高强度高导电铜及铜合金研究.pdfVIP

前 沿 FRONTIER 高强度高导电铜及铜合金研究 ■ 文/周  晨    山东大学材料科学与工程学院 铜（Cu）因导电等性能优异而被广 这方面的研究通过复合材料法和合金 界既能有效限制位错的运动又可以 泛的应用于电气电子工业中[1] ，但纯铜 化法来解决这一问题。一方面，研究显 使其电子散射能力很低的微观结构 硬度、抗拉强度、抗蠕变性能均较低[2] ， 示可以用沉淀析出相弥散强化、固溶 获得高强度高导电同时兼得高纯铜。 难于满足电气电子工业某些工况条件 合金强化和合金冷变形强化等合金化 研究通过以硫酸铜（CuSO4 ）为电解液 下对其强度的要求。而高强度高导电 法制成高强度高导电铜合金，目前这 的脉冲电沉积法制备了高纯度具有 铜合金因其高导电、高强度，良好的抗 方面的研究较多，技术较为成熟；另一 高密度孪晶的纯铜，透射电镜(TEM) 磨损、抗电弧侵蚀等性能得以广泛应 方面，目前对复合材料法制备的高强 观察表明沉积态的铜大部分是由取 用[3] [4] 度高导电铜合金的研究包括外加颗 向随机的与等轴晶类似的晶粒构成， ，如可用作集成电路引线框架 、电 气工程开关触桥、电气化铁路接触导 粒、纤维等作为增强相铜基复合材料 晶粒尺寸平均为400nm。孪晶的片层 线、大功率异步牵引电动机转子等[5]。 法和原位生成增强相铜基复合材料 厚度平均值为15nm，孪晶的片层长 法。对高强度高导电铜及铜合金的最 度在100 ～1 000nm之间。高密度的生 一、高强度高导电铜合金的制 新研究出现了新的方法，例如利用孪 长孪晶把原本亚微米级别的晶粒分 备概述 晶、稀土元素、碳纳米管（CNT）等手 割成了纳米尺寸的孪晶或基体片层 研究表明，铜合金中如果合金元 段制备出了性能优异的高强度高导 状的微观结构。观察显示，孪晶界绝 素加入量很少，则强化效果不明显。这 电铜及铜合金，并取得了良好的实验 大部分是连续的共晶晶格，只有在少 是因为太少的固溶原子不足以形成足 结果。 数厚的片层结构中观察到了晶格缺 够的Cottrell气团以钉扎位错，从而导 陷。对沉积态铜薄膜进行拉伸测试， 致铜合金不具有足够的抗拉强度 ；而 二、必威体育精装版研究进展 发现屈服强度达到了900MPa，断裂 铜合金中如果合金元素加入量太多， 1.传统方法 强度达到了1 068MPa，其数值要比 则铜合金导电性能下降严重，难以满 传统强化铜的方法，例如细晶 粗晶铜的数值至少高一个数量级。纳 足性能需求。这是因为加入的合金元 强化、固溶强化等方法在使铜合金强 米孪晶铜的弹性应变与单晶铜相当 素使铜基体的晶格产生缺陷，从而导 度提高的同时引入了晶界、位错、第 为1%～2%，粗晶铜数值为0.01%，并 致铜合金导电性能严重地下降。在铜 二相等缺陷，随之引起的便是对电子 且其延展性能好，延伸率为13.5%。 合金的研究中高强度和高导电性是一 散射的增加，从而引起导电能力的下 经过测试，纳米孪晶铜的电阻率在室 对比较难以调和的矛盾关系。近些年 降。卢柯等[6]通过研究发现利用孪晶 温 下 为(1.75±0.02)×10-8 Ω·m，即 64 Advanced Materials Industry