高强高导钢纤维增强铜基复合导线的-研究

《高强高导钢纤维增强铜基复合导线的-研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第～章绪论第一章绪论1．1选题意义电力电子工业的发展要求导体材料在具备高导电性的同时具有高强度，纯铜导体材料已不能满足要求。以铜为基体的形变复合材料通过大量加工形变产生的纤维增强相可获得很高的强度，成为研究热点。目前已经开发研究的主要有Cu-Ag、Cu-Nb、Cu-Cr、Cu．Ti、Cu．Fe等二元系铜基形变复合材料。Fe与其它组元相比价格较低，具有很大的发展前景。目前制备Cu-Fe系铜基形变复合材料多采用熔铸或粉末冶金的方法生成母合金，然后拉拔变形。Fe高温下在Cu中的溶解度较大，而低温析出缓慢。固溶的铁原子对铜基体的导电性产生特别有害的影响。如何减少Fe在Cu

2、中的固溶，成为提高其导电性的关键。本文尝试采用集束拉拔的方法制备钢纤维增强铜基复合导线(本文中简称为铜钢复合线)，在利用钢纤维提高强度的同时，减少两相在高温下的接触，即减少Fe在Cu中的固溶，探索制备高强度高导电性导体材料的新途径。1．2高性能铜合金的分类长期以来，铜及铜合金是工业上常用的导电金属材料，75％以上的铜及铜合金均用于电器、电子工业。而纯铜虽然具有优良的导电性与导热性，但其明显的缺点是其硬度、拉伸强度和抗蠕变强度偏低。高性能铜合金是一类具有优良综合性能的新型功能材料，它具有较高的强度和优良的导电性能【l‘31。近20年来，为满足现代工业发展的需要，如在

3、强磁场环境下，线圈中的导体材料既要求有高的导电性，还必须具有高的强度。当磁场强度高于30T时，电导率要求高于50％IACS，强度则要超过1GPal4J。世界各国相继开展了高强高导铜合金的研究和开发工作，目前已开发出了100余种高性能铜合金材料。最初高强高导铜合金的开发主要是针对集成电路引线框架材料，国外将其称为高性能铜合金(highperformancecopperalloy)，目前高性能铜合金已成为具有高强高导特性铜合金材料的通称。已开发出的高性能铜合金可分为两大类，即高性能时效强化铜合金及高性能铜基复合材料。高性能时效强化铜合金按合金体系又分为：Cu．Ag、C

4、u-Nb、Cu．Cr、Cu-Ti、Cu．Fe等系列；铜基复合材料近年来备受关注。随着铜等导电材料的日益缺乏，世界能源的紧缺，电线电缆走向轻质、高强、高导、防磁、耐蚀是其发展的必然趋势，复合线材也必然是朝这个方向发展。铜包钢、铜包铝和碳纤维增强铝线将是下一代电线电缆产品的主导。大连交通大学工学硕十学位论文铜基复合材料根据增强相的外形可分为颗粒增强强化铜基复合材料和纤维复合强化铜基复合材料两类。按增强相的引入方式分为非原位合成和原位合成，相应的制备科学已成为具有高强度高导电性能的功能复合材料的重要研究领域和发展方向之一。共晶合金的定向凝固可用于制备原位生长铜基复合材料

5、【5J，用定向凝固技术自生的共晶复合材料具有优越的高温性能和抗疲劳性能。由此法制备的Cu．Cr系线材，导电率和拉伸强度均有大幅提高，但由于制备工艺难以控制，适合的合金系很有限，因此用这种方法制备铜基复合材料的研究还处于初级阶段。非原位合成技术也称为强制技术，是指人为的在铜基体中加入增强相一纤维或颗粒，使之均匀的分布在铜基体中，增强相的存在使位错的运动阻力增大，从而使复合体得以强化。原位合成铜基复合材料亦称为自生铜基复合材料，是指往铜中加入一定的合金元素或化合物，通过一些工艺手段，使铜合金内部原位生成增强体—颗粒或纤维，与铜基体一起构成复合材料。一般情况下如果是通过

6、拉拔或轧挤的工艺手段使材料发生大的形变来生成纤维增强体，此时称为铜基原位形变复合材料。1。3高强高导铜基复合材料的研究现状现代工业的飞速发展对铜基导电材料的综合性能提出了更高的要求。合金化法由于自身的局限性，在保持铜高导电性的同时，对强度的提高有一定限度。复合强化能同时发挥基体和强化相的协同作用，又具有很大的设计自由度。导电理论指出，固溶于铜基体中的原子引起的点阵畸变对电子的散射作用比第二相引起的散射作用强得多，故复合强化不会明显降低铜基体的导电性，由于强化相的作用还改善了基体的室温及高温性能，成为获得高强高导铜基材料的主要强化手段，代表着其发展方向。美国、日本等

7、发达国家对铜基复合材料的开发研究异常活跃，并已进入实用阶段【6-9]。日本采用热浸涂法研究开发的GT．CS．110和GT．CSD．110铜包钢接触线，前者拉伸强度和导电率分别为655N．rOA=11"2和60．2％L久CS，后者分别为493N．mm-2和81．1％IACS【10】。国外进ECl94型合金(Cu．2．35％Fe．0．03％P．0．1％Zn)拉伸强度800MPa，硬度151HV，电导率为3．77x10。2S．m．1111,12】。另外有学者利用反复压轧的工艺对多层铜钢板进行复合，当层的平均厚度小于35nm时候，强度达到了3．5GPa[¨J。根据增强相的

8、形态，可以