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铜合金材料应用开发

作者:王强松 娄花芬 马可定 张文芹 发布时间:2021-09-01 浏览次数:125
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铜合金材料应用开发

0.3线框架用第三代铜合金的开发

为适应集成电路器件高密度、小型化和高可靠性的要求,继Cu-Fe-P系 Cu-Ni-Si系之后,发达国家材料研发大多致力于开发高强高导的Cu-Cr-Z 系合金,其目标性能是抗拉强度在600MPa以上、电导率在80%IACS以上。为了提高强度,除进一步研究Cr和Zr在析出过程中的交互作用外,还主要集中在非真空加Z 技术研究和产业化,以及添加Ti、Si、Mg等元素,进行微合金化以提高


其综合性能等。我国对Cu-Ni-Si和 Cu-Cr-Zr系合金开发也已经起步。

0.3.2高速轨道交通接触线及附件用铜合金的开发

为了适应300km/h及350km/h 以上列车时速的要求,法、德、日等发达国家都开发了自己的接触线用铜合金系,如 Cu- Ag、Cu-Sn、Cu-Mg、Cu-Ag-Sn. Cu-Cd 等十几种铜合金,目前正在开发 Cu-Cr-Zr、Cu-Ag-Zr、Cu-Ag-Cr等,***提高材料的强度、导电性、耐磨、耐蚀及抗蠕变和疲劳性能。接触网线夹类零件主要以铝青铜、硅青铜为主,目前主要开发Cu-Ni-Si系合金,逐步取代硅锰青铜和铝青铜,以满足更高的使用要求。

0.3.3高纯化铜材的开发

当今半导体设计的法则进入了纳米水平。为防止RC 延迟(芯片上导线电阻和层间寄生电容会产生RC延迟,电阻和电容越大,延迟时间就越长)对动作准确性的影响,要求铜线必须有更小的电阻率,提供纯度为6N甚至7N级(99.99999% Cu)的超高纯铜成为市场的现实要求。高纯无氧铜是这类高纯铜产品中需求量***大、涉及领域***多的合金。除航天、航空、军用电真空器件外,民用微波磁控器件(微波炉)、超导器件(如核磁共振)等也大量使用。我国已经能够批量供应4N 级高纯铜和氧含量不超过5x10*%的无氧铜,国外已有可以供应氧含量精确到3x10~%、2x10~*%甚至1x10%的超纯无氧铜和6N级超高纯铜。

0.3.4铜合金热管的开发

随着人们生活水平的提高和科学技术的进步,各种***散热设备和器件的使用越来越多。除开发各种内螺纹、外翅片大中型热管外,利用毛细现象实现自循环的“热管”也在研究开发中。由于这种“热管”为相变换热,传热具有结构的紧凑性、极强的导热性、热流密度的可变性、热流方向的可逆性等特点,可以满足电子产品对散热装置紧凑、可靠、高散热效率等要求而受到越来越多的重视。因而针对在太阳能和地热利用、电脑、手机、移动通讯机站等大容量、小型化器件散热方面的潜在应用而开展的“微热管”开发正成为研究的热点。“微热管”开发对材料工作者提出了两项任务:一是铜基材的高度纯净化、致密化,不允许有任何疏松、气孔;二是微米尺度微细管的加工成型。

0.3.5高耐磨铜合金的开发

目前,高耐磨铜合金的开发主要集中在汽车同步器齿环和工程机械(包括航空、航天机械)液压泵摩擦副材料等方面,要求材料具有很高的硬度(强


度)、良好的热锻性和切削加工性以及较低的生产成本。因而,合金开发集中多元复杂黄铜方面,如添加铁、镍、锡、铅等元素的锰黄铜或铝黄铜替代铝告铜、硅青铜和镍铜合金。

0.3.6强耐铜合开发

随着海水淡化、海水养殖、滨海核电、远洋运输和海洋矿产资源开发及海家舰艇等海洋工程技术的发展,对耐海水腐蚀的新材料的需求愈加迫切。而目前伟用的耐蚀铜合金材料,国内外基本上都是HA177-2、HSn70-1、BFe10-1-1和 BFe30-1-1四种铜合金。虽然发达国家都投人大量人力物力,努力开发新型合金,但进展都不大,没有取得根本性的突破。目前,研究的重点仍然集中于在铁白铜(CuNiFe合金系)基础上提高铁含量、添加微量Zr、Cr、Nb、Si或M等元素,改善合金材料的综合性能。铝青铜具有较高的耐蚀性,以铁、锰、铝青铜为基础开发添加镍、硅等元素的多元复杂铝青铜也是一个方向。

0.3.7环境友好型铜合金的开发

环境友好型材料是21世纪的新要求。环境友好型材料是指材料本身及其制备、使用、回收过程中对人体或动植物及周围环境不产生有害作用的材料。铜合金中铍、铅、镍、镉、砷等对人体有害,正在或已经被一些国家和国际组织禁用或***使用。因此,人们正在大力开展无铅易切削黄铜、无铍弹性铜合金、无镍白铜等替代铅黄铜、铍青铜、镍白铜的研究开发活动。在无铅易切削黄铜方面开发了以铋、锑、碲、硅等替代铅的多种材料,有的已形成了工业化生产。但生产成本高和回收管理难度大仍是亟待解决的问题。在无铍弹性铜合金方面,主要集中在高锡青铜、铜-钛合金、镍硅青铜等新型弹性材料的开发方面,并取得了一定的进展。

0.3.8 铜基复合材料开发

虽然铜及铜合金具有许多优良的特性,但也有其局限性。随着科学技术的发展,现有铜及铜合金的导电性与强度及高温性能难以兼顾,不能同时满足航天、航空、微电子等高技术对其综合性能的高要求。而铜基复合材料是一种具有优良综合性能的新型结构性材料,它通过内氧化法、粉末冶金法、烧结法、机械合金化法、喷射沉积法等制备而得,不但继承了铜的高导电性,同时具备高的强度和高温性能。铜基复合材料应用的领域广泛,如高压真空开关、触头材料等。铜基复合材料的开发由于产业化进程缓慢,制造成本居高不下,严重影响了材料应用的推广。


和复合材料化方向发展。

综合来看,当今铜合金材料开发正朝着高纯化、微合金化、多元复杂合金化和复合材料化方向发展。


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