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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Draht für eine elektrische Leitung, der eine hohe Festigkeit und eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat, und der einen Durchmesser des Drahtes und das Gewicht desselben reduzieren kann. Der Draht der vorliegenden Erfindung als ein Draht als extra fein zur Verwendung in einem Kabelbaum.
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Hintergrund der Erfindung
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In Bezug auf einen Kupferlegeirungs-Draht ist es gefordert, die Materialfestigkeit des Drahtmaterials zu erhöhen, um so die Verwendung des Drahtmaterials, den Durchmesser einer elektrischen Leitung und dessen Gewicht zu verringern.
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Als Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit von Drahtmaterial gibt es hauptsächlich fünf Verfahren, im besonderen, Kaltverfestigung (Streckverfestigung), Kornverfeinerungsverfestigung, Mischkristallverfestigung, Ausscheidungsverfestigung und Dispersionsverfestigung.
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In diesen Verfahren ist, wenn der Draht in einem Gebiet eingesetzt wird, das hohe Leitungsfähigkeit fordert, es in Betracht gezogen, dass das Verfahren der Mischkristallverfestigung nicht generell angewendet werden kann, aufgrund elektrischer Widerstandszunahme. Weiterhin gemäß der Kaltverfestigung und der Kornverfeinerungsverfestigung ist die Festigkeit verbessert, in dem eine hohe Belastung auf das Material aufgebracht wird. Aus diesem Grund ist die Wärmewiderstandsfähigkeit gering und die Festigkeit in einer heißen Umgebung ist stark verringert. Als ein Ergebnis kann im Gebiet elektrischer Leiter reichende Festigkeit nicht gegeben werden zur Durchführung eines Draht-Ziehvorgangs. Zusätzlich in dem Fall von Ausscheidungsverfestigung offenbart in dem Patentdokument 1 oder Patentdokument 2 ist das ausgeschiedene Element durch Wärmebehandlung in dem Gefüge verteilt. Daher kann eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeits-Charakteristik erhalten werden, aber ausreichend hohe Festigkeit kann nicht vorgesehen werden, durch die Durchführung der Wärmebehandlung. Ebenso in dem Fall von Dispersionsverfestigung ist grundsätzlich nicht-metallisches dispergiertes Materialien, wie Aluminiumoxid (Al2O3) in der Mutterphase bestehend aus Metall verteilt. Jedoch in dem Fall von extra feinem Draht ist das dispergierte Material ein relativ großes Fremdmaterial und es besteht ein hohes Risiko zur Erzeugung der Zerstörung, als ein Startpunkt von einem Übergang zwischen dem Basismaterial und dem dispergierten Material.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: Patentdokument 1: Japanische offengelegte Anmeldung Nr. 2009-185320
- PTL 2: Patentdokument 2: Japanische offengelegte Anmeldung Nr. 2001-295011
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Draht für einen elektrischen Leiter zu schaffen, der hohe Festigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. In dem Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung können oben beschriebene übliche Probleme verbessert werden. Daher kann der Draht der vorliegenden Erfindung den Durchmesser des elektrischen Leiters und dessen Gewicht reduzieren, und für eine extra feine Leitung angewendet werden.
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Lösung des Problems
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Um die oben genