CN105349849A

CN105349849A - 一种电信连接器

Info

Publication number: CN105349849A
Application number: CN201510823549.5A
Authority: CN
Inventors: 杨继波
Original assignee: Ningbo City Yinzhou Yongjia Connecting Device Factory (general Partner)
Current assignee: Ningbo City Yinzhou Yongjia Connecting Device Factory (general Partner)
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-02-24

Abstract

本发明涉及一种电信连接器，包括连接器本体，连接器本体由三维编织碳纤维/铝合金复合材料制成，三维编织碳纤维/铝合金复合材料包括体积百分比含量分别为5-10％的三维编织碳纤维和90-95％的铝合金。本发明电信连接器由三维编织碳纤维/铝合金复合材料制成，同时具有碳纤维及铝合金两种材料的优点，通过两者的配比，大幅度提高了连接器的导电性能、导热性能和力学性能。而且，本发明还合理配伍了三维编织碳纤维/铝合金复合材料中的铝合金的组分，使铝合金具有优异的导电、导热性能，同时也具有优异的机械性能。

Description

一种电信连接器

技术领域

本发明涉及一种连接器，尤其涉及一种电信连接器。

背景技术

连接器是我们电子工程技术人员经常接触的一种部件。它主要起到在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，从而使电流流通，使电路实现预定功能的作用。

随着消费电子、汽车电子、通信终端市场的快速增长以及全球连接器生产能力不断向亚洲及中国转移，亚洲已成为连接器市场最有发展潜力的地方，而中国将成为全球连接器增长最快和容量最大的市场。

连接器的主要配套领域有交通、通信、网络、IT、医疗、家电等，配套领域产品技术水平的快速发展及其市场的快速增长，强有力地牵引着连接器技术的发展。到目前为止，连接器已发展成为产品种类齐全、品种规格丰富、结构型式多样、专业方向细分、行业特征明显、标准体系规范的系列化和专业化的产品。

总体上看，连接器技术的发展呈现出如下特点：信号传输的高速化和数字化、各类信号传输的集成化、产品体积的小型化微型化、产品的低成本化、接触件端接方式表贴化、模块组合化、插拔的便捷化等等。以上技术代表了连接器技术的发展方向，但以上技术并不是所有连接器都必需的，不同配套领域和不同使用环境的连接器，对以上技术的需求点是完全不一样的。但是，在不同的应用条件下，都会随着氧化速度、应力松弛和金属间互化物形成的程度等长期老化过程的进行，导致连接器最终失效。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种机械性能、电气性能较好，使用寿命久的电信连接器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种电信连接器，包括连接器本体，连接器本体由三维编织碳纤维/铝合金复合材料制成，三维编织碳纤维/铝合金复合材料包括体积百分比含量分别为5-10％的三维编织碳纤维和90-95％的铝合金。

由于铜合金具有良好的导电性和导热性，因此，目前大多数连接器均采用铜合金材料制成。但是，铜资源的匮乏，铜合金材料价格较高，所以，需要一种材料代替铜合金用以制备连接器。而铝合金密度低、强度高、塑性好，且同样具有良好的导电性和导热性，尤其是铝合金的价格低廉，因此，可以用于替代铜合金制备连接器。

因碳纤维具有较高的强度、韧性、抗冲击性、耐疲劳性和较好的热点性能，抗拉强度和拉伸弹性模量远远超过了铝合金，所以碳纤维的加入不仅大幅度提高了复合材料的导电性能和导热性能，还大大提高了复合材料的力学性能，尤其是提高了复合材料承受外力作用的能力，大幅度提高了复合材料的拉伸强度、弯曲强度等。此外，碳纤维通过三维编织的方法制成预制件后再与铝合金制成复合材料，使复合材料具有优异的整体受力性能，使用该复合材料制成的连接器导电性能、机械性能和力学性能优异，使用时不易发生变形损坏。同时，碳纤维的高导热性和低热膨胀性可使连接器表层金属受热程度降低，从而减小连接器的热疲劳倾向性，延长连接器的使用寿命。而且，碳纤维密度小，减轻了连接器的重量，使用更加方便、便捷，且碳纤维的抗化学腐蚀性增强了复合材料的耐用性。

