CN108486512B - 一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法 - Google Patents

一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法。采用区域加热对导线进行定向热处理，通过晶界的定向迁移消除横向晶界或全部晶界，得到定向或单晶铜导线，组织定向过程中区域加热温度为300~900℃，热区长度为1~1000mm，导线移动速率为0.1~500mm/s，冷却段的冷却介质可为循环水，循环水流量为1~5m3/h。与传统单晶连铸技术相比，本发明单晶铜线制备温度低，降低能耗，并节省了去应力退火工序，表现出明显的优势，所制备导线电阻率降低33~38%、延伸率增加2.39倍、耐热温度提高100℃。

Description

一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，特别是涉及一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法。
背景技术
纯铜作为一种优良的导电材料，在军工和许多民用领域中得到了广泛的应用。过去，在电子、电器设备对导线性能与质量要求不是很高的情况下，通常是忽略铜导线对电路影响的。近年来，民用风电、核电、超/特高压输配变电网、高速列车等技术领域对导体材料延展性、导电和导热性能要求不断提高，火控系统、武器制导系统和军事通讯系统对打击精度和信号抗干扰能力要求也在提高，高性能导线的用量不断增加。超微细铜线的市场需求也在逐年增大，现有的导线材料一直不能满足国防事业和民用企业对高性能导线的迫切需求。
采用传统工艺生产的铜导体，其内部组织不均匀，细线拉制非常困难。导体晶界上存在大量的空位、位错及偏析等缺陷，成为电子传输中的散射中心，散射阻碍电子传输，降低了信号传输性能，增加了电阻和热阻，恶化导电性和导热性。同时，由于晶界结构疏松和原子快速扩散，易引起杂质原子偏聚，导致晶界熔点降低，高温下不稳定的晶界严重导线的耐热性。
现有的单晶连铸技术得到的单晶铜在强冷变形后进行高温退火会发生再结晶，将在其内部产生若干再结晶核心，并不断长大，最终形成晶粒分布均匀的多晶体，再次出现横向晶界，破坏材料的组织。
发明内容
本发明的目的在于提供一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，所制备导线电阻率降低33~38%、延伸率增加2.39倍、耐热温度提高100℃，可用于火控系统、武器制导系统等军事领域和风能发电机、集成电路基板、半导体元件等民用高端装备。
为实现上述目的，本发明的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，所述方法包括以下步骤：
第一步：控制铜导线移动速率，采用导轮将铜导线从冷却段牵引至区域加热段；
第二步：打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，调整区域加热段温度、热区长度，获得没有横向晶界铜导线。
其中，第一步中 ，冷却段的冷却介质采用循环水，循环水流量为1~5m3/h，铜导线移动速率0.1~500mm/s。
第二步中，区域加热段采用管式炉或感应线圈加热，区域加热段的热区长度为1~1000mm，加热温度300~900℃，采用红外线测试区域加热温度。
与现有技术相比，本发明的具有如下显著优势：（1）定向后的导线电阻率降低33~38%、延伸率增加1.5~2.39倍、耐热温度提高80~120℃，导电、导热、耐热性能显著提升；（2）处理温度低，一次再结晶温度只有(0.3~0.5)Tm，二次再结晶温度也只有(0.5~0.8)Tm，其中Tm为熔点；（3）材料同加热炉无接触，材料洁净无污染，环境友好，有利于实现绿色制造；（4）导体不需要再进行退火处理，节省能耗和时间，提高效率降低成本。（5）直接衔接冷拔工艺，简单高效。
附图说明
图1是铜导线组织定向工艺示意图。
图2是实施例1中铜导线组织定向工艺前后的微观组织图。
具体实施方式
图1为铜导线组织定向工艺示意图，用导轮将铜导线从冷却段牵引至区域加热段，调控冷却段循环水流量、导线移动速率、区域加热温度、区域加热长度，获得无横向晶界铜导线。
实施例1
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如下：
第一步：采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3m3/h，铜导线移动速率为100mm/s；
第二步：打开区域加热段电源，采用管式炉对铜导线进行区域加热，热区长度为500mm，加热温度为600℃。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低38%，延伸率增加2.39倍，耐热温度提高120℃，铜导线组织定向工艺前后的微观组织图见图2。
实施例2
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为500mm/s，热区长度为1000mm，加热温度为900℃，冷却介质为循环水，循环水流量5m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低33%，延伸率增加1.5倍，耐热温度提高80℃。
实施例3
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为0.1mm/s，热区长度为1mm，加热温度为300℃，冷却介质为循环水，循环水流量1m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低37.5%，延伸率增加2.31倍，耐热温度提高110℃。
实施例4
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为10mm/s，热区长度为20mm，加热温度为500℃，冷却介质为循环水，循环水流量3.5m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低33%，延伸率增加1.6倍，耐热温度提高90℃。
实施例5
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为100mm/s，热区长度为100mm，加热温度为600℃，冷却介质为循环水，循环水流量3m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低34%，延伸率增加1.53倍，耐热温度提高83℃。
实施例6
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为300mm/s，热区长度为500mm，加热温度为800℃，冷却介质为循环水，循环水流量3.5m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低34.1%，延伸率增加1.73倍，耐热温度提高96℃。
实施例7
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为50mm/s，热区长度为300mm，加热温度为550℃，冷却介质为循环水，循环水流量2m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低37.6%，延伸率增加2.24倍，耐热温度提高118℃。
实施例8
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为80mm/s，热区长度为100mm，加热温度为650℃，冷却介质为循环水，循环水流量2.5m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低33.1%，延伸率增加1.63倍，耐热温度提高85℃。
实施例9
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为250mm/s，热区长度为600mm，加热温度为500℃，冷却介质为循环水，循环水流量3m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低36%，延伸率增加2.17倍，耐热温度提高112℃。
实施例10
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为5mm/s，热区长度为10mm，加热温度为700℃，冷却介质为循环水，循环水流量3.5m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低33%，延伸率增加1.6倍，耐热温度提高81℃。
实施例11
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为200mm/s，热区长度为500mm，加热温度为550℃，冷却介质为循环水，循环水流量3m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低35%，延伸率增加2.17倍，耐热温度提高108℃。
实施例12
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为80mm/s，热区长度为300mm，加热温度为450℃，冷却介质为循环水，循环水流量2.5m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低34.5%，延伸率增加1.87倍，耐热温度提高97℃。
实施例13
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为180mm/s，热区长度为400mm，加热温度为560℃，冷却介质为循环水，循环水流量3.5m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低34.8%，延伸率增加1.78倍，耐热温度提高89℃。
实施例14
本发明涉及的一种没有横向晶界铜导线的组织定向方法，工艺步骤如实施例1，具体工艺参数如下：铜导线移动速率为470mm/s，热区长度为1000mm，加热温度为620℃，冷却介质为循环水，循环水流量4m3/h。
铜导线横向晶界完全消除，电阻率降低35.5%，延伸率增加1.88倍，耐热温度提高96℃。
对比例1
铜导线移动速率过大，达到1000mm/s，热区长度为10mm，加热温度为560℃，冷却介质为循环水，循环水流量3.5m3/h。因导线移动速度过快，无法进行有效组织定向化，铜导线为等轴晶-柱状晶组织，横向晶界仍然存在，电阻率几乎不变。
对比例2
区域加热过大，达到1000℃，热区长度为10mm，铜导线移动速率500mm/s，冷却介质为循环水，循环水流量3.5m3/h。因区域加热温度过高，铜导线发生软化，无法使用。
对比例3
铜导线放置在保温炉中，600℃下保温10min，铜导线变为粗大的等轴晶组织，横向晶界存在，电阻率几乎不变。

