载或磨损环境中的应用，尤其在需要小型化与高可靠性的先进系统中。传统强化手段（如加工硬化、细晶强化、合金化）往往在提升强度的同时显著降低导电性，这是由于缺陷、晶界及溶质原子增强了对传导电子的散射。铜–铁（Cu–Fe）体系因铁的高强度、磁功能、低成本以及与铜的热力学不混溶性，成为兼具承载与导电功能的潜在材料，但传统粉末冶金及放电等离子烧结（SPS）工艺常面临铁相分布不均、界面结合差及导电通路不连续等问题。为此，研究人员提出了一种全新的固态加工策略——纠缠包覆纤维等离子烧结（ECFPS），以构建三维互连铜骨架与精细分散铁相的复合结构，旨在克服Cu–Fe体系在致密化、导电性及强化方面的矛盾。
关键技术方法方面，研究人员选用直径约120 μm的商用纯铜纤维，经机械卷曲形成多孔球形结构，并利用丙酮超声清洗去除表面污染物及氧化层。随后采用电弧物理气相沉积（arc PVD）在铜纤维表面均匀沉积厚度约650–720 nm的铁涂层。包覆后的纤维在室温下以3120 MPa压力冷压成相对密度约86%的生坯，再经SPS在真空环境中升温至780 ℃，保温6 分钟，同时施加轴向压力完成致密化。最终通过扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（OM）、能谱分析（EDS）、维氏硬度测试、拉伸试验及阿基米德法密度测量等手段对合金的组织、性能进行表征。
研究结果方面，首先在Fe涂层形貌分析中，SEM及EDS结果显示铁层覆盖于铜纤维表面，厚度分布不均匀，平均约650–720 nm。界面间隙主要源于试样制备过程中的机械抛光应力，并非真实固有缺陷。其次在致密化行为研究中，ECFPS工艺实现了相对密度约99.93%（实测密度8.951 g·cm-3 ）的近全致密Cu–Fe合金，远高于常规粉末混合+SPS工艺的90.2%–95.2%。铁涂层在冷压及SPS过程中发生破碎，暴露新鲜铜表面并促进Cu–Cu扩散结合，消除了孔隙。再次在显微组织演化中，合金由粗等轴晶、细晶及部分拉长晶组成，铁颗粒通过Zener钉扎效应抑制铜晶粒过度长大，平衡了致密化与晶粒尺寸控制。最后在性能测试中，屈服强度由退火铜的55.5 MPa提升至约150 MPa，抗拉强度由216 MPa增至308.8 MPa（增幅约43%），维氏硬度由70 HV升至86.6 HV；延伸率由42.5%降至25.5%；导电率为90.9% IACS，显著高于传统铸造或烧结Cu–Fe合金（通常约31% IACS）。
讨论与结论部分，研究人员指出，ECFPS工艺利用三维纠缠铜纤维的连续导电网络与受控铁涂层破碎机制，实现了Cu–Fe合金的近全致密化与高强度–高导电性的协同提升。铁相主要以颗粒形式分布于铜晶界，限制了晶粒粗化并减少固溶度，从而降低了溶质散射对导电性的影响。与传统工艺相比，ECFPS不仅在密度上取得突破，还保留了铜基体的高导电通道，为多功能铜基合金设计提供了可扩展的新平台。该研究发表于《Journal of Materials Research and Technology》，其核心结论可概括为：ECFPS首次成功应用于Cu–Fe体系，制备出相对密度约99.93%、导电率90.9% IACS、抗拉强度提升43%的高性能合金，突破了传统铜合金强度–导电性难以兼顾的材料瓶颈。
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