若三维编织碳纤维在复合材料中含量过少，起不到较好的增强作用，但若含量过多，外观变差，表面浮纤较严重，综合性能难以得到有效提高。因此本发明以铝合金为主体，添加5-10％的三维编织碳纤维形成综合性能较好的三维编织碳纤维/铝合金复合材料，并用来制成本发明的连接器，从而使本发明的连接器具有较好的综合性能。

在上述的一种电信连接器中，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Si：5.5-6％，Zr：0.05-0.15％，B：0.1-0.2％，Sr：0.01-0.03％，Fe：0.5-0.7％，Cu≤0.01％，Mg≤0.01％，Mn≤0.01％，Cr≤0.001％，Ti≤0.02％，V≤0.02％，Zn≤0.05％，稀土元素：0.01-0.1％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。

由于本发明铝合金是用以代替铜合金制备连接器用，需要保证良好的导电性和导热性，因此，对本发明铝合金而言，Fe、Cu、Ti、Zn、Mn、Cr等元素均属于杂质，这些元素含量越少，铝合金的导电率就越高。而铝合金中常见的Si元素含量降低后，其在铝合金基体中的固溶度相对减少，铝合金内电子通过的能力更强，因而其导电、导热性能得到提高。

而本发明为了提高铝合金的导电、导热性能，还在铝合金中添加了B元素和Zr元素。因为，同时添加B元素和Zr元素后，B元素可以使合金中的部分Zr元素由固溶态转变为析出态，以细小的板片状第二相粒子的形态存在于晶粒内部和晶界处，减少晶格畸变，改善铝合金基体的有序性，从而可以对铝合金的导电、导热性能的改善产生有益影响。

此外，本发明还在铝合金中加入了稀土元素，稀土元素具有优良的除气、除杂作用，还可以改善金属的晶体组织结构，使铝合金晶体越完整，异类原子等引起的晶格畸变、晶界等缺陷越少，杂质元素、合金元素以析出态而非固溶态存在于基体中，使其电阻越小，电子越容易通过，从而提高铝合金的导电、导热性能。但是，如果稀土元素含量过多，铝合金的导电、导热性能还是会再出现降低的现象，因为，稀土元素在细化铝合金晶粒组织的同时增加了电子通过的难度，而且，稀土元素的含量的增加导致部分稀土元素固溶于铝合金晶体中，使其电阻增大。因此，稀土元素的含量必须控制在本发明合理范围内。

作为优选，稀土元素由Y和Er按质量比为(0.5-1.5)：1组成，因为，本发明铝合金中含有Zr元素，Zr在改善铝合金导电性和机械性能的时候，两者不能协调，随着Zr元素含量的变化，当导电性性能提高的时候，机械性能有所下降；而当导电性能降低的时候，机械性能则有所提高。而稀土Er元素的作用刚好与Zr元素的作用相反，因此，将Er元素和Zr元素共同使用的时候，可以起到很好的协同作用，同时改善铝合金的导电、导热性能和机械性能。而Y元素是与Er元素复配使用效果最好的稀土元素，可以起到较好的细化晶粒和净化作用，提高铝合金的导电、导热性能和机械性能。

在上述的一种电信连接器中，三维编织碳纤维为碳纤维通过三维五向混编而成，编织角为20-35度。碳纤维具有优良的可编织性，编织角为20-35度的预制件的稳定性好，制成的复合材料整体性能较优良。

在上述的一种电信连接器中，碳纤维的表面形成有SiO₂涂层，SiO₂涂层的厚度为0.5-1.2μm。由于碳纤维和铝合金的模量相差很大，在复合材料的制备过程中，液体金属对碳纤维的润湿性很差，碳纤维与合金钢的界面是以机械结合为主的物理结合，界面既无扩散也无化学反应。这种界面结合较弱，其横向剪切强度较小，限制了材料强度的提高。而SiO₂在与铝合金熔成的金属液接触时，在碳纤维表面与铝合金中的还原性金属发生反应生成Si，Si与铝合金中Al的浸润性大大优于Al与碳纤维的浸润性，因此本发明在碳纤维的表面涂覆有一层SiO₂涂层以增加二者的浸润性，提高了液体金属对碳纤维的浸润和界面的稳定性。

