CN103074554A - 金/银/铜合金新型复合丝材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金/银/铜合金三层新型复合丝材及其制备方法,属于电工材料、电子信息材料领域。铜合金的重量百分比化学成份为(重量%):0.01-1.0Yb,0.01-1.0Er,0.01-1.0Gd,0.01-1.0Tb,余量为Cu。复合丝材的制备工艺步骤包括:制备金管坯和内镶嵌银管坯,以及用作银管内镶嵌用的高强度高导电铜合金棒坯。在真空条件下热处理,800-900℃热挤压,冷拉拔加工和热处理,最终获得三层复合丝材。金包银再包铜合金新型复合材料,具有优异的导电性、导热性、耐腐蚀性,以及力学性能等综合性能,主要用作电子工业、计算机工业等中的集成电路、超大规模集成电路、高可靠电子元器件等的连接引线和高强高导的电缆绞线等材料。
Description
技术领域
本发明涉及金、银和铜合金三层新型复合丝材及其制备方法,属于电工材料、电子信息材料领域。
背景技术
复合丝材一般为二层复合材料,如金/铜、银/铜、金/银等是微电子、计算机、铜导线等行业中集成电路、超大规模集成电路、高可靠电子元器件、高强高导电铜合金绞线电缆等领域的关键基础材料,要求其高导电、高强度、低弧度及微细化。近年来,随着电子器件向体积小、多功能、高密集、多芯片的方向发展,对复合丝材的要求越来越高,要求丝材的强度更高、直径更细,达到键合后形成的焊球尺寸小、回线弧度低、跨度长而且形状稳定,以适应超薄型高密度电子器件的需要。同时,根据复合细丝的应用市场情况,也要求降低原材料成本,节约贵金属。
目前,国内外生产复合丝材的技术有:电镀法、真空气相沉积法、镶嵌套管拉拔热处理加工法等。例如,日本田中贵金属公司、新日铁公司、住友金属矿山公司,德国Heraeus公司、美国Duport公司和韩国MKE公司等。国内生产复合丝材的厂家主要有贺利氏(中国)公司、宁波康强、北京达博、贵研铂业股份有限公司、昆明贵金属研究所等单位,主要集中于Φ0.2-Ф0.05mm的常规产品,Φ0.05mm以下的超细复合材料细丝,由于技术要求高、加工难度大,在这方面与国际先进水平存在很大差距,不仅在研发上,特别在规模化生产技术上均存在许多问题尚待解决。在我国,占市场份额约40%的高强度、低弧度及超细合金丝,几乎全部依赖于进口。
因此,设计多层贵金属/贱金属复合材料的组成和结构,采用镶嵌焊接法制备三层金/银/铜合金复合材料锭坯,再通过挤压、轧制、拉拔、热处理等特种工艺加工,制备新型金/银/铜合金三层复合材料丝材,具有重要的理论意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供金/银/铜合金新型三层复合丝材及其制备方法。具体包括下列工艺步骤:
1)合金锭坯制备:
(1)选择Au、Ag、Yb、Er、Gd、Tb、Cu金属为原材料,分别采用水平连铸设备,制备Au管、Ag管和CuYbErGdTb合金棒材;(2)将Ag管外径加工成与Au管内径相同的尺寸,将Cu合金棒材加工成外径与Ag管内径相同的尺寸;(3)将Cu合金棒材镶嵌入Ag管内部,然后再一同镶嵌入Au管内部,获得金/银/铜合金三层复合毛坯;(4)将所得的复合毛坯前、后端面采用Au层进行密封焊接,制备成复合锭坯;
2)热处理:
在真空度为1×10-3Pa以下,热处理温度为600-800℃的条件下,将复合锭坯热处理4-5小时,随炉升温,随炉降温;
3)热挤压:
将热处理过的复合锭坯,在加热温度为600-700℃的条件下,保温2-4小时,采用800吨挤压机进行挤压加工,获得Ф10-20mm直径的三层复合棒材;挤压模具温度为300-400℃;
4)冷拉加工:
在室温条件下,进行复合棒材的冷拉加工,道次变形量5-10%,累计变形量为40-50%;
5)中间退火热处理:
在真空度为1×10-3Pa以下,退火温度为400-600℃,保温时间为1-2小时,随炉升温,随炉降温;
6)精密加工:
利用多模拉丝机进行丝材拉制,并使用钻石模具和特种润滑剂,丝材加工范围Ф0.5→Ф0.1mm,拉丝速度200m/min,分别得到Ф0.203mm、Ф0.16mm、Ф0.127mm、Ф0.102mm的三层复合新型复合丝材成品。
所述CuYbErGdTb铜合金化学成份重量%为:0.01-1.0Yb,0.01-1.0Er,0.01-1.0Gd,0.01-1.0Tb,余量为Cu。
所述复合丝材为外层为Au,中间层为Ag,内部为CuYbErGdTb合金的三层复合材料。
复合锭坯挤压保温时间为2-4小时,为软态。
