CN104137191A

CN104137191A - 超细导体材料、超细导体、超细导体的制造方法以及超细电线

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Publication number: CN104137191A
Application number: CN201280070843.8A
Authority: CN
Inventors: 渡边刚
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-11-05
Also published as: DE112012005535T5; US20140305679A1; JP6145268B2; JP2013151748A; US9214252B2; WO2013099242A1

Abstract

[技术问题]本发明提供了一种用于制造在降低制造成本的同时具有足够导电性、高强度和延展性的超细导体的方法，超细导体以及用于该超细导体的材料。[解决问题的方案]为解决上述问题，提供了一种用于超细导体的材料，其包含：由铜形成的基质、包含在基质中的铬微粒和包含在基质中的锡。锡在基质中以固溶体的形式存在。

Description

超细导体材料、超细导体、超细导体的制造方法以及超细电线

技术领域

本发明涉及一种具有高强度的超细导体、用于制造该超细导体的方法、以及用于该超细导体的材料。

一般来说，厚度为0.2mm以下的超细导体用于已经特别需要小型化的电子设备、集成电路测试仪、医疗设备以及车辆线束。然而，在上述领域中，超细导体还需要满足传导率、强度以及延展性要求。

关于上述技术，JP 2001-295011(A)公开了一种超细导体，该超细导体拉伸强度为450MPa、延展性为4％以上且导电率大于50％IACS，通过向基质材料铜添加银、铌、铁或者铬、并经过铸造、拉丝和热处理，制造该超细导体。

然而，根据上述常规技术，由于实施热处理的目的是为了改善或者增强延展性，所以后续的热处理会降低经由拉丝所获得的强度。

关于这一点，图3A和3B中示出了拉丝后的热处理对拉伸强度的影响。图3A是示出热处理的温度对拉伸强度和延展性的影响的曲线图。图3B是示出热处理的温度对导电率性能的影响的曲线图。

如图3A和3B中所示，可以理解随着热处理的温度升高，延展性和导电率性能增强，但拉伸强度性能降低。

此外，由于需要以相对高的浓度(例如，为了获得足够的强度，以10质量％至15质量％的量)添加每一种元素，所以上述常规技术成本耗费高。

[引用列表]

[专利文献]

专利文献1：JP 2001-295011 A

发明内容

[要解决的技术问题]

为了克服以上的问题或缺陷，提出了本发明。换言之，本发明提供一种用于制造在抑制制造成本的同时具有足够导电性、高强度和延展性的超细导体的方法，超细导体以及用于超细导体的材料。

[解决问题的方案]

为解决上述缺陷和问题，提供了一种用于超细导体的材料，包含：基质，该基质由铜形成；铬微粒，该铬微粒包含在所述基质中；以及锡，该锡包含在所述基质中。所述锡在所述基质中以固溶体的形式存在。

所述铬优选地以3at％至5at％的含量存在。假定所述铬的含量为X at％并且所述锡的含量为Y at％，确定所述铬的含量与所述锡的含量以满足下述式1。在这方面，通过从100at％中减去X at％与Y at％之和，确定所述铜的含量。也就是说，添加所述铜作为平衡部分(剩余部分)。

[式1]

0.15≤Y≤0.6-0.15(X-3) (I)

在本发明的另一方面中，提供了一种由如前所述材料形成的超细导体，该超细导体包括短纤维状部分，该短纤维状部分由铬形成；以及基质，该基质具有产生在整个基质上的局部变化。

在超细导体中，由所述铬形成的短纤维状部分的长宽比优选为0.05至0.8。

在本发明的又一个方面中，提供了一种制造超细导体的方法，该方法包括使如前所述的材料延展，直到在整个基质上产生局部变化的步骤。

在本发明的再一个方面中，提供了一种超细电线，该超细电线包括：导体部分，该超细导体部分由如前所述的超细导体绞合而获得；绝缘被覆，该绝缘被覆布在上述导体上。

本发明的有益效果

根据本发明，用于超细导体的材料使得能够以相对低的成本制造具有优良的导电率、拉伸强度和延展性的超细导体。

根据本发明，在保持优良的导电率、拉伸强度和延展性的同时，能够以相对低的成本制造超细导体。

根据本发明，提供了一种用于制造在相对低的成本下制造具有足够的导电率、拉伸强度和延展性的超细导体的方法。

根据本发明，超细导体能够有益地用于作为适用于车辆线束的电线。

附图说明

图1A是根据本发明的超细导体在延展方向上截取的截面的电子背散射衍射(EBSD)图。

图1B用来说明图1A。

图2是示出如实施例2的超细导体材料所示的等效变形(或者等效应变)与延展性之间关系的曲线图。

图3A是示出施加到常规超细导体材料的加热温度对拉伸强度和延展性的影响的曲线图。

图3B是示出施加到常规超细导体材料的加热温度对导电率性能的影响的曲线图。

具体实施方式

根据本发明的适用于超细导体的材料包含由铜构成的基质，以及包含在基质中的铬微粒。在基质中，锡以固溶体的形式存在。更具体地说，锡在铜中形成固溶体，但在铬中不形成固溶体。