在上述的一种电信连接器中，在碳纤维的表面形成SiO₂涂层的方法为：用30-45％的硝酸粗化碳纤维表面，然后将碳纤维浸渍于配置好的SiO₂溶胶中，真空浸渍1-2h后，取出干燥、烧结即可。硝酸处理碳纤维表面，以官能团的形式固定了大量的氧，并使碳纤维表面显著起坑，增加了表面粗糙度，使SiO₂和铝合金更好的结合在碳纤维表面。

在上述的一种电信连接器中，烧结温度为620-630℃，烧结时间1-2h。

作为优选，在碳纤维的表面涂覆SiO₂涂层之前先将碳纤维在乙醇或二氯甲烷中超声波处理20-30min除胶。未处理的碳纤维表面具有一层胶类物质，影响涂层处理和与液体金属的结合，因此在进行涂层处理前最好将其除去。

在上述的一种电信连接器中，三维编织碳纤维/铝合金复合材料通过如下制备方法制得：将表面形成有SiO₂涂层的碳纤维通过三维五向混编制成三维编织碳纤维，将三维编织碳纤维固定在模具后浇入由铝合金熔炼而成的金属液体，得到三维编织碳纤维/铝合金复合材料半成品，将半成品先均匀化处理，然后取出进行热处理即可得三维编织碳纤维/铝合金复合材料。由于三维编织碳纤维的柔软性，很难形成稳固的支架，因此在浇入金属液时，需要先将三维编织碳纤维固定在模具中，然后再浇入金属液，浇入的速度应不缓不急，使金属液充分填充到碳纤维骨架中。

在上述的一种电信连接器中，均匀化处理的温度为550-600℃，时间为5-8h。

在上述的一种电信连接器中，热处理包括固溶处理和时效处理，所述固溶处理的温度为450-500℃，时间为20-40min。

在上述的一种电信连接器中，时效处理的温度为150-250℃，时间为6-10h。

本发明三维编织碳纤维/铝合金复合材料的半成品经固溶处理后进行时效处理，从而细化晶粒和晶界，而晶粒和晶界越细小，复合材料的抗拉强度等性能越大。

本发明三维编织碳纤维/铝合金复合材料通过普通成型工艺即可制成本发明电信连接器，如冷态锻造成型、铸造成型等。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明电信连接器由三维编织碳纤维/铝合金复合材料制成，同时具有碳纤维及铝合金两种材料的优点，通过两者的配比，大幅度提高了连接器的导电性能、导热性能和力学性能。

2、本发明制备连接器的三维编织碳纤维/铝合金复合材料中合理配伍了铝合金的组分，使铝合金具有优异的导电、导热性能，同时也具有优异的机械性能。

3、本发明制备连接器的三维编织碳纤维/铝合金复合材料中的碳纤维不仅在表面涂覆SiO₂涂层，还通过三维五向混编而成，提高了液体金属对碳纤维的浸润和界面的稳定性，进一步提高复合材料的综合性能。

4、本发明制备连接器的三维编织碳纤维/铝合金复合材料的制备方法中先将三维编织碳纤维固定在模具中，然后再浇入金属液，使金属液充分填充到碳纤维骨架中，再通过对复合材料进行热处理，进一步提高复合材料的综合性能。

附图说明

图1为本发明电信连接器的结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发明电信连接器包括连接器本体，连接器本体由三维编织碳纤维/铝合金复合材料制成，三维编织碳纤维/铝合金复合材料包括体积百分比含量分别为5-10％的三维编织碳纤维和90-95％的铝合金。

实施例1：

首先，将碳纤维在乙醇或二氯甲烷中超声波处理20min除胶，除胶后用30％的硝酸粗化碳纤维表面，粗化后将碳纤维浸渍于配置好的SiO₂溶胶中，真空浸渍2h后，取出干燥，并在620℃温度下烧结2h，得到表面形成有厚度为0.5μm的SiO₂涂层的碳纤维。然后将表面形成有SiO₂涂层的碳纤维通过三维五向混编制成三维编织碳纤维，编织角为20度。