复合材料冷拉加工道次变形量5-10%,累计变形量为40-50%。
附图说明
图1 为本发明的 Au/Ag/Cu三层复合材料锭坯的轴向截面结构示意图。1-为Au焊接层;2-为金层;3-为银层;4-为铜合金层;5-为Au焊接层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。本发明的工艺步骤为:
1)合金锭坯制备:
(1)选择Au、Ag、Yb、Er、Gd、Tb、Cu金属为原材料,分别采用水平连铸设备,制备Au管(外径Ф26mm/内径Ф23mm)、Ag管(外径Ф23mm/内径Ф20mm)和CuYbErGdTb合金棒材(外径Ф20mm);(2)将Ag管外径加工成与Au管内径相同的尺寸,将Cu合金棒材加工成外径与Ag管内径相同的尺寸;(3)经过超声波清洗后,将Cu合金棒材镶嵌入Ag管内部,然后再一同镶嵌入Au管内部,获得金/银/铜合金三层复合毛坯;(4)将所得的复合毛坯前、后端面采用Au层进行密封焊接,制备成复合锭坯。
2)热处理:
在真空度为1×10-3Pa以下,热处理温度为600-800℃的条件下,将复合锭坯热处理4-5小时,随炉升温,随炉降温。
3)热挤压:
将热处理过的复合锭坯,在加热温度为600-700℃的条件下,保温2-4小时,采用800吨挤压机进行挤压加工,获得Ф10-20mm直径的三层复合棒材;挤压模具温度为300-400℃。
4)冷拉加工:
在室温条件下,进行复合棒材的冷拉加工,道次变形量5-10%,累计变形量为40-50%。
5)中间退火热处理:
在真空度为1×10-3Pa以下,退火温度为400-600℃,保温时间为1-2小时,随炉升温,随炉降温。
6)精密加工:
利用多模拉丝机进行丝材拉制,并使用钻石模具和特种润滑剂,丝材加工范围Ф0.5→Ф0.1mm,道次变形量5-10%,拉丝速度200m/min,分别得到Ф0.203mm、Ф0.16mm、Ф0.127mm、Ф0.102mm的三层复合新型复合丝材成品。
本发明的Au/Ag/Cu新型三层复合丝材的具体实施例、丝材的导电率、抗拉强度、伸长率、单根丝材长度等性能指标,具体如表1所示。
表1. Au/Ag/Cu合金三层复合丝材的技术指标
Claims (5)
1.金/银/铜合金三层复合丝材的制备方法,具体包括下列工艺步骤:
1)合金锭坯制备:
(1)选择Au、Ag、Yb、Er、Gd、Tb、Cu金属为原材料,分别采用水平连铸设备,制备Au管、Ag管和CuYbErGdTb合金棒材;(2)将Ag管外径加工成与Au管内径相同的尺寸,将Cu合金棒材加工成外径与Ag管内径相同的尺寸;(3)将Cu合金棒材镶嵌入Ag管内部,然后再一同镶嵌入Au管内部,获得金/银/铜合金三层复合毛坯;(4)将所得的复合毛坯前、后端面采用Au层进行密封焊接,制备成复合锭坯;
2)热处理:
在真空度为1×10-3Pa以下,热处理温度为600-800℃的条件下,将复合锭坯热处理4-5小时,随炉升温,随炉降温;
3)热挤压:
将热处理过的复合锭坯,在加热温度为600-700℃的条件下,保温2-4小时,采用800吨挤压机进行挤压加工,获得Ф10-20mm直径的三层复合棒材;挤压模具温度为300-400℃;
4)冷拉加工:
在室温条件下,进行复合棒材的冷拉加工,道次变形量5-10%,累计变形量为40-50%;
5)中间退火热处理:
在真空度为1×10-3Pa以下,退火温度为400-600℃,保温时间为1-2小时,随炉升温,随炉降温;
6)精密加工:
利用多模拉丝机进行丝材拉制,并使用钻石模具和特种润滑剂,丝材加工范围Ф0.5→Ф0.1mm,拉丝速度200m/min,分别得到Ф0.203mm、Ф0.16mm、Ф0.127mm、Ф0.102mm的三层复合新型复合丝材成品。
2.根据权利要求1所述的金/银/铜合金复合丝材的制备方法,其特征在于:所述CuYbErGdTb铜合金化学成份重量%为:0.01-1.0Yb,0.01-1.0Er,0.01-1.0Gd,0.01-1.0Tb,余量为Cu。
3.根据权利要求1所述的金/银/铜合金复合丝材的制备方法,其特征在于:所述复合丝材为外层为Au,中间层为Ag,内部为CuYbErGdTb合金的三层复合材料。
4.根据权利要求1所述的金/银/铜合金复合丝材的制备方法,其特征在于:复合锭坯挤压保温时间为2-4小时,为软态。
5.根据权利要求1所述的金/银/铜合金新型复合丝材的制备方法,其特征在于:复合材料冷拉加工道次变形量5-10%,累计变形量为40-50%。
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