通过混合铬、铜和锡，并随后铸造所获得的混合物，能够制造这样的超细导体。

一般地，拉丝导致变形或应变的累积，从而增强材料的强度。相反地，所累积的变形或应变只允许在一定程度上的变形。因此，限制了延展性。

根据本发明的一个实施例，通过向基质中添加锡能够强化基质，锡是能够与基质形成固溶体的元素。在这方面，基质是指除铬微粒以外的部分，在进行延展或者拉丝时铬微粒形成短纤维状部分。

在对这样强化过的基质进行拉丝或者延展的情况下，在断面收缩率增加到一定程度以上时，在基质中发生微观层面的局部变化(即，“微观层面局部变化”)，从而最终在整个基质组织上产生微观层面的局部变化(即“微观层面局部变化”)。

当将拉伸应力施加到其中基质已经经历过这样的微观层面局部变化的导体时，该导体能够根据该局部变化而获得额外的延展。

根据本发明，在这里使用的术语“微观层面局部变化”是指：在对基质或材料进行拉丝和延展处理时，伴随基质的晶体在拉伸方向上的局部旋转而产生的变形。根据电子背散射衍射(EBSD)图，能够用灰色以从浅灰到深灰的颜色梯度表示局部变化。另一方面，用黑色表示由铬构成的短纤维状部分。

图1A是超细导体在平行于延展方向上截取的截面的电子背散射衍射(EBSD)图。在这方面，通过延展或者拉丝在后面描述的实施例3的超细导体材料来获得超细导体，使得超细导体的断面收缩率达到99.9％。

从图1A的与图1B中用虚线圈出的椭圆形部分相对应的部分，能够特别明显地观察到微观层面局部变化。另外，从图1A的与图1B中用实线圈出的椭圆形部分相对应的部分，能够特别明显地观察到由铬构成的短纤维状部分。

由于在基质中这样的局部变化，根据本发明的超细导体能够获得足够的延展程度或延展量。

意外地，在用磷来替代锡的情况下，不产生上述微观层面局部变化，磷是一种的已知能够强化铜基质、并在加工过程中增加强度或力度元素。结果，导体不能获得足够的延展。这是因为被添加到铜-铬体系中的磷并不在基质(即，铜)中形成固溶体，而是在铬中形成固溶体。

同样地，根据本发明，需要能够在铜系基质中固溶而不在铬中固溶的锡。

根据本发明，优选采用3at％～5at％的含量(量)的铬，并假定铬含量为X at％并且锡含量为Y at％的情况下满足下式(I)。平衡部分(剩余部分)为铜。在优良的导电率、拉伸强度和延展性方面，上述组成是所期望的。在这方面，优良的导电率可以为45％IACS以上，其与车辆线束领域中厚度在0.2mm以下的超细导体所需的电阻值相对应；优良的拉伸强度可以为900MPa以上，其与车辆线束领域中厚度在0.2mm以下的超细导体所需的强度值相对应；优良的延展性可以为4％以上，其与车辆线束领域中厚度在0.2mm以下的超细导体所需的延展性值相对应。

[式2]

0.15≤Y≤0.6-0.15(X-3) (I)

在铬含量小于3at％的情况下，在拉丝或延展加工后通过由铬形成的短纤维状部分带来的基质强化效果将会不足。相反地，在铬含量大于5at％的情况下，由于在拉丝加工中出现断裂，所以最终难以获得超细导体。此外，在锡的含量小于上述范围的情况下，由锡形成固溶体所带来的基质强化效果不足，从而不能产生足够量的微观层面局部变化。结果，导体在延展加工后不能达到足够的延展程度或延展量。相反地，在锡的含量大于上述范围的情况下，不能获得优良程度的导电率。

根据本发明，通过利用样品超细导体在其长度方向上截取的截面的电子背散射衍射(EBSD)图，能够测定长宽比。通过以在与长度方向垂直的方向上的长度(即，宽度“D”)除以在长度方向上的长度(“L”)，可以定义观察到的由铬形成的短纤维状部分的长宽比，根据本发明的长宽比优选地在0.05～0.8之间。如果满足上述范围，就能够获得创造性的超细导体的特征效果。

在锡含量小于式(I)所表示的范围的情况下，难以达到足够的拉伸强度程度。相反地，在锡含量大于式(I)所表示的范围的情况下，难以满足给定的导电率，并且在拉丝加工中容易出现断裂。