然后，将体积百分比含量为5％的三维编织碳纤维固定在模具后浇入由体积百分比含量为95％的铝合金熔炼而成的金属液体，得到三维编织碳纤维/铝合金复合材料半成品。其中，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Si：5.5％，Zr：0.05％，B：0.1％，Sr：0.01％，Fe：0.5％，Cu：0.01％，Mg：0.01％，Mn：0.01％，Cr：0.001％，Ti：0.02％，V：0.02％，Zn：0.05％，稀土元素：0.01％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。并将半成品先在550℃温度下均匀化处理8h，然后取出进行热处理，热处理包括在450℃下固溶处理40min，然后在150℃下时效处理10h，得到最终的三维编织碳纤维/铝合金复合材料。

最后，通过普通成型工艺将三维编织碳纤维/铝合金复合材料制成本发明电信连接器。

实施例2：

首先，将碳纤维在乙醇或二氯甲烷中超声波处理22min除胶，除胶后用35％的硝酸粗化碳纤维表面，粗化后将碳纤维浸渍于配置好的SiO₂溶胶中，真空浸渍2h后，取出干燥，并在625℃温度下烧结2h，得到表面形成有厚度为0.8μm的SiO₂涂层的碳纤维。然后将表面形成有SiO₂涂层的碳纤维通过三维五向混编制成三维编织碳纤维，编织角为25度。

然后，将体积百分比含量为6％的三维编织碳纤维固定在模具后浇入由体积百分比含量为94％的铝合金熔炼而成的金属液体，得到三维编织碳纤维/铝合金复合材料半成品。其中，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Si：5.6％，Zr：0.08％，B：0.15％，Sr：0.015％，Fe：0.55％，Cu：0.01％，Mg：0.01％，Mn：0.01％，Cr：0.001％，Ti：0.02％，V：0.02％，Zn：0.05％，稀土元素：0.03％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。并将半成品先在560℃温度下均匀化处理7h，然后取出进行热处理，热处理包括在460℃下固溶处理35min，然后在180℃下时效处理8h，得到最终的三维编织碳纤维/铝合金复合材料。

实施例3：

首先，将碳纤维在乙醇或二氯甲烷中超声波处理25min除胶，除胶后用38％的硝酸粗化碳纤维表面，粗化后将碳纤维浸渍于配置好的SiO₂溶胶中，真空浸渍1h后，取出干燥，并在625℃温度下烧结1h，得到表面形成有厚度为1μm的SiO₂涂层的碳纤维。然后将表面形成有SiO₂涂层的碳纤维通过三维五向混编制成三维编织碳纤维，编织角为28度。

然后，将体积百分比含量为7％的三维编织碳纤维固定在模具后浇入由体积百分比含量为93％的铝合金熔炼而成的金属液体，得到三维编织碳纤维/铝合金复合材料半成品。其中，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Si：5.8％，Zr：0.1％，B：0.16％，Sr：0.02％，Fe：0.6％，Cu：0.01％，Mg：0.01％，Mn：0.01％，Cr：0.001％，Ti：0.01％，V：0.01％，Zn：0.03％，稀土元素：0.05％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。并将半成品先在580℃温度下均匀化处理6h，然后取出进行热处理，热处理包括在480℃下固溶处理30min，然后在200℃下时效处理8h，得到最终的三维编织碳纤维/铝合金复合材料。

实施例4：

首先，将碳纤维在乙醇或二氯甲烷中超声波处理28min除胶，除胶后用33％的硝酸粗化碳纤维表面，粗化后将碳纤维浸渍于配置好的SiO₂溶胶中，真空浸渍1h后，取出干燥，并在628℃温度下烧结1h，得到表面形成有厚度为1.1μm的SiO₂涂层的碳纤维。然后将表面形成有SiO₂涂层的碳纤维通过三维五向混编制成三维编织碳纤维，编织角为30度。

然后，将体积百分比含量为8％的三维编织碳纤维固定在模具后浇入由体积百分比含量为92％的铝合金熔炼而成的金属液体，得到三维编织碳纤维/铝合金复合材料半成品。其中，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Si：5.9％，Zr：0.12％，B：0.18％，Sr：0.025％，Fe：0.65％，Cu：0.01％，Mg：0.01％，Mn：0.01％，Cr：0.001％，Ti：0.01％，V：0.01％，Zn：0.04％，稀土元素：0.08％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。并将半成品先在590℃温度下均匀化处理6h，然后取出进行热处理，热处理包括在490℃下固溶处理25min，然后在230℃下时效处理7h，得到最终的三维编织碳纤维/铝合金复合材料。

实施例5：

首先，将碳纤维在乙醇或二氯甲烷中超声波处理30min除胶，除胶后用45％的硝酸粗化碳纤维表面，粗化后将碳纤维浸渍于配置好的SiO₂溶胶中，真空浸渍1h后，取出干燥，并在630℃温度下烧结1h，得到表面形成有厚度为1.2μm的SiO₂涂层的碳纤维。然后将表面形成有SiO₂涂层的碳纤维通过三维五向混编制成三维编织碳纤维，编织角为35度。

然后，将体积百分比含量为10％的三维编织碳纤维固定在模具后浇入由体积百分比含量为90％的铝合金熔炼而成的金属液体，得到三维编织碳纤维/铝合金复合材料半成品。其中，铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Si：6％，Zr：0.15％，B：0.2％，Sr：0.03％，Fe：0.7％，Cu：0.01％，Mg：0.01％，Mn：0.01％，Cr：0.001％，Ti：0.02％，V：0.02％，Zn：0.05％，稀土元素：0.1％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。并将半成品先在600℃温度下均匀化处理5h，然后取出进行热处理，热处理包括在500℃下固溶处理20min，然后在250℃下时效处理6h，得到最终的三维编织碳纤维/铝合金复合材料。

对比例1：

对比例1为市售普通电信连接器。

对比例2：

对比例2与实施例3的区别仅在于，对比例2的铝合金由市售普通电工铝合金代替。

对比例3

对比例3与实施例3的区别仅在于，对比例3的电信连接器仅由铝合金材料制成。

将本发明实施例1-5和对比例1-3中的电信连接器进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1：性能测试结果

从表1可知，本发明极大提高了电信连接器的导电性能，同时还提高了电信连接器的抗拉强度、硬度等机械性能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种电信连接器，包括连接器本体，其特征在于，所述连接器本体由三维编织碳纤维/铝合金复合材料制成，所述三维编织碳纤维/铝合金复合材料包括体积百分比含量分别为5-10％的三维编织碳纤维和90-95％的铝合金。

2.根据权利要求1所述的一种电信连接器，其特征在于，所述铝合金由以下成分(以质量百分比计)组成：Si：5.5-6％，Zr：0.05-0.15％，B：0.1-0.2％，Sr：0.01-0.03％，Fe：0.5-0.7％，Cu≤0.01％，Mg≤0.01％，Mn≤0.01％，Cr≤0.001％，Ti≤0.02％，V≤0.02％，Zn≤0.05％，稀土元素：0.01-0.1％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1所述的一种电信连接器，其特征在于，所述三维编织碳纤维为碳纤维通过三维五向混编而成，编织角为20-35度。

4.根据权利要求1所述的一种电信连接器，其特征在于，所述碳纤维的表面形成有SiO₂涂层，SiO₂涂层的厚度为0.5-1.2μm。

5.根据权利要求4所述的一种电信连接器，其特征在于，所述在碳纤维的表面形成SiO₂涂层的方法为：用30-45％的硝酸粗化碳纤维表面，然后将碳纤维浸渍于配置好的SiO₂溶胶中，真空浸渍1-2h后，取出干燥、烧结即可。

6.根据权利要求5所述的一种电信连接器，其特征在于，所述烧结温度为620-630℃，烧结时间1-2h。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种电信连接器，其特征在于，所述三维编织碳纤维/铝合金复合材料通过如下制备方法制得：将表面形成有SiO₂涂层的碳纤维通过三维五向混编制成三维编织碳纤维，将三维编织碳纤维固定在模具后浇入由铝合金熔炼而成的金属液体，得到三维编织碳纤维/铝合金复合材料半成品，将半成品先均匀化处理，然后取出进行热处理即可得三维编织碳纤维/铝合金复合材料。

8.根据权利要求7所述的一种电信连接器，其特征在于，所述的均匀化处理的温度为550-600℃，时间为5-8h。

9.根据权利要求7所述的一种电信连接器，其特征在于，所述的热处理包括固溶处理和时效处理，所述固溶处理的温度为450-500℃，时间为20-40min。

10.根据权利要求9所述的一种电信连接器，其特征在于，所述时效处理的温度为150-250℃，时间为6-10h。