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水平连铸单晶铜超微细丝制备与组织性能演变研究

袁静  
【摘要】:介于目前对导体材料的小型化、精密化的要求,研究综合性能优异的导线材料的需求日益迫切。OCC技术制备的单晶铜线材,消除了横向晶界,拉丝时不易出现断裂;且大大降低晶界对传输信号的损耗,能满足制备高保真、高导电超微细导线的要求。 本文通过对水平连铸定向凝固单晶铜及其冷加工过程进行研究,将连续定向凝固制备铜杆与普通铸造铜杆进行组织性能比较研究,分析单晶铜铸造组织性能特性;根据北科大谢建新教授提出的将定向凝固与强冷加工技术结合的方法,在室温下对水平连铸定向凝固单晶铜材料进行大变形量塑性加工,制备线径在0.05mm以下的超微细铜导线,对单晶铜制备超微细丝过程中产生的断线进行研究,分析断线原因,提出解决意见以指导实际生产;并研究冷加工过程中单晶铜显微组织、结构与性能的演化规律及其相互之间的影响关系;对加工态单晶铜进行回复与再结晶研究,确定其静态再结晶温度范围,考察退火温度、时间对其显微组织和性能(抗拉强度、延伸率、电导率等)的影响。 研究发现,水平连铸定向凝固单晶铜其凝固组织具有明显的100取向,其在性能方面也表现出很大的优异性,抗拉强度相对普通上引纯铜有所降低,但延伸率大大增加,表现出优异的塑性加工性能,且由于横向晶界的大大减少其导电性能也大大改善。 通过对超微细丝拉制过程断线研究总结,从材料自身角度出发,应严格控制单晶铜杆的制备工艺,尽量减少杂质、缺陷的存在,制备优质的单晶铜材;另外,在拉丝过程中合理安排道次延伸率,拉丝速度等,改善润滑,保证工模具表面质量均可有效控制超微细丝的断线问题。课题研究发现水平连铸定向凝固单晶铜在无任何热处理工艺的情况下可以实现延伸系数40.96万倍的拉伸,加工过程中柱状晶组织被细化,且方向趋于一致,最终得到细小纤维晶组织;水平连铸定向凝固单晶铜在冷加工过程中初始加工硬化速率较快,当延伸系数达到4时开始加工硬化速率明显减少趋于稳定;同时,冷加工使组织内部缺陷增加,导电性能降低,当总延伸系数不高于1024时,单晶铜的电阻率随着变形量的不断加大而升高,但总体降低幅度不是很大,铜线材在加工过程中能够保持较好的电学性能。 对累计延伸系数为200.49的连续纤维晶组织线材进行退火处理,发现其再结晶温度比普通上引纯铜高50℃左右,300℃保温15min时完成再结晶;在250~350°C之间退火延伸率显著增加,其后随退火温度的提高,强度略有降低,延伸率增加,但基本稳定;对加工态单晶铜进行300℃,15min退火时力学性能,导电性能出现低谷,其他随时间增加呈上升趋势。


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