通过铸造获得的根据本发明的超细导体材料(即，用于超细导体的材料)根据用于制造电线的一般方法进行延展或者拉丝。在该情况下，对该超细导体材料进行延展或者拉丝加工，直到在整个基质上产生上述微观层面局部变化。一般地，当断面收缩率达到99.3％以上时，在整个基质上产生微观层面局部变化。希望在断面收缩率达到99.9％以上时，能够获得更致密(deliberate)的局部变化。

实施例

将根据超细导体的实施例对来详细描述本发明。按照表1提供原料。在这方面，从100 at％中减去铬含量和锡含量的和，确定铜含量。对原料进行铸造，然后进行拉丝加工，以获得直径为5mm的粗线。对这样所获得的粗线在800摄氏度下进行热处理1小时。对粗线进一步进行拉丝处理直到断面收缩率达到99.9％。结果，获得直径为0.18mm的超细导体。作为参考，通过以拉丝前线直径除以拉丝后线直径的对数，能够定义在图2中示出的等效变形(或者等效应变)。值得注意的是，在拉丝加工中发生断裂的样品被从观察和评价中去除，该样品被认为难以由其制造超细导体。

表1

对由此获得的超细导体进行观察和评价。首先，提供了样品超细导体在长度方向上截取的横截面的电子背散射衍射(EBSD)图。观察由铬形成的短纤维状部分和基质微粒部分的形状，并对短纤维状部分和基质微粒部分两者测量长宽比和平均尺寸(即，超细导体在其长度方向上的长度)。

利用Instron Corporation制造的材料测试仪实施拉伸强度和延展性测试。在拉伸强度为900 MPa以上、并且延展性为4％以上的情况下，样品被评价为具有作为适用于车辆线束的超细导体的足够性能。

此外，通过四端子法来测量导电性。在这方面，在导电性(率)为45％IACS以上的情况下，相应的样品被评价为，满足作为厚度0.2mm以下的超细导体在车辆线束领域中所需的性能。

另外，研究了电线的延展性。具体地，以如下步骤准备每个电线样品：提供由三根超细导体形成的绞合线，将该绞合线经聚丙烯树脂挤出成形，以获得外直径为0.55mm的绝缘电线。应理解，该绝缘电线能够用作为适用于车辆线束的超细电线。测量了这样获得的绝缘电线的延展性。

如上所列，结果总结于表1中。表1中总结的结果显示，根据本发明的超细导体样品满足作为厚度0.2mm以下的超细导体在车辆线束领域中所需的强度、延展性和导电性能。

此外，考虑到表1能够理解，具有延展性3.8％至5％的基线得到具有延展性7％至10％的绞合线的结果。在绝缘电线具有7％以上的延展性的情况下，被认为满足车辆线束领域所需的延展性。

在实施例1-3的所有超细导体中，在整个基质上都观察到微观层面局部变化。然而，在比较例的超细导体的情形中，在整个基质上没有观察到这样的微观层面局部变化。

图2是示出在拉丝或拉伸由实施例2的超细导体材料形成的铸造体时等效变形(或者等效应变)与拉伸之间关系的曲线图。

根据图2，由于拉丝或拉伸加工而引起等效变形增加。延展性(％)增加直至等效变形的值达到6，其对应于断面收缩率99.9％，但是如果等效变形的值超过6，则延展性(％)降低。

Claims

1.一种用于超细导体的材料，包含：

基质，该基质由铜形成；

铬微粒，该铬微粒包含在所述基质中；以及

锡，该锡包含在所述基质中，其中，所述锡在所述基质中以固溶体的形式存在。

2.如权利要求1所述的材料，其中，所述铬以3at％至5at％的含量存在；其中，假定所述铬的含量为X at％并且所述锡的含量为Y at％，确定所述铬的含量与所述锡的含量以满足下述式1；并且其中，通过从100at％中减去X at％与Y at％之和，确定所述铜的含量

[式1]

0.15≤Y≤0.6-0.15(X-3) (I)。

3.一种由如权利要求1或2所述的材料形成的超细导体，包含：

短纤维状部分，该短纤维状部分由铬形成；以及

基质，该基质具有产生在整个该基质上的局部变化。

4.如权利要求3所述的超细导体，其中，由所述铬形成的所述短纤维状部分的长宽比为0.05至0.8。

5.一种制造超细导体的方法，包括以下步骤：

使如权利要求1或2所述的材料延展，直到在整个所述基质上产生局部变化。

6.一种超细电线，包括：

导体部分，该导体部分通过绞合权利要求3或4所述的超细导体而获得；

绝缘被覆，该绝缘被覆布置在所述导体部分上。