DE112011100481T5

DE112011100481T5 - Weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial, Draht aus weicher verdünnter Kupferlegierung, Folie aus weicher verdünnter Kupferlegierung, Litzendraht aus weicher verdünnter Kupferlegierung, sowie ein diese verwendendes Kabel, Koaxialkabel und gemischtadriges Kabel

Info

Publication number: DE112011100481T5
Application number: DE112011100481T
Authority: DE
Inventors: Seigi Aoyama; Toru Sumi; Hiromitsu Kuroda; Hideyuki Sagawa
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-12-27
Also published as: US10030287B2; JP5077416B2; US20120305286A1; CN102753713A; WO2011096576A1; CN102753713B; JP2011179110A

Abstract

Bereitgestellt werden ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial, ein Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, eine Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, ein Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, und ein diese verwendendes Kabel, Koaxialkabel und gemischtadriges Kabel. Das offenbarte weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial enthält: Kupfer; wenigstens ein zusätzliches Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Mn und Cr; und als Rest unvermeidbare Verunreinigungen. Das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Korngröße höchstens 20 μm in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 μm von der Oberfläche beträgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2010-25353 , eingereicht am 8. Februar 2010, und Nr. 2010-235269 , eingereicht am 20. Oktober 2010, auf deren gesamte Inhalte hierin Bezug genommen wird.
Die Erfindung betrifft ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial mit einer hohen Leitfähigkeit und einer langen Biegelebensdauer, obwohl es sich um ein weiches Material handelt, einen Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, eine Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, einen Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, und ein diese verwendendes Kabel, Koaxialkabel und gemischtadriges Kabel.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
In der neuesten Wissenschaft und Technologie wird Elektrizität für alles verwendet, wie die elektrische Energie als Energiequelle oder elektrische Signale, etc., und Leiter, wie Kabel oder Anschlussleitungen, werden für deren Fortleitung verwendet. Metalle mit hoher Leitfähigkeit, wie Kupfer (Cu) oder Silber (Ag), werden als Material für solche Leiter verwendet, und insbesondere werden Kupferdrähte sehr häufig aus Kostengründen verwendet.
Obwohl es allgemein als ”Kupfer” bezeichnet wird, wird dieses in Abhängigkeit von der molekularen Anordnung grob in hartes Kupfer und weiches Kupfer unterteilt. Zudem werden verschiedene Typen von Kupfer, die gewünschte Eigenschaften aufweisen, abhängig vom beabsichtigten Gebrauch verwendet.
Ein harter Kupferdraht wird häufig als Anschlussleitung für elektronische Bauteile verwendet. Mittlerweile wird ein Kabel, das in elektronischen Bauteilen, etc., verwendet wird, wie in medizinischen Geräten, Industrierobotern oder Notebook-Computern, in einer Umgebung verwendet, in der eine kombinierte äußere Kraft aus einer extremen Biegung, einer Torsion und einer Tension, etc. wiederholt angewendet wird. Daher ist ein starres hartes Kupferkabel für solch ein Kabel ungeeignet, und ein weiches Kupferkabel wird stattdessen verwendet.
Ein Leiter, der für eine derartige Anwendung verwendet wird, muss entgegenstehende Eigenschaften aufweisen, welche eine gute Leitfähigkeit (hohe Leitfähigkeit) und gute Biegeeigenschaften sind. Demzufolge wurde bislang ein Kupfermaterial, welches eine hohe Leitfähigkeit und Biegbarkeit beibehält, entwickelt (siehe JP-A 2002-363668 und JP-A 9-256084 ).
JP-A 2002-363668 betrifft zum Beispiel einen flexiblen Kabelleiter mit guter Zugfestigkeit, guten Dehnungseigenschaften und guter Leitfähigkeit, und insbesondere wird ein flexibler Kabelleiter beschrieben, bei dem ein Stabdraht aus einer Kupferlegierung, hergestellt aus sauerstofffreiem Kupfer (OFC, oxygen-free copper) mit einer Reinheit von mindestens 99,99 Gew.-%, enthaltend Indium (In) mit einer Reinheit von mindestens 99,99 Gew.-% in einem Konzentrationsbereich von 0,05 bis 0,70 Ma% (Massenprozent) und Phosphor (P) mit einer Reinheit von mindestens 99,9 Gew.-% in einem Konzentrationsbereich von 0,0001 bis 0,003 Ma%, hergestellt wird.
Indes beschreibt JP-A 9-256084 einen flexiblen Kupferlegierungsdraht, enthaltend 0,1 bis 1,0 Gew.-% Indium (In), 0,01 bis 0,1 Gew.-% Bor (B) und Kupfer (Cu) als restlichen Bestandteil.
In JP-A 2002-363668 , das eine sich auf einen harten Kupferdraht bezogene Erfindung offenbart, wird die Biegbarkeit jedoch nicht ausdrücklich untersucht. Ein weicher Kupferdraht mit einer besseren Biegbarkeit wird überhaupt nicht untersucht. Zudem weist die in JP-A 2002-363668 beschriebene Erfindung den Nachteil auf, dass die Leitfähigkeit aufgrund der großen Menge an zusätzlichen Elementen gering ist. Es zeigt sich daher, dass weiche Kupferdrähte nicht ausreichend in JP-A 2002-363668 untersucht worden sind. Derweil weist die JP-A 9-256084 , welche eine sich auf einen weichen Kupferdraht bezogene Erfindung offenbart, den Nachteil auf, dass die Leitfähigkeit aufgrund der großen Menge an zusätzlichen Elementen genauso wie bei den in JP-A 2002-363668 beschriebenen harten Kupferdrähten, gering ist.
Andererseits hat es sich gezeigt, dass eine hohe Leitfähigkeit durch Auswählen eines hochleitfähigen Kupfermaterials, wie sauerstofffreies Kupfer (OFC), etc., als Rohkupfermaterial sichergestellt wird.
Wird sauerstofffreies Kupfer (OFC) ohne die Zugabe von anderen Elementen als Rohmaterial verwendet, um eine hohe Leitfähigkeit zu gewährleisten, kann eine kristalline Struktur in dem sauerstofffreien Kupferdraht zudem dünner gemacht werden, indem ein Kupferstabdraht bei einem erhöhten Kompressionsverhältnis gezogen wird, um die Biegbarkeit zu verbessern. Das Kupferlegierungsmaterial, das durch ein solches Verfahren hergestellt ist, wird aufgrund des Drahtziehverfahrens verfestigt, und ist demzufolge für eine Anwendung als harter Stabdraht geeignet. Es besteht jedoch das Problem, dass solch ein Kupferlegierungsmaterial nicht als weichen Stabdraht verwendet werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial mit einer hohen Leitfähigkeit und einer langen Biegelebensdauer, selbst wenn es ein weiches Kupfermaterial ist, einen Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, eine Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, einen Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, und ein diese verwendendes Kabel, Koaxialkabel und Verbundkabel, bereitzustellen.

(1) Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein weiches verdünnte Kupferlegierungsmaterial: Kupfer; zumindest ein zusätzliches Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Mn und Cr; und einen Rest, bestehend aus einer unvermeidbaren Verunreinigung, wobei eine durchschnittliche Kristallkorngröße in einer Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 μm von einer Oberfläche höchstens 20 μm beträgt.
(2) Eine kristalline Struktur des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials kann eine rekristallisierte Struktur mit einer Korngrößenverteilung, bei der ein Kristallkorn in der Oberflächenschicht kleiner ist als ein Kristallkorn in einem inneren Bereich, aufweisen.
(3) Das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial kann ferner 2 bis 12 Massen-ppm (Massenteile pro Million) Schwefel, mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm Sauerstoff und 4 bis 55 Massen-ppm Ti umfassen.
(4) Das Ti kann präzipitiert in einem Kristallkorn oder an einer Kristallkorngrenze von Kupfer in Form von TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S vorliegen.
(5) Ein Teil des Schwefels und des Ti kann eine Verbindung oder ein Aggregat in Form von TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S bilden, und der Rest des Schwefels und des Ti kann in der Form eines Mischkristalls (feste Lösung) vorliegen.
(6) Vorzugsweise ist das TiO mit einer Größe von höchstens 200 nm, das TiO₂ mit einer Größe von höchstens 1000 nm, das TiS mit einer Größe von höchstens 200 nm oder das Ti-O-S mit einer Größe von höchstens 300 nm in dem Kristallkorn verteilt, und der Prozentanteil der Partikel von höchstens 500 nm beträgt mindestens 90%.
(7) Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung das oben unter (1) definierte weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial.
(8) Ein Stabdraht, umfassend das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial, kann zu einem Draht gezogen werden, so dass dieser eine Leitfähigkeit von mindestens 98% IACS aufweist.
(9) Vorzugsweise beträgt eine Erweichungstemperatur des Drahtes mit einem Durchmesser von 2,6 mm 130°C bis 148°C.
(10) Auf der Oberfläche kann eine plattierte Schicht erzeugt werden.
(11) Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung eine Vielzahl von verlitzten oben unter (7) definierten Drähten aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung umfassen.
(12) Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Kabel umfassen: den oben unter (7) definierten Draht aus einer weichen, verdünnten Kupferlegierung oder den oben unter (11) definierten Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung; und eine Isolierschicht um den Draht herum.
(13) Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Koaxialkabel umfassen: einen zentralen Leiter, der aus einer Vielzahl von verlitzten oben unter (7) definierten Drähten aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung gebildet ist; einen um die äußere Begrenzungsfläche des zentralen Leiters gebildete Isolierabdeckung; einen äußeren Leiter, umfassend Kupfer oder eine Kupferlegierung, der um eine äußere Begrenzungsfläche der Isolierabdeckung angeordnet ist; und eine Hüllschicht um die äußere Begrenzungsfläche des äußeren Leiters.
(14) Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein gemischtadriges Kabel umfassen: eine Vielzahl von in einer Schutzschicht angeordneten oben unter (12) definierten Kabeln; und eine Kabelummantelung um die äußere Begrenzungsfläche der Schutzschicht.
(15) Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann eine Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung das oben unter (1) definierte weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial umfassen.
(16) Eine Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung kann ein geformtes und angelassenes oben unter (1) definiertes weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial umfassen.
(17) Eine kristalline Struktur des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials kann eine rekristallisierte Struktur mit einer Korngrößenverteilung, bei der ein Kristallkorn in der Oberflächenschicht kleiner ist als ein Kristallkorn in einem inneren Bereich, umfassen.
(18) Vorzugsweise kann das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial ferner 2 bis 12 Massen-ppm Schwefel, mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm Sauerstoff und 4 bis 55 Massen-ppm Ti umfassen.
(19) Ein Teil des Schwefels und des Ti kann eine Verbindung oder ein Aggregat in Form von TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S bilden, und der Rest des Schwefels und des Ti kann in der Form eines Mischkristalls vorliegen.
(20) Vorzugsweise ist das TiO mit einer Größe von höchstens 200 nm, das TiO₂ mit einer Größe von höchstens 1000 nm, das TiS mit einer Größe von höchstens 200 nm oder das Ti-O-S mit einer Größe von höchstens 300 nm in dem Kristallkorn verteilt, und der Prozentanteil der Partikel mit höchstens 500 nm beträgt mindestens 90%.

Effekte der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial bereitgestellt werden, das eine hohe Leitfähigkeit und eine lange Biegelebensdauer aufweist, obwohl es sich um ein weiches Material handelt.
Einzelheiten der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial Kupfer, wenigstens ein zusätzliches Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Mn und Cr, und einen Rest, bestehend aus einer unvermeidbaren Verunreinigung, umfassen, wobei eine durchschnittliche Kristallkorngröße in einer Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 μm von einer Oberfläche höchstens 20 μm beträgt. Die Entwicklungsrichtung von Rissen wird leicht durch die kleine durchschnittliche Kristallkorngröße in der Oberflächenschicht geändert, so dass die Entwicklung von Rissen aufgrund von wiederholten Biegungen verhindert werden kann. Daher kann ein weiches Kupfermaterial mit einer hohen Leitfähigkeit und einer langen Biegelebensdauer bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erklärt, wobei:
1 ein REM-Bild ist, das ein TiS-Partikel zeigt;
2 ein Schaubild ist, das ein Ergebnis der Analyse von 1 zeigt;
3 ein REM-Bild ist, das ein TiO₂-Partikel zeigt;
4 ein Schaubild ist, das ein Ergebnis der Analyse von 3 zeigt;
5 ein REM-Bild ist, das ein Ti-O-S-Partikel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Schaubild ist, das ein Ergebnis der Analyse von 5 zeigt;
7 eine schematische Darstellung ist, die einen Dauerbiegeversuch zeigt;
8 ein Schaubild ist, das die Biegelebensdauern von Vergleichsmaterial 13, das einen sauerstofffreien Kupferdraht verwendet, und von Beispielmaterial 7, das einen Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, der aus einem sauerstoffarmen Kupfer mit zu diesem zugegebenen Ti hergestellt ist, verwendet, zeigt, welche nach einer Anlassbehandlung bei 400°C für 1 Stunde gemessen wurden;
9 ein Schaubild ist, das die Biegelebensdauern von Vergleichsmaterial 14, das einen sauerstofffreien Kupferdraht verwendet, und von Beispielmaterial 8, das einen Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, der aus sauerstoffarmem Kupfer mit zu diesem zugegebenen Ti hergestellt ist, verwendet, zeigt, welche nach einer Anlassbehandlung bei 600°C für 1 Stunde gemessen wurden;
10 ein Foto ist, das eine Querschnittsstruktur entlang der Breite des Beispielmaterials 8 zeigt;
11 ein Foto ist, das eine Querschnittsstruktur entlang der Breite einer Probe des Vergleichsmaterials 14 zeigt;
12 ein erläuterndes Diagramm ist, das ein Verfahren zur Messung einer durchschnittlichen Kristallkorngröße in einer Oberflächenschicht einer Probe veranschaulicht;
13 ein Foto ist, das eine Querschnittsstruktur entlang der Breite des Beispielmaterials 9 zeigt;
14 ein Foto ist, das eine Querschnittsstruktur entlang der Breite einer Probe des Vergleichsmaterials 15 zeigt;
15 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen der Anlasstemperatur und der Dehnungsfähigkeit (%) des Beispielmaterials 9 und des Vergleichsmaterials 15 zeigt;
16 ein Foto ist, das einen Querschnitt des Beispielmaterials 9 zeigt, das bei einer Temperatur von 500°C angelassen wurde;
17 ein Foto ist, das einen Querschnitt des Beispielmaterials 9 zeigt, das bei einer Temperatur von 700°C angelassen wurde; und
18 ein Foto ist, das einen Querschnitt des Vergleichsmaterials 15 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden detailliert beschrieben.
Ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial der vorliegenden Ausführungsform besteht aus Kupfer, wenigstens einem zusätzlichen Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Mn und Cr, und einem Rest, bestehend aus einer unvermeidbaren Verunreinigung, und eine durchschnittliche Kristallkorngröße desselben beträgt in einer Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 μm von einer Oberfläche höchstens 20 μm.
Begriffsdefinition
In der vorliegenden Anmeldung bedeutet ”Größe” einer Verbindung einen langen Durchmesser der Verbindung in einer Form mit langen und kurzen Durchmessern. Ein ”Kristallkorn” bedeutet eine kristalline Struktur von Kupfer. Eine ”Kristallkorngröße” bedeutet einen langen Durchmesser von jeder Form einer kristallinen Kupferstruktur. Eine ”durchschnittliche Kristallkorngröße” ist ein Durchschnittswert von aktuell gemessenen Werten der Kristallkorngröße, und in diesem Zusammenhang wird das Messverfahren für die Kristallkorngröße später beschrieben. Ein ”Partikel” bedeutet ein Partikel einer Verbindung, wie TiO, TiO₂, TiS und Ti-O-S. Zudem bezeichnet ein ”Prozentanteil von Partikeln” das Verhältnis der Anzahl solcher Partikel zu der Gesamtanzahl von Partikeln, einschließlich der kristallinen Struktur von Kupfer.
Aufgabe der Erfindung
Erstens ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial als weiches Kupfermaterial bereitzustellen, das eine Leitfähigkeit von 98% IACS (International Annealed Copper Standard, die Leitfähigkeit ist definiert als 100%, wenn der elektrische Widerstand 1,7241 × 10^–8 Ωm beträgt), 100% IACS oder ferner 102% IACS aufweist.
Zudem ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial bereitzustellen, das durch eine Vielzahl von Herstellungsverfahren mit geringer Oberflächenrissbildung durch Verwendung einer SCR(Southwire Continuous Rod System)-Stranggieß- und Walzmaschine stabil hergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial bereitzustellen, das eine Erweichungstemperatur von höchstens 148°C aufweist, wenn das Kompressionsverhältnis eines Stabdrahts 90% (z. B. Verarbeitung von einem Draht mit 8 mm Durchmesser in einen Draht mit 2,6 mm Durchmesser) beträgt.
Leitfähigkeit des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials
Für die industrielle Verwendung des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials wird eine Leitfähigkeit von mindestens 98% IACS benötigt, wenn es in der Form eines weichen Kupferdrahtes vorliegt, der aus Elektrolytkupfer gebildet ist und der einen Reinheitsgrad für die industrielle Verwendung aufweist. Die Leitfähigkeit von sauerstofffreiem Kupfer (OFC) beträgt etwa 101,7% IACS und die von hochreinem Kupfer (6N, einer Reinheit von 99,9999%) beträgt 102,8% IACS, und daher ist es wünschenswert, eine Leitfähigkeit zu haben, die so nahe wie möglich an der von hochreinem Kupfer (6N) liegt.
Erweichungstemperatur des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials
Es ist wünschenswert, dass die Erweichungstemperatur des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials angesichts des industriellen Wertes desselben höchstens 148°C beträgt. Die Erweichungstemperatur vor hochreinem Kupfer (6N) beträgt 127 bis 130°C. Beispielsweise beträgt die Erweichungstemperatur für hochreines Kupfer (6N) bei einem Kompressionsverhältnis von 90% 130°C. Beruhend auf den erhaltenen Daten wird die untere Grenze der Erweichungstemperatur daher auf 130°C festgelegt.
Daher haben wir ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial mit einer Leitfähigkeit von mindestens 98% IACS, mindestens 100% IACS und ferner mindestens 102% IACS bei einer Erweichungstemperatur von mindestens 130°C und höchstens 148°C, was eine stabile Herstellung desselben ermöglicht und die Herstellungsbedingungen ermöglichen die stabile Herstellung desselben, untersucht.
Zuerst wurde ein 8 mm-Durchmesser Stabdraht, der aus geschmolzenem Kupfer von hochreinem Kupfer (4N, einer Reinheit von 99,99%) mit einer Sauerstoff(O)-Konzentration von 1 bis 2 Massen-ppm und mit einigen Massen-ppm dazugegebenem Titan (Ti) hergestellt wurde, verarbeitet, so dass er einen Durchmesser von 2,6 mm (bei einem Kompressionsverhältnis von 90%) aufwies, indem eine kleine Stranggießmaschine in einem Versuchslabor verwendet wurde. Die gemessene Erweichungstemperatur des Stabdrahts nach dem Kaltziehverfahren betrug 160 bis 168°C und konnte nicht geringer als 160°C sein. Zudem betrug die Leitfähigkeit etwa 101,7% IACS. Obwohl die O-Konzentration verringert und Ti zugegeben war, zeigte es sich daher, dass es nicht möglich ist, die Erweichungstemperatur zu verringern, und die Leitfähigkeit ist schlechter als diejenige von hochreinem Kupfer (6N), welches 102,8% IACS aufweist.
Es wird davon ausgegangen, dass die Erweichungstemperatur nicht verringert wird, da, obwohl einige Massen-ppm oder mehr S als unvermeidbare Verunreinigung während der Herstellung des geschmolzenen Kupfers zugemischt werden, Sulfide wie TiS, etc., nicht ausreichend durch diesen S und Ti gebildet werden.
Demzufolge wurden zwei Maßnahmen im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform untersucht, um die Erweichungstemperatur nach dem Kaltdrahtziehverfahren zu verringern und die Leitfähigkeit zu erhöhen, und die Aufgabe wurde gelöst durch Kombinieren der Effekte dieser zwei Maßnahmen.
(a) Sauerstoffkonzentration
Die Sauerstoff(O)-Konzentration in Kupfer wird auf mehr als 2 Massen-ppm erhöht, und dann wird Ti zugegeben. Es wird davon ausgegangen, dass infolgedessen die TiO-, TiS-, Titanoxid(TiO₂)- oder Ti-O-S-Partikel zunächst in dem geschmolzenen Kupfer gebildet werden (siehe die REM-Bilder der 1 und 3 und die Ergebnisse der Analyse von 2 und 4). Es sei darauf hingewiesen, dass Pt und Pd in den 2, 4 und 6 Gasphasenabscheidungselemente sind, die zum Zweck der Untersuchung verwendet wurden.
(b) Warmwalztemperatur
Dann wird die Warmwalztemperatur geringer (880 bis 550°C) als die Temperatur bei den typischen Herstellungsbedingungen für Kupfer (950 bis 600°C) eingestellt, so dass eine Dislokation für eine leichte Präzipitation von S in das Kupfer eingebracht wird. Infolgedessen präzipitiert S auf der Dislokation oder unter Verwendung von Titanoxid (TiO₂) als Keim, und beispielsweise TiO-, TiS-, TiO₂- oder Ti-O-S-Partikel, etc., werden auf die gleiche Art und Weise wie in dem geschmolzenen Kupfer gebildet (siehe das REM-Bild von 5 und das Ergebnis der Analyse von 6). Anders gesagt, präzipitiert Ti in einem Kristallkorn oder an einer Kristallkorngrenze von Kupfer und liegt in der Form von TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S vor. In 1 bis 6 wird ein Querschnitt eines 8 mm-Durchmesser Kupferdrahtes (Stabdraht) mit einer Sauerstoff(O)-Konzentration, einer Schwefel(S)-Konzentration und eine Titan(Ti)-Konzentration, die in der dritten Reihe von Beispiel 1 in Tabelle 1 gezeigt sind, durch eine REM-Untersuchung und eine EDX-Analyse beurteilt. Die Untersuchungsbedingungen sind eine Beschleunigungsspannung von 15 keV und ein Emissionsstrom von 10 μA.
Der S in dem Cu ist kristallisiert und präzipitiert, wenn die oben beschriebenen Punkte (a) und (b) erfüllt sind, und es ist dadurch möglich, einen Kupferstabdraht bereitzustellen, der die Erweichungstemperatur nach dem Kaltdrahtziehverfahren und die Leitfähigkeit aufweist.
Herstellungsbedingungen für das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial
In der vorliegenden Ausführungsform werden die folgenden Punkte (1) bis (3) als Bedingungen für die Herstellung des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials unter Verwendung der SCR-Stranggieß- und Walzmaschine festgelegt.
(1) Zusammensetzung
(a) Zusätzliche Elemente
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Gründe, weshalb Ti als zusätzliches Element ausgewählt wird, wie folgt. Ti bildet wahrscheinlich eine Verbindung, indem es in dem geschmolzenen Kupfer an S bindet. Verglichen mit anderen zusätzlichen Elementen, wie Zr, etc., ist es möglich, Ti zu bearbeiten und es ist leicht zu handhaben. Es ist billiger als Nb, etc. Es kann wahrscheinlich unter Verwendung von Oxid als Keim präzipitiert werden.
Es ist zu beachten, dass das zu dem reinen Kupfer zugegebene zusätzliche Element anstelle von Ti wenigstens eines aus Mg, Zr, Nb, Ca, V, N, Mn und Cr umfassen kann. Die Erweichungstemperatur des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials beträgt für den Fall, dass Ti nicht zugegeben wird, 160 bis 165°C. Dieser geringfügige Unterschied wird durch unvermeidbare Verunreinigungen, welche in reinem Kupfer (6N) nicht vorliegen, verursacht.
Der Grund, weshalb ein Element (Elemente), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Mn, Ti und Cr, als zusätzliches Element ausgewählt wird (werden), ist wie folgt. Die oben genannten Elemente sind aktive Elemente, die die Eigenschaft haben, dazu zu neigen, an andere Elemente zu binden, und neigen demzufolge dazu, an S zu binden, wodurch S eingefangen wird und wodurch ein Kupferbasismaterial (Matrix) stark aufgereinigt wird. Ein oder mehrere zusätzliche Elemente können enthalten sein. Zudem können andere Elemente, die die Eigenschaften einer Legierung nicht nachteilig beeinflussen, als weitere zusätzliche Elemente in der Legierung enthalten sein. Ferner können in der Legierung zusätzlich Verunreinigungen, welche die Eigenschaften der Legierung nicht nachteilig beeinflussen, enthalten sein.
(b) Sauerstoff(O)-Gehalt in Kupfer
Der Sauerstoff(O)-Gehalt in Kupfer wird auf mehr als 2 Massen-ppm eingestellt, da die Erweichungstemperatur wahrscheinlich weniger abnimmt, wenn die Menge an Sauerstoff (O), wie oben beschrieben, gering ist. Andererseits wird der Sauerstoff(O)-Gehalt auf höchstens 30 Massen-ppm eingestellt, da Oberflächenrisse wahrscheinlich während des Warmwalzverfahrens erzeugt werden, wenn die Menge an Sauerstoff (O) zu groß ist. Anders ausgedrückt, wird das so genannte sauerstoffarme Kupfer (LOC) in der vorliegenden Erfindung verwendet, da mehr als 2 Massen-ppm und höchstens 30 Massen-ppm Sauerstoff enthalten sind.
Wie oben beschrieben, ist es bevorzugt, dass der O-Gehalt in Kupfer mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm beträgt. Kupfer kann jedoch, abhängig von der zugegebenen Menge des zusätzlichen Elements und von dem S-Gehalt, in dem Bereich von 2 bis zu 400 Massen-ppm O enthalten, wobei die Eigenschaften der gewünschten Legierung bereitgestellt werden.
(c) Schwefel(S)-Gehalt
Wie oben beschrieben, wird im Allgemeinen bei der industriellen Herstellung von reinem Kupfer Schwefel dem Kupfer während des Herstellungsverfahrens von Elektrolytkupfer zugegeben. Daher ist es schwierig, den S-Gehalt auf höchstens 3 Massen-ppm einzustellen. Andererseits beträgt die obere Grenze der S-Konzentration in Allzweck-Elektrolytkupfer 12 Massen-ppm.
(d) Beziehung zwischen dem Gehalt von jedem Element und der Leitfähigkeit
Um ein weiches Kupfermaterial mit einer Leitfähigkeit von mindestens 98% IACS zu erhalten, wird ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial, in dem reines Kupfer mit unvermeidbaren Verunreinigungen (ein Ausgangsmaterial) 3 bis 12 Massen-ppm S, mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm O und 4 bis 55 Massen-ppm Ti enthält, zur Herstellung eines Stabdrahts (ein etwas gezogener Draht) verwendet.
Um ein weiches Kupfermaterial mit einer Leitfähigkeit von mindestens 100% IACS zu erhalten, wird ein Stabdraht aus einem weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterial, das reines Kupfer mit unvermeidbaren Verunreinigungen, 2 bis 12 Massen-ppm S, mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm O und 4 bis 37 Massen-ppm Ti enthält, hergestellt.
Um ein weiches Kupfermaterial mit einer Leitfähigkeit von mindestens 102% IACS zu erhalten, wird ein Stabdraht auf einem weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterial, das reines Kupfer mit unvermeidbaren Verunreinigungen, 3 bis 12 Massen-ppm S, mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm O und 4 bis 25 Massen-ppm Ti enthält, hergestellt.
(2) Dispergierte Substanz
Wünschenswerterweise sind die Partikel einer in einer Kupfermatrix dispergierten Substanz (dispergierte Partikel) von einer kleinen Größe und eine große Anzahl von dispergierten Partikeln ist verteilt. Das liegt daran, dass die dispergierten Partikel als Präzipitationsstelle für S dienen und demzufolge müssen sie eine kleine Größe aufweisen und in einer großen Anzahl vorkommen.
Teile von S und Ti bilden eine Verbindung oder ein Aggregat in Form von TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S. Der restliche Teil von S und Ti liegt in Form eines Mischkristalls vor. In dem erfindungsgemäßen weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterial ist das TiO mit einer Größe von höchstens 200 nm, das TiO₂ mit einer Größe von höchstens 1000 nm, das TiS mit einer Größe von höchstens 200 nm oder das Ti-O-S mit einer Größe von höchstens 300 nm in dem Kristallkorn verteilt. Wie oben beschrieben, bezeichnet ”Kristallkorn” eine kristalline Struktur von Kupfer.
Es ist zu beachten, dass es ebenfalls erforderlich ist, die Gießbedingungen dementsprechend zu bestimmen, da die Größe der zu bildenden Partikel abhängig von der Haltezeit oder dem Kühlzustand des geschmolzenen Kupfers während des Gießens variiert.
(3) Gießbedingungen
Ein Stabdraht wird durch das SCR-Stranggieß- und Walzverfahren hergestellt, wobei das Kompressionsverhältnis zur Verarbeitung eines Barrenstabs 90% (Durchmesser 30 mm) bis 99,8% (Durchmesser 5 mm) beträgt. Beispielsweise wird ein Verfahren zur Herstellung eines 8 mm-Durchmesser Stabdrahts bei einer Kompressionsrate von 99,3% angewendet.
(a) Schmelztemperatur des Kupfers im Schmelzofen
Die Kupferschmelztemperatur (Temperatur des geschmolzenen Kupfers) in einem Schmelzofen beträgt mindestens 1100°C und höchstens 1320°C. Die Kupferschmelztemperatur wird auf höchstens 1320°C festgesetzt, da dann eine Tendenz dazu besteht, dass eine Gussblase zunimmt, ein Riss erzeugt wird und die Partikelgröße zunimmt, wenn die Temperatur des geschmolzenen Kupfers hoch ist. Andererseits ist die Kupferschmelztemperatur auf mindestens 1100°C festgelegt, da sich Kupfer wahrscheinlich verfestigt und die Herstellung bei Temperaturen unterhalb von 1100°C nicht stabil erfolgt. Es sollte beachtet werden, dass die Gießtemperatur wünschenswerterweise innerhalb des oben genannten Bereichs so gering wie möglich ist.
(b) Warmwalztemperatur
Die Warmwalztemperatur beträgt höchstens 880°C bei dem anfänglichen Walzen und höchstens 550°C bei dem abschließendem Walzen.
Im Gegensatz zu den üblichen Herstellungsbedingungen für reines Kupfer ist der Gegenstand der Erfindung, S in dem geschmolzenen Kupfer zu kristallisieren und S während des Warmwalzens zu präzipitieren. Daher ist es bevorzugt, die Kupferschmelztemperatur und die Warmwalztemperatur, wie oben unter den Punkten (a) und (b) beschrieben, zu begrenzen, um eine Festkörperlöslichkeitsgrenze als eine Aktivierungsenergie davon weiter zu verringern.
Die übliche Warmwalztemperatur beträgt höchstens 950°C bei dem anfänglichen Walzen und höchstens 600°C bei dem abschließenden Walzen, um jedoch die Festkörperlöslichkeitsgrenze weiter zu verringern, wird die Temperatur gemäß der Erfindung auf höchstens 880°C bei dem anfänglichen Walzen und höchstens 550°C bei dem Schlusswalzen festgesetzt.
Nachdem Kupfer als Ausgangsmaterial (Kupferausgangsmetall) in einem Schmelzofen geschmolzen ist, wird kontrolliert, dass sich die Schmelze in einem reduzierten Zustand befindet. Das heißt, es ein wünschenswertes Verfahren ist, dass das Gießen unter einer reduzierten Gas(CO)-Atmosphäre durchgeführt wird, während die Konzentrationen von S, Ti und O, die Bestandselemente einer verdünnten Legierung sind, so eingestellt werden, dass ein einem Walzverfahren zu unterziehenden Stabdraht stabil hergestellt werden kann. Somit wird verhindert, dass Kupferoxid gemischt wird oder dass die Qualität aufgrund der vergrößerten Partikelgröße abnimmt.
Effekte der vorliegenden Ausführungsform
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, ein weiches verdünntes Kupferlegierungsdraht- oder Kupferlegierungsfolienmaterial zu erhalten, so dass ein Stabdraht mit einem Durchmesser von 8 mm eine Leitfähigkeit von mindestens 98% IACS, mindestens 100% IACS oder ferner mindestens 102% IACS aufweist, und ein Stabdraht nach dem Kaltdrahtziehverfahren (z. B. ein Durchmesser von 2,6 mm) eine Erweichungstemperatur von 130°C bis 148°C aufweist.
Wie oben beschrieben, kann das erfindungsgemäße weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial als Schmelzlötplattierungsmaterial (molten solder plating material) (Draht, Blech, Folie), Lackdraht, weiches reines Kupfer und hochleitfähiges Kupfer verwendet werden. Ferner ist es möglich, die Energie zum Zeitpunkt des Anlassens zu verringern, und es ist möglich es als weichen Kupferdraht zu verwenden. Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein brauchbares weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial zu erhalten, das eine hohe Produktivität, eine ausgezeichnete Leitfähigkeit, eine ausgezeichnete Erweichungstemperatur und eine ausgezeichnete Oberflächenqualität aufweist.
Andere Ausführungsformen
Zudem kann eine Plattierungsschicht auf der Oberfläche des erfindungsgemäßen Drahts aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung gebildet werden. Eine Plattierungsschicht, die beispielsweise hauptsächlich aus Zinn (Sn), Nickel (Ni) oder Silber (Ag) besteht, kann verwendet werden, oder so genannte Pb-freie Plattierungen können dafür verwendet werden.
Zudem ist es möglich, einen Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung herzustellen, indem mehrere erfindungsgemäße Drähte aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung verdreht werden.
Ferner ist es möglich, ein Kabel zu erzeugen, indem eine Isolierschicht um den erfindungsgemäßen Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung oder den erfindungsgemäßen Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung bereitgestellt wird.
Es ist auch möglich, ein Koaxialkabel zu erzeugen, indem mehrere erfindungsgemäße Drähte aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung verdreht werden, um einen zentralen Leiter zu erzeugen, eine Isolierabdeckung auf der äußeren Begrenzungsfläche des zentralen Leiters erzeugt wird, ein aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildeter äußerer Leiter auf der äußeren Begrenzungsfläche der Isolierabdeckung angeordnet wird, und dann eine Hüllschicht auf der äußeren Begrenzungsfläche des äußeren Leiters bereitgestellt wird.
Zudem ist es möglich, ein gemischtadriges Kabel zu erzeugen, indem mehrere Koaxialkabel in einer Schutzschicht angeordnet werden und dann eine Kabelummantelung auf der äußeren Begrenzungsfläche der Schutzschicht bereitgestellt wird.
Der Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Drahts aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung umfasst Verwendungen, wie zum Beispiel als Verkabelungsmaterial für Verbrauchersolarzellen, Motorlackdraht, weiches Kupfermaterial für Hochtemperaturanwendungen, das bei 200°C bis 700°C verwendet wird, Netzkabelleiter (power cable conductor), Signalleitungsleiter (signal line conductor), Schmelzlötplattierungsmaterial (molten solder plating material), das kein Anlassen benötigt, Leiter für FCP-Verdrahtungen, Kupfermaterial mit ausgezeichneter thermischer Leitfähigkeit und alternatives Material zu hochreinem Kupfer. Der erfindungsgemäße Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung erfüllt solch einen breit gefächerten Bedarf.
Zudem ist die Form des erfindungsgemäßen Drahts aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nicht besonders beschränkt, und kann ein Leiter mit einem kreisförmigen Querschnitt, ein stabförmiger Leiter oder ein rechteckiger Leiter sein.
Ferner ist die erfindungsgemäße Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung für eine Vielzahl von Anwendungen anwendbar, wie eine als Wärmeableitblech verwendete Kupferfolie, ein als Leitungsrahmen verwendetes Kupferband (gauge copper strip) und eine als Schaltplatte verwendete Kupferfolie, etc.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein Beispiel, bei dem ein Stabdraht durch das SCR-Stranggieß- und Walzverfahren hergestellt wird und bei dem ein weiches Material durch das Warmwalzen hergestellt wird, beschrieben wurde, kann ein Zweiwalzenstranggieß- und Walzverfahren oder ein Properzi-Stranggieß- und Walzverfahren bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden.
Beispiele
Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse der Halberweichungstemperatur, der Leitfähigkeit und die Größe der dispergierten Partikel, wobei die Verhältnisse der O-Konzentration, der S-Konzentration und der Ti-Konzentration verändert werden.
Zunächst wurden 8 mm-Durchmesser Kupferdrähte (Stabdrähte) mit den in Tabelle 1 gezeigten Konzentrationen für Sauerstoff (O), Schwefel (S) und Titan (Ti) entsprechend als Versuchsmaterialien (bei einem Kompressionsverhältnis von 99,3%) hergestellt. Der 8 mm-Durchmesser Kupferdraht wurde warmgewalzt durch ein SCR-Stranggieß- und Walzverfahren. Geschmolzenes Kupfermetall, das in einem Schachtofen geschmolzen wurde, wurde unter einer reduktiven Gasatmosphäre in einen Gießlöffel gegossen, das in den Gießlöffel gegossene geschmolzene Kupfer wurde unter der gleichen reduktiven Gasatmosphäre in einen Gießtopf eingebracht, und Ti wurde zu dem geschmolzenen Kupfer in dem Gießtopf gegeben. Anschließend wurde das resultierende geschmolzene Kupfer durch eine Düse in eine Gussform, die zwischen einem Gießrad und einem Endlosband gebildet wurde, eingebracht, wodurch ein Barren erzeugt wurde. Der 8 mm-Durchmesser Kupferdraht wurde durch Warmwalzen des Barrens hergestellt. Die Versuchsmaterialien wurden kaltgezogen und dann wurden die Halberweichungstemperatur und die Leitfähigkeit des 2,6 mm-Durchmesser Stabdrahts gemessen, und auch die Größe der dispergierten Partikel in dem 8 mm-Durchmesser Kupferdraht wurde bestimmt.
Die Sauerstoff(O)-Konzentration wurde durch ein Sauerstoffmessgerät (Leco Oxygen Analyzer, hergestellt durch LECO Japan Corporation (Leco: eingetragene Marke)) gemessen. Jede Konzentration von S und Ti wurde durch ein ICP-Emissionsspektrophotometer (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscope: ICPS-AES) analysiert.
Nach dem Halten für 1 Stunde bei einer beliebigen Temperatur von höchstens 400°C wurde ein Abkühlen im Wasserbad und eine Zugprobe durchgeführt, um die Halberwärmungstemperatur des 2,6 mm-Durchmesser Stabdrahts zu messen. Nach dem Erhalt der Ergebnisse der Zugprobe bei Raumtemperatur und der Ergebnisse der Zugprobe des weichen Kupferdrahts, der in einem Ölbad bei 400°C für 1 Stunde wärmebehandelt wurde, wurden die Zugfestigkeiten der zwei Zugproben addiert und dann durch zwei dividiert, und die Temperatur, die der durch den resultierenden Wert gekennzeichneten Zugfestigkeit entspricht, wurde als ”Halberweichungstemperatur” definiert.
Es ist wünschenswert, dass die dispergierten Partikel eine kleine Größe aufweisen und eine große Anzahl der dispergierten Partikel verteilt vorliegen. Dies ist, da die dispergierten Partikel eine kleine Größe aufweisen müssen und in einer großen Anzahl vorliegen müssen, damit sie als Präzipitationsstelle für S fungieren können. Demzufolge erfolgt eine Bewertung mit ”Prüfung bestanden”, wenn mindestens 90% der dispergierten Partikel eine Größe von höchstens 500 nm aufweisen. Wie oben beschrieben ist ”Größe” in der Tabelle eine Größe einer Verbindung und bezeichnet eine Größe eines langen Durchmessers der Verbindung, welche eine Form mit langen und kurzen Durchmessern aufweist. Indes bezeichnet ”Partikel” TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S. Zudem bezeichnet ”90%”, etc., ein Verhältnis der Anzahl solcher Partikel zu der Gesamtanzahl der Partikel.
Vergleichsmaterial 1
In Tabelle 1 ist das Vergleichsmaterial 1 eine Probe eines Kupferdrahts mit einem Durchmesser von 8 mm, der unter einer Ar-Atmosphäre erzeugt wurde und bei dem 0 bis 18 Massen-ppm Ti zu dem geschmolzenen Kupfermetall zugegeben wurden.
Betrachtet man die Ti-Konzentration, verringerte sich die Halberweichungstemperatur auf die untere Temperaturgrenze von 160°C bei einer Ti-Konzentration von 13 Massen-ppm, während die Halberweichungstemperatur bei einer Ti-Konzentration von Null 215°C betrug. Andererseits war die Halberweichungstemperatur bei einer Ti-Konzentration von 15 Massen-ppm und 18 Massen-ppm hoch, und die gewünschte Erweichungstemperatur von höchstens 148°C war erfüllt. Obwohl die industriell verlangte Leitfähigkeit von mindestens 98% IACS erreicht wurde, war die Gesamtbewertung ”X (durchgefallen)”.
Dann wurde ein 8 mm-Durchmesser Kupferdraht (Stabdraht) experimentell durch das SCR-Stranggieß- und Walzverfahren hergestellt, während die O-Konzentration auf 7 bis 8 Massen-ppm eingestellt wurde.
Vergleichsmaterial 2
Unter den experimentell durch das SCR-Stranggieß- und Walzverfahren hergestellten Kupferdrähten wies Vergleichsmaterial 2 eine niedrige Ti-Konzentration (0 und 2 Massen-ppm) auf, und die Leitfähigkeit desselben betrug mindestens 102% IACS. Die Halberweichungstemperaturen betrugen jedoch 164°C bzw. 157°C, was die gewünschte Temperatur von höchstens 148°C nicht erfüllte, und demzufolge war die Gesamtbewertung ”X”.
Beispielmaterial 1
Proben des Beispielmaterials 1 weisen im Wesentlichen konstante O- und S-Konzentrationen (7 bis 8 Massen-ppm bzw. 5 Massen-ppm) und unterschiedliche Ti-Konzentrationen (4 bis 55 Massen-ppm) auf.
Der Ti-Konzentrationsbereich von 4 bis 55 Massen-ppm ist zufriedenstellend, da die Erweichungstemperatur höchstens 148°C beträgt, die Leitfähigkeit mindestens 98% IACS oder mindestens 102% IACS ist, und die Größe der dispergierten Partikel höchstens 500 μm bei mindestens 90% der Partikel beträgt. Zudem ist die Oberfläche des Stabdrahts auch fein und alle Proben erfüllen die Produktanforderungen (die Gesamtbewertung ist ”O (bestanden)”).
Hier ist die Leitfähigkeit von mindestens 100% IACS bei einer Ti-Konzentration von 4 bis 37 Massen-ppm und von mindestens 102% IACS bei einer Ti-Konzentration von 4 bis 25 Massen-ppm erfüllt. Die Leitfähigkeit von 102,4% IACS, welches den Maximalwert darstellt, wurde bei einer Ti-Konzentration von 13 Massen-ppm beobachtet, und die Leitfähigkeit um diese Konzentration herum wies einen geringfügig niedrigeren Wert auf. Es wird davon ausgegangen, dass dies daher rührt, dass der Schwefel (S) in Kupfer, wenn das Ti 13 Massen-ppm beträgt, in einer Verbindung festsitzt, und demzufolge ist die Leitfähigkeit nahe derjenigen von hochreinem Kupfer (6N).
Daher ist es möglich, sowohl die Halberweichungstemperatur als auch die Leitfähigkeit durch Erhöhung der O-Konzentration und Zugabe von Ti zu erfüllen.
Vergleichsmaterial 3
Vergleichsmaterial 3 sind Proben, bei denen die Ti-Konzentration auf 60 Massen-ppm erhöht wurde. Vergleichsmaterial 3 erfüllt die gewünschte Leitfähigkeit, die Halberweichungstemperatur ist jedoch nicht geringer als 148°C, wodurch die Produktanforderungen nicht erfüllt werden. Ferner befanden sich viele Oberflächenrisse auf dem Stabdraht, wodurch es schwierig wurde, dieses Material als Handelsprodukt zu betrachten. Daher ist die bevorzugt zugegebene Menge von Ti geringer als 60 Massen-ppm.
Beispielmaterial 2
Proben des Beispielmaterials 2 weisen eine S-Konzentration von 5 Massen-ppm, eine Ti-Konzentration von 13 bis 10 Massen-ppm und verschiedene O-Konzentrationen auf, um den Effekt der Sauerstoffkonzentration zu untersuchen.
Proben mit weitgehend unterschiedlichen O-Konzentrationen von mehr als 2 Massen-ppm bis höchstens 30 Massen-ppm wurden hergestellt. Da es schwierig ist, Proben herzustellen und eine stabile Herstellung nicht möglich ist, wenn die O-Konzentration höchstens 2 Massen-ppm beträgt, war die Gesamtbewertung Δ (nicht gut). Zudem hat sich gezeigt, dass die Halberweichungstemperatur und die Leitfähigkeit erfüllt sind, wenn die O-Konzentration auf 30 Massen-ppm erhöht wird.
Vergleichsmaterial 4
Wie bei dem Vergleichsmaterial 4 gezeigt, befanden sich viele Risse auf der Oberfläche des Stabdrahts bei einer O-Konzentration von 40 Massen-ppm, und der Stabdraht befand sich in einem Zustand, so dass er kein Handelsprodukt war.
Demzufolge wurde die O-Konzentration im Bereich von mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm eingestellt, und es war demzufolge möglich, alle Eigenschaften im Hinblick auf die Halberweichungstemperatur, die Leitfähigkeit von mindestens 102% IACS und die Größe der dispergierten Partikel zu erfüllen. Zudem war die Oberfläche des Stabdrahts fein und alle Proben erfüllten die Produktanforderungen.
Beispielmaterial 3
Bei Beispielmaterial 3 weist jede Probe eine O-Konzentration relativ nahe der Ti-Konzentration und der S-Konzentration auf, die von 4 bis 20 Massen-ppm variierte. Bei Beispielmaterial 3 war es nicht möglich, aufgrund des Ausgangsmaterials eine Probe mit einer S-Konzentration von weniger als 2 Massen-ppm zu erhalten. Es war jedoch möglich, sowohl die Halberweichungstemperatur als auch die Leitfähigkeit durch Steuerung der Konzentrationen von Ti und S zu erfüllen.
Vergleichsmaterial 5
Vergleichsmaterial 5, bei dem die S-Konzentration 18 Massen-ppm und die Ti-Konzentration 13 Massen-ppm beträgt, weist eine hohe Halberweichungstemperatur von 162°C auf und konnte die erforderlichen Eigenschaften nicht erfüllen. Zudem ist die Oberflächenqualität des Stabdrahts besonders schlecht, und es war demzufolge schwierig, dieses Material zu kommerzialisieren.
Wie oben beschrieben, hat sich gezeigt, dass, wenn die S-Konzentration 2 bis 12 Massen-ppm beträgt, alle Eigenschaften, welche die Halberweichungstemperatur, mindestens 102% IACS für die Leitfähigkeit, und die Größe der dispergierten Partikel, sind, erfüllt sind, die Oberfläche des Stabdrahts fein ist und alle Produktanforderungen erfüllt sind.
Vergleichsmaterial 6
Wird hochreines Kupfer (6N) als Vergleichsmaterial 6 verwendet, betrug die Halberweichungstemperatur 127 bis 130°C, die Leitfähigkeit betrug 102,8% IACS, und Partikel mit einer Größe der dispergierten Partikel von höchstens 500 μm wurden gar nicht beobachtet.
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse von Messungen, wo die Schmelztemperatur des Kupfers und die Warmwalztemperatur als Herstellungsbedingungen variiert wurden.
Vergleichsmaterial 7
Vergleichsmaterial 7 ist ein 8 mm-Durchmesser Stabdraht, der experimentell bei einer leicht erhöhten Kupferschmelztemperatur von 1330 bis 1350°C und einer Walztemperatur von 950 bis 600°C hergestellt wurde. Obwohl Vergleichsmaterial 7 die gewünschte Halberweichungstemperatur und die Leitfähigkeit erfüllt, weist es Partikel auf, die eine Größe der dispergierten Partikel von etwa 1000 nm aufweisen, und mehr als 10% der Partikel waren nicht kleiner als 500 nm. Daher wurde es als ungeeignet eingestuft.
Beispielmaterial 4
Beispielmaterial 4 ist ein 8 mm-Durchmesser Stabdraht, der experimentell bei einer Kupferschmelztemperatur von 1200 bis 1320°C und bei einer etwas niedrigen Walztemperatur von 880 bis 550°C hergestellt wurde. Beispielmaterial 4 war zufriedenstellend in Bezug auf die Oberflächenqualität des Drahts und die Größe der dispergierten Partikel, und die Gesamtbewertung war ”O”.
Vergleichsmaterial 8
Vergleichsmaterial 8 ist ein 8 mm-Durchmesser Stabdraht, der experimentell bei einer Kupferschmelztemperatur von 1100°C und bei einer etwas niedrigen Walztemperatur von 880 bis 550°C hergestellt wurde. Vergleichsmaterial 8 war als Handelsprodukt nicht geeignet, da sich aufgrund der niedrigen Kupferschmelztemperatur viele Oberflächenrisse auf dem Stabdraht befanden. Der Grund dafür ist, dass die Risse wahrscheinlich während des Walzens erzeugt werden, wenn die Kupferschmelztemperatur gering ist.
Vergleichsmaterial 9
Vergleichsmaterial 9 ist ein 8 mm-Durchmesser Stabdraht, der experimentell bei einer Kupferschmelztemperatur von 1300°C und bei einer etwa hohen Walztemperatur von 950 bis 600°C hergestellt wurde. Der Stabdraht von Vergleichsmaterial 9 weist eine zufriedenstellende Oberflächenqualität auf, da die Warmwalztemperatur hoch ist. Es liegen jedoch große dispergierte Partikel vor und die Gesamtbewertung ist ”X”.
Vergleichsmaterial 10
Vergleichsmaterial 10 ist ein 8 mm-Durchmesser Stabdraht, der experimentell bei einer Kupferschmelztemperatur von 1350°C und bei einer etwas niedrigen Walztemperatur von 880 bis 550°C hergestellt wurde. Im Vergleichsmaterial 10 liegen große dispergierte Partikel vor, da die Kupferschmelztemperatur hoch ist, und die Gesamtbewertung ist ”X”.
Erweichungseigenschaften des Drahtes aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung der Vickers-Härte (Hv) unter Verwendung von Proben von Vergleichsmaterial 11 und Beispielmaterial 5, die bei unterschiedlichen Anlasstemperaturen für 1 Stunden angelassen wurden. Es wurden Proben mit einem Durchmesser von 2,6 mm verwendet.
Vergleichsmaterial 11
Ein sauerstofffreier Kupferdraht wurde als Vergleichsmaterial 11 verwendet.
Beispielmaterial 5
Beispielmaterial 5 ist ein Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, der sauerstoffarmes Kupfer und 13 Massen-ppm Ti enthält und die gleiche Legierungszusammensetzung aufweist, wie diejenige von Beispielmaterial 1 von Tabelle 1.
Tabelle 3 zeigt, dass die Vickers-Härte (Hv) des Vergleichsmaterials 11 bei einer Anlasstemperatur von 400°C als auch einer Anlasstemperatur von 600°C einen äquivalenten Wert aufweist, wie derjenige von Beispielmaterial 5. Dies bedeutet, dass der erfindungsgemäße Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung ausreichende Erweichungseigenschaften aufweist und bei einer Anlasstemperatur mindestens 400°C, selbst im Vergleich zu einem sauerstofffreien Kupferdraht, besonders ausgezeichnete Erweichungseigenschaften aufweist. Tabelle 3

20°C 400°C 600°C

Beispielmaterial 5 120 52 48

Vergleichsmaterial 11 124 53 56

(Einheit: Hv)
Untersuchung der Dehngrenze und der Biegelebensdauer eines Drahts aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung
Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung einer Änderung in einem 0,2% Dehngrenzwert unter Verwendung von Proben des Vergleichsmaterials 12 und des Beispielmaterials 6 nach einem Anlassen bei unterschiedlichen Anlasstemperaturen für 1 Stunde. Es wurden Proben mit einem Durchmesser von 2,6 mm verwendet.
Vergleichsmaterial 12
Ein sauerstofffreier Kupferdraht wurde als Vergleichsmaterial 12 verwendet.
Beispielmaterial 6
Ein Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, der sauerstoffarmes Kupfer und 13 Massen-ppm Ti enthält, wurde als Beispielmaterial 6 verwendet.
Tabelle 4 zeigt, dass der 0,2% Dehngrenzwert von Vergleichsmaterial 12 und von Beispielmaterial 6 bei einer Anlasstemperatur von 400°C einen äquivalenten Wert aufweist, und bei einer Anlasstemperatur von 600°C nahezu gleich ist. Tabelle 4

20°C 250°C 400°C 600°C 700°C

Beispielmaterial 6 421 80 58 35 25

Vergleichsmaterial 12 412 73 53 32 24

(Einheit: MPa)
Der erfindungsgemäße Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung muss eine lange Biegelebensdauer aufweisen. 8 zeigt die Messergebnisse für die Biegelebensdauer von Vergleichsmaterial 13 und Beispielmaterial 7. Die verwendeten Proben sind ein 0,26 mm-Durchmesser Stabdraht, der bei einer Anlasstemperatur von 400°C für 1 Stunde angelassen wurde.
Vergleichsmaterial 13
Ein sauerstofffreier Kupferdraht wurde als Vergleichsmaterial 13 verwendet. Vergleichsmaterial 13 weist dieselbe Elementzusammensetzung auf wie Vergleichsmaterial 11.
Beispielmaterial 7
Ein Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, der aus sauerstoffarmem Kupfer mit dazugegebenem Ti erzeugt wurde, wurde als Vergleichsmaterial 7 verwendet. Vergleichsmaterial 7 weist auch dieselbe Elementzusammensetzung auf wie Vergleichsmaterial 5.
Dauerbiegeversuch
Ein Dauerbiegeversuch wurde durchgeführt, um die Biegelebensdauer zu bestimmen. Der Dauerbiegeversuch ist ein Versuch, bei dem eine Last auf eine Probe einwirkt, um durch zyklisches Biegen eine Zugspannung und eine Kompressionsspannung auf die Oberfläche derselben auszuüben. Das Verfahren zur Durchführung des Dauerbiegeversuchs ist in 7 gezeigt. Die Probe wird, wie in (A) gezeigt, zwischen Biegevorrichtungen (die in der Zeichnung als ”Ring” gezeigt sind) platziert und durch eine 90°-Drehung der Vorrichtung, wie in (B) gezeigt, gebogen, während die Last weiter einwirkt. Dieser Vorgang erzeugt eine Kompressionsspannung auf die Oberfläche des Stabdrahts, die in Kontakt mit den Biegevorrichtungen ist, und eine Zugspannung auf der gegenüberliegenden Oberfläche. Anschließend wird die Probe zurück in den Zustand (A) gebracht. Dann wird die Probe durch eine 90°-Drehung in eine zu der in (B). gezeigten Richtung entgegengesetzte Richtung gebogen. Dies erzeugt ebenfalls eine Kompressionsspannung auf der Oberfläche des Stabdrahts, die in Kontakt mit der Biegevorrichtung ist, und eine Zugspannung auf die gegenüberliegende Oberfläche, und die Probe nimmt den Zustand (C) an. Dann wird sie von (C) zurück in den anfänglichen Zustand (A) gebracht. Ein Dauerbiegezyklus, bestehend aus (A)-(B)-(A)-(C)-(A), dauert 4 Sekunden.
Hier kann die Oberflächenbiegespannung durch die folgende Formel erhalten werden. Oberflächenbiegespannung (%) = r/(R + r) × 100 (%)

R:: Biegeradius des Drahts,
r:: Radius des Drahts

Die Versuchsdaten von 8 zeigen, dass die Biegelebensdauer des erfindungsgemäßen Beispielmaterials 7 länger ist als die des Vergleichsmaterials 13.
Als nächstes sind die Ergebnisse der Messung der Biegelebensdauern von Vergleichsmaterial 14 und Beispielmaterial 8 in 9 gezeigt. Die hier verwendeten Proben sind ein 0,26 mm-Durchmesser Stabdraht, der bei einer Anlasstemperatur von 600°C für 1 Stunde angelassen wurde.
Vergleichsmaterial 14
Ein sauerstofffreier Kupferdraht wurde als Vergleichsmaterial 14 verwendet. Vergleichsmaterials 14 weist die gleiche Elementzusammensetzung wie Vergleichsmaterial 11 auf.
Beispielmaterial 8
Ein Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, der aus sauerstoffarmem Kupfer mit dazugegebenem Ti hergestellt wurde, wird als Beispielmaterial 8 verwendet. Beispielmaterial 8 weist auch die gleiche Elementzusammensetzung wie Beispielmaterial 5 auf.
Die Biegelebensdauer wurde unter denselben Bedingungen gemessen, wie das in 8 gezeigte Messverfahren. Auch in diesem Fall weist das erfindungsgemäße Beispielmaterial 8 die längere Biegelebensdauer auf als das Vergleichsmaterial 14. Es ist davon auszugehen, dass dies davon herrührt, dass die Beispielmaterialien 7 und 8 einen größeren 0,2% Dehngrenzwert als die Vergleichsmaterialien 13 und 14 unter den gleichen Anlassbedingungen zeigen.
Untersuchung der kristallinen Struktur eines Drahts aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung
10 ist ein Foto, das eine Querschnittsstruktur entlang der Breite einer Probe von Beispielmaterial 8 zeigt, und 11 ist ein Foto, das eine Querschnittsstruktur entlang der Breite von Vergleichsmaterial 14 zeigt. 11 zeigt eine kristalline Struktur von Vergleichsmaterial 14, und 10 zeigt eine kristalline Struktur von Vergleichsmaterial 8.
Mit Bezug auf die 10 und 11, wird davon ausgegangen, dass Kristallkörner, die ringsum eine gleichmäßige Größe aufweisen, einheitlich von der Oberfläche zu einem mittleren Bereich in der kristallinen Struktur von Vergleichsmaterial 14 angeordnet sind, und demgegenüber die Größe des Kristallkorns in der kristallinen Struktur von Beispielmaterial 8 insgesamt ungleich (uneinheitlich) ist. Es ist hier relevant, dass eine Kristallkorngröße in einer auf der Probe nahe einer Oberfläche derselben gebildeten dünnen Schicht in einer Querschnittsrichtung viel kleiner ist als die in einem inneren Bereich. Mit anderen Worten, wird eine rekristallisierte Struktur gebildet, die eine Korngrößenverteilung aufweist, bei der das Kristallkorn in einem inneren Bereich groß und in einer Oberflächenschicht klein ist.
Die Erfinder gehen davon aus, dass eine feine Kristallkornschicht als Oberflächenschicht auftritt, die in dem Vergleichsmaterial 14 nicht gebildet wird, und dazu beiträgt, die Biegeeigenschaften von Beispielmaterial 8 zu verbessern.
Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass einheitlich grob gemachte Kristallkörner durch Rekristallisation, wie in dem Vergleichsmaterial 14, erzeugt werden, wenn eine Anlassbehandlung bei einer Anlasstemperatur von 600°C für 1 Stunde durchgeführt wird. Eine feine Kristallkornschicht verbleibt jedoch als Oberflächenschicht gemäß der Erfindung, selbst nach einer Anlassbehandlung bei einer Anlasstemperatur von 600°C für 1 Stunde, wodurch ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial mit zufriedenstellenden Biegeeigenschaften erhalten wird, obgleich es ein weiches Kupfermaterial ist.
Ferner wurden die durchschnittlichen Kristallkorngrößen in den Oberflächenschichten der Proben des Beispielmaterial 8 und des Vergleichsmaterials 14 anhand der in den 10 und 11 gezeigten Querschnittsbildern der kristallinen Strukturen bestimmt. Zur Bestimmung der durchschnittlichen Kristallkorngröße in der Oberflächenschicht wurde hier eine Kristallkorngröße innerhalb einer Länge von 1 mm von einer Oberfläche eines Querschnitts der Breite nach von einem 0,26 mm-Durchmesser Stabdraht bis zu einer Tiefe von 50 μm bei Intervallen von 10 μm in einer Tiefenrichtung, wie in 12 gezeigt, bestimmt, und ein Durchschnittswert der aktuell gemessenen Werte wurde als durchschnittliche Kristallkorngröße in der Oberflächenschicht bestimmt.
Als Ergebnis der Messung ist die durchschnittliche Kristallkorngröße, 50 μm, in der Oberflächenschicht des Vergleichsmaterials 14 erheblich unterschiedlich von der durchschnittlichen Kristallkorngröße, 10 μm, des Beispielmaterials 8. Es wird davon ausgegangen, dass eine feine durchschnittliche Kristallkorngröße in der Oberflächenschicht eine Unterdrückung der Entwicklung von Rissen infolge des Dauerbiegeversuchs verursacht, wobei die Dauerbiegelebensdauer verlängert wurde. (Es ist zu beachten, dass Risse wahrscheinlich entlang einer Kristallkorngrenze entstehen, wenn die Kristallkorngröße groß ist. Die Ausbildung von Rissen kann jedoch unterdrückt werden, da die Entwicklungsrichtung der Risse leicht verändert wird, wenn die Kristallkorngröße klein ist.) Demzufolge ist davon auszugehen, dass dies den oben beschriebenen erheblichen Unterschied in den Biegeeigenschaften zwischen den Vergleichsmaterialien und den Beispielmaterialien verursacht.
Derweil wurden die durchschnittlichen Kristallkorngrößen in den Oberflächenschichten von Beispielmaterial 6 und Vergleichsmaterial 12, die beide einen Durchmesser von 2,6 mm aufweisen, durch Messen der Kristallkorngrößen innerhalb einer Länge von 10 mm von der Oberfläche eines Querschnitts der Breite nach eines 2,6 mm-Durchmesser Stabdrahts bis zu einer Tiefe von 50 μm in einer Tiefenrichtung erhalten.
Als Ergebnis der Messung betrug die durchschnittliche Kristallkorngröße in der Oberflächenschicht des Vergleichsmaterials 12 100 μm und die des Beispielmaterials 6 betrug 20 μm.
Um die Effekte der Erfindung zu erzielen, beträgt die Obergrenze für die durchschnittliche Kristallkorngröße in der Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 μm von der Oberfläche vorzugsweise höchstens 20 μm, und wenn man einen Grenzwert für die Herstellung in Erwägung zieht, sollte die Untergrenze mindestens 5 mm betragen.
Bestimmung der kristallinen Struktur von einem weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterial
13 ist ein Foto, das eine Querschnittsstruktur entlang der Breite einer Probe des Beispielmaterials 9 zeigt, und 14 ist ein Foto, das eine Querschnittsstruktur entlang der Breite des Vergleichsmaterials 15 zeigt. 13 zeigt eine kristalline Struktur von Beispielmaterial 9, und 14 zeigt eine kristalline Struktur von Vergleichsmaterial 15.
Beispielmaterial 9
Beispielmaterial 9 ist ein 0,26 mm-Durchmesser Stabdraht, der die größte Weichmaterialleitfähigkeit, die in der dritten Reihe von Beispielmaterial 1 in Tabelle 1 gezeigt ist, aufweist. Beispielmaterial 9 wird durch eine Anlassbehandlung bei einer Anlasstemperatur von 400°C für 1 Stunde hergestellt.
Vergleichsmaterial 15
Vergleichsmaterial 15 ist ein 0,26 mm-Durchmesser Stabdraht, der aus sauerstofffreiem Kupfer (OFC) hergestellt ist. Vergleichsmaterial 15 wird durch eine Anlassbehandlung bei einer Anlasstemperatur von 400°C für 1 Stunde hergestellt. Die Leitfähigkeiten von Beispielmaterial 9 und Vergleichsmaterial 15 sind in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5

Leitfähigkeit von weichem Material (% IACS)

Beispielmaterial 9 102,4

Vergleichsmaterial 15 101,8
Wie in den 13 und 14 gezeigt, wird davon ausgegangen, dass die Kristallkörner, die ringsum eine gleichmäßige Größe aufweisen, einheitlich von der Oberfläche zu einem mittleren Bereich in der kristallinen Struktur des Vergleichsmaterials 15 angeordnet sind. Im Gegensatz dazu weist die kristalline Struktur von Beispielmaterial 9 einen Unterschied in der Größe der Kristallkörner zwischen der Oberflächenschicht und dem inneren Bereich auf, wodurch eine rekristallisierte Struktur erzeugt wird, bei der eine Kristallkorngröße im inneren Bereich viel größer ist als die in der Oberflächenschicht.
In dem Beispielmaterial 9 ist S in dem Kupfer eines Leiters, der verarbeitet wurde, so dass er einen Durchmesser von beispielsweise 2,6 mm oder 0,26 mm aufweist, in Form von Ti-S oder Ti-O-S gefangen. Zudem liegt in dem Kupfer enthaltener Sauerstoff (O) in Form von Ti_xO_y, beispielsweise TiO₂, vor und ist in einem Kristallkorn oder an einer Kristallkorngrenze präzipitiert.
Daher tritt bei Beispielmaterial 9 vermutlich eine Rekristallisation auf, wenn das Kupfer angelassen wird, so dass die kristalline Struktur rekristallisiert wird, und demzufolge wachsen die Kristallkörner im inneren Bereich groß. Demzufolge wird, wenn ein elektrischer Strom durch das Beispielmaterial 9 geschickt wird, der Elektronenfluss weniger gestört als bei Vergleichsmaterial 15, weshalb der elektrische Widerstand abnimmt. Daher ist die Leitfähigkeit (% IACS) von Beispielmaterial 9 größer als von Vergleichsmaterial 15.
Infolgedessen ist ein Produkt aus Beispielmaterial 9 weich und kann eine verbesserte Leitfähigkeit und verbesserte Biegeeigenschaften aufweisen. Ein herkömmlicher Leiter benötigt eine Anlassbehandlung bei hohen Temperaturen, damit die kristalline Struktur rekristallisiert, um eine ähnliche Größe wie diejenige von Vergleichsmaterial 9 aufzuweisen. S wird jedoch wieder gelöst, wenn die Anlasstemperatur zu hoch ist. Zudem besteht das Problem, dass der herkömmliche Leiter infolge einer Rekristallisation erweicht und die Biegeeigenschaften abnehmen. Beispielmaterial 9 weist das Merkmal auf, dass die Biegeeigenschaften nicht abnehmen, da feine Kristalle in der Oberflächenschicht verbleiben, obwohl die Kristallkörner im inneren Bereich groß werden und das Material weich wird, da es ohne Zwillingskristallausbildung zum Zeitpunkt des Anlassens rekristallisiert werden kann.
Beziehung zwischen den Dehnungseigenschaften und der kristallinen Struktur eines Drahts aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung
15 ist ein Schaubild, welches eine Variation der Dehnung (%) unter Verwendung von Proben des Vergleichsmaterials 15 und des Beispielmaterials 9 nach einem Anlassen bei unterschiedlichen Anlasstemperaturen für 1 Stunde überprüft.
Vergleichsmaterial 15
Ein sauerstofffreier 0,26 mm-Durchmesser Kupferdraht wurde als Vergleichsmaterial 15 verwendet.
Beispielmaterial 9
Ein 0,26 mm-Durchmesser Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, der sauerstoffarmes Kupfer und 13 Massen-ppm Ti enthält, wurde als Beispielmaterial 9 verwendet.
In 15 bezeichnet ein Punkt das Beispielmaterial 9 und ein Quadrat das Vergleichsmaterial 15. 15 zeigt, dass das Beispielmaterial 9 bei einer Anlasstemperatur von mehr als 100°C in einem breiten Bereich um 130°C bis 900°C bessere Dehnungseigenschaften aufweist als Vergleichsmaterial 15.
16 ist ein Foto, welches einen Querschnitt eines Kupferdrahts von Beispielmaterial 9, welcher bei einer Temperatur von 500°C angelassen wurde, zeigt. Unter Bezug auf 16 wird eine feine kristalline Struktur auf dem gesamten Querschnitt des Kupferdrahts gebildet, und es scheint, dass die feine kristalline Struktur zu den Dehnungseigenschaften beiträgt. Andererseits ist eine sekundäre Rekristallisation in der Querschnittstruktur des Vergleichsmaterials 15 bei einer Anlasstemperatur von 500°C aufgetreten, und die Kristallkörner in der Querschnittsstruktur waren verglichen mit der kristallinen Struktur von 16 gröber geworden. Es wird davon ausgegangen, dass dies die Dehnungseigenschaften verringert.
17 ist ein Foto, welches einen Querschnitt eines Kupferdrahts von Beispielmaterial 9, der bei einer Temperatur von 700°C angelassen wurde, zeigt. Unter Bezug auf 17 hat sich gezeigt, dass die Kristallkorngröße in der Oberflächenschicht auf dem Querschnitt des Kupferdrahts extrem viel kleiner ist als die Kristallkorngröße im inneren Bereich. In Beispielmaterial 9 verbleibt eine feine Kristallkornschicht als äußere Schicht, obwohl eine sekundäre Rekristallisation in der kristallinen Struktur im inneren Bereich abgelaufen ist. Es wird davon ausgegangen, dass die Dehnungsmerkmale in Beispielmaterial 9 erhalten bleiben, da die feine Kristallschicht als Oberflächenschicht verbleibt, selbst wenn die kristalline Struktur im inneren Bereich größer wird.
Im Gegensatz dazu sind Kristallkörner, die ringsum eine im Wesentlichen gleiche Größe aufweisen, einheitlich von der Oberfläche zu dem mittleren Bereich in der Querschnittsstruktur von dem in 18 gezeigten Vergleichsmaterial 15 angeordnet, und eine sekundäre Rekristallisation ist in der gesamten Querschnittsstruktur abgelaufen. Es wird daher davon ausgegangen, dass die Dehnungseigenschaften von Vergleichsmaterial 15 in einem hohen Temperaturbereich von mindestens 600°C niedriger sind als diejenigen von Vergleichsmaterial 9.
Da das Beispielmaterial 9 bessere Dehnungseigenschaften aufweist als das Vergleichsmaterial 15, sind, wie oben beschrieben, die Gebrauchseigenschaften zum Zeitpunkt der Herstellung eines Litzendrahts unter Verwendung dieses Leiters ausgezeichnet, die Biegewiderstandseigenschaften sind exzellent und es ist vorteilhaft, da es einfach ist, ein Kabel aufgrund seiner Flexibilität zu verlegen.
Obwohl die Ausführungsformen und Modifikationen der Erfindung beschrieben wurden, ist die in den Ansprüchen definierte Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen beschränkt. Es ist ferner zu beachten, dass nicht alle Kombinationen der in den Ausführungsformen und Modifikationen beschriebenen Merkmale notwendig sind, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial bereitzustellen, das eine hohe Leitfähigkeit und eine lange Biegelebensdauer aufweist, obwohl es ein weiches Kupfermaterial ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-25353 [0001]
JP 2010-235269 [0001]
JP 2002-363668 A [0006, 0007, 0009, 0009, 0009, 0009]
JP 9-256084 A [0006, 0008, 0009]

Claims

Weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial, umfassend: Kupfer; wenigstens ein zusätzliches Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Mg, Zr, Nb, Ca, V, Ni, Mn und Cr; und einen Rest, bestehend aus unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei eine durchschnittliche Kristallkorngröße in einer Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 50 μm von einer Oberfläche höchstens 20 μm beträgt.
Weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial nach Anspruch 1, wobei eine kristalline Struktur des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials eine rekristallisierte Struktur mit einer Korngrößenverteilung, so dass ein Kristallkorn in der Oberflächenschicht kleiner ist als ein Kristallkorn in einem inneren Bereich, umfasst.
Weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial nach Anspruch 1, ferner umfassend: 2 bis 12 Massen-ppm Schwefel; mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm Sauerstoff; und 4 bis 55 Massen-ppm Ti.
Weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial nach Anspruch 3, wobei das Ti präzipitiert in einem Kristallkorn oder an einer Kristallkorngrenze des Kupfers in Form von TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S vorliegt.
Weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial nach Anspruch 3, wobei ein Teil des Schwefels und des Ti eine Verbindung oder ein Aggregat in Form von TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S bildet, und der Rest des Schwefels und des Ti in der Form einer festen Lösung vorliegt.
Weiches verdünntes Kupferlegierungsmaterial nach Anspruch 4, wobei das TiO mit einer Größe von höchstens 200 nm, das TiO₂ mit einer Größe von höchstens 1000 nm, das TiS mit einer Größe von höchstens 200 nm oder das Ti-O-S mit einer Größe von höchstens 300 nm in dem Kristallkorn verteilt ist, und wobei der Prozentanteil der Partikel von höchstens 500 nm mindestens 90% beträgt.
Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, umfassend: das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial nach Anspruch 1.
Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 7, wobei ein Stabdraht, umfassend das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial, zu dem Draht gezogen wird, so dass dieser eine Leitfähigkeit von mindestens 98% IACS aufweist.
Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 7, wobei eine Erweichungstemperatur desselben 130°C bis 148°C beträgt, wenn dieser einen Durchmesser von 2,6 mm hat.
Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 7, wobei eine plattierte Schicht auf der Oberfläche gebildet ist.
Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, umfassend: eine Vielzahl von Drähten aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 7, die verlitzt sind.
Kabel, umfassend: den Draht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 7, und eine Isolierschicht um den Draht.
Kabel, umfassend: den Litzendraht aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 11, und eine Isolierschicht um den Litzendraht.
Koaxialkabel, umfassend: einen zentralen Leiter, der aus einer Vielzahl von verlitzten Drähten aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 7 hergestellt ist; eine Isolierabdeckung, die auf der äußeren Begrenzungsfläche des zentralen Leiters gebildet ist; einen äußeren Leiter, umfassend Kupfer oder eine Kupferlegierung, der auf der äußeren Begrenzungsfläche der Isolierabdeckung angeordnet ist; und eine Hüllschicht auf der äußeren Begrenzungsfläche des äußeren Leiters.
Gemischtaderiges Kabel, umfassend: eine Vielzahl von Kabeln nach Anspruch 12, die in einer Schutzschicht angeordnet sind; und eine Kabelummantelung auf der äußeren Begrenzungsfläche der Schutzschicht.
Gemischtaderiges Kabel, umfassend: eine Vielzahl von Koaxialkabeln nach Anspruch 14, die in einer Schutzschicht angeordnet sind; und eine Kabelummantelung auf der äußeren Begrenzungsfläche der Schutzschicht.
Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, umfassend: das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial nach Anspruch 1.
Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung, umfassend: das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial nach Anspruch 1, das geformt und angelassen ist.
Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 18, wobei eine kristalline Struktur des weichen verdünnten Kupferlegierungsmaterials eine rekristallisierte Struktur mit einer Korngrößenverteilung, so dass ein Kristallkorn in der Oberflächenschicht kleiner ist als ein Kristallkorn in einem inneren Bereich, umfasst.
Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 19, wobei das weiche verdünnte Kupferlegierungsmaterial ferner 2 bis 12 Massen-ppm Schwefel, mehr als 2 und höchstens 30 Massen-ppm Sauerstoff und 4 bis 55 Massen-ppm Ti umfasst.
Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 20, wobei ein Teil des Schwefels und des Ti eine Verbindung oder ein Aggregat in Form von TiO, TiO₂, TiS oder Ti-O-S bildet, und der Rest des Schwefels und des Ti in Form einer festen Lösung vorliegt.
Folie aus einer weichen verdünnten Kupferlegierung nach Anspruch 21, wobei das TiO mit einer Größe von höchstens 200 nm, das TiO₂ mit einer Größe von höchstens 1000 nm, das TiS mit einer Größe von höchstens 200 nm oder das Ti-O-S mit einer Größe von höchstens 300 nm in dem Kristallkorn verteilt ist, und wobei der Prozentanteil der Partikel von höchstens 500 nm mindestens 90% beträgt.