第13卷第5期Vol.13No.5中国有色金属学报TheChineseJournalofNonferrousMetals2003年10月Oct.2003文章编号:10040609(2003)05107106热型连铸单晶铜的性能①丁雨田1,许广济1,郭法文1,寇生中1,兰晔峰1,丁宗富1,刘广林2,封存利2,杨新山2(1.甘肃理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州730050;2.焦作市森格高新材料有限责任公司,焦作454001)摘要:利用自制的热型连铸设备生产了单晶铜棒材,对其铸态、冷加工态、退火态的力学性能与电学性能进行了系统的测试与研究。结果表明:和多晶铜相比,单晶铜在铸态时具有良好的塑性和较低的电阻率,并具有优异的室温延展性,其延伸率可达6100%以上;冷拉拔加工后单晶铜表现出更大的加工硬化现象,但采用合理的退火工艺可使其加工硬化得到缓解。关键词:热型连铸;单晶铜;延展性;电阻率中图分类号:TG249文献标识码:A随着电子工业和通信技术的迅猛发展,超细、高保真传输导线的用量不断增加,对导体金属的性能提出了越来越高的要求。普通多晶铜材已经难于满足这种要求,单晶铜材由于消除了横向晶界,使其具有良好的保真性能,因而具有广阔的应用前景[1,2]。超微细铜线(直径小于0.05mm)的市场需求也在逐年增大,但由于其加工难度大,对原材料的要求比较高。目前国内电缆行业拥有低氧铜杆的连铸连轧生产线,也有浸涂成型和上引法的无氧铜杆生产线,所产出的铜杆其内部组织不均匀,细线拉制非常困难。在采用1800m/min以上的拉丝速度时,国外先进技术拉制1kgd0.02mm的铜丝最多断头一次,而我国拉制规定长度的d0.04mm以下的铜线时较困难,尤其是很难拉制规定长度的d0.02mm及以下的铜丝,有的虽已制造成漆包线产品,但在用户引进的高速绕线或自动嵌线设备上应用时,也因材料韧性较差而容易断线。Yoshiharu等[3]比较了定向凝固与非定向凝固铜杆在拉制d0.02mm的超微细线时的拉丝性能,见表1。由图8可以看出,具有定向凝固组织的铜杆表现出优越的拉丝性能。热型连铸技术是一种工程化的定向凝固技术[49],应用此项技术可以生产长度不受限制的单晶铜杆。单晶铜材以其良好的塑性,在超微细线加工方面具有较大的优势,无疑可为超微细丝的生产提供优质铜杆。虽然单晶铜杆在生产上述材料时具有明显的优势,但目前单晶铜还很少得到应用,关于其加工工艺也少有报道,因此对单晶材料的性能和深加工工艺进行系统的研究已经迫在眉睫。表1定向凝固和非定向凝固铜合金的拉丝性能Table1Wiredrawingpropertiesofunidirectionallyandnon2unidirectionallysolidifiedcopperalloysCualloyUnidirectionallyornotMassofbreakingofwireinwiredrawing/(g·s-1)Massofbreakingofwireinwirecurlling/(g·s-1)99.99%CuYes1010900Cu20.1%AgYes1530830Cu20.1%SnYes1400101099.99%CuNo210150Cu20.1%AgNo540320Cu20.1%SnNo4004001实验单晶铜铸态试样在自制的横引式热型连铸设备上制备[10],连铸速度为20mm/min,所得铸棒的直径为6mm。以制备的单晶铜铸棒为原材料,在拉丝机上进行冷拉拔,中间不进行退火处理,最终得到不同压下率的单晶铜试样。静拉伸试验在AG210TA万能试验机上进行,标距100mm。退火试验在管式炉中进行,为防止试样氧化而通氩气进行保护。试样电阻在QJ36型四点式双臂电桥上进行测①基金项目:甘肃省自然科学基金资助项目(ZS9812A2220552C)收稿日期:20020915;修订日期:20021202作者简介:丁雨田(1962),男,教授,博士通讯联系人:丁雨田,教授,博士;电话:09312757285;Email:dingyt@gsut.edu.cn量,标距为200mm。为便于分析比较,对国内某厂采用上引法生产的普通多晶铜试样在相同试验条件下进行了性能测试。2结果与分析2.1铸态单晶铜的性能表2所列为本研究中单晶铜杆性能实测值、国际标准ISO4738—1982(E)、国标GB3951—89、美国南线公司铜线杆实测值及国内某厂生产的铜线杆实测值。从表中可以看出,单晶铜杆的各项性能均高于国标、国际标准,也优于国内外厂家生产的非定向凝固组织铜线杆。图1所示为单晶铜与多晶铜静拉伸断口形貌。由图1(a)可见,单晶铜铸棒的断口具有明显的塑性变形特征,其断口呈扁尖状。这种扁尖状断口的形成主要是单晶铜中的滑移系沿最大切应力方向滑移所致。而图1(b)中多晶铜的断口则基本为圆...