Claims (15)

1.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3m3/h，铜导线移动速率为100mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为500mm，加热温度为600℃，获得没有横向晶界铜导线。
2.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为5m3/h，铜导线移动速率为500mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为1000mm，加热温度为900℃，获得没有横向晶界铜导线。
3.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为1m3/h，铜导线移动速率为0.1mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为1mm，加热温度为300℃，获得没有横向晶界铜导线。
4.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3.5m3/h，铜导线移动速率为10mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为20mm，加热温度为500℃，获得没有横向晶界铜导线。
5.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3m3/h，铜导线移动速率为100mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为100mm，加热温度为600℃，获得没有横向晶界铜导线。
6.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3.5m3/h，铜导线移动速率为300mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为500mm，加热温度为800℃，获得没有横向晶界铜导线。
7.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为2m3/h，铜导线移动速率为50mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为300mm，加热温度为550℃，获得没有横向晶界铜导线。
8.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为2.5m3/h，铜导线移动速率为80mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为100mm，加热温度为650℃，获得没有横向晶界铜导线。
9.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3m3/h，铜导线移动速率为250mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为600mm，加热温度为500℃，获得没有横向晶界铜导线。
10.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3.5m3/h，铜导线移动速率为5mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为10mm，加热温度为700℃，获得没有横向晶界铜导线。
11.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3m3/h，铜导线移动速率为200mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为500mm，加热温度为550℃，获得没有横向晶界铜导线。
12.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为2.5m3/h，铜导线移动速率为80mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为300mm，加热温度为450℃，获得没有横向晶界铜导线。
13.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为3.5m3/h，铜导线移动速率为180mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为400mm，加热温度为560℃，获得没有横向晶界铜导线。
14.没有横向晶界铜导线的组织定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，采用导轮将经冷却段冷拔后的铜导线牵引至区域加热段，冷却段冷却介质为循环水，循环水流量为4m3/h，铜导线移动速率为470mm/s；
第二步，打开区域加热段电源，对铜导线进行区域加热，热区长度为1000mm，加热温度为620℃，获得没有横向晶界铜导线。
15.如权利要求1-14任一所述的方法，其特征在于，第二步中，区域加热段采用管式炉或感应线圈加热，采用红外线测试区域加热温度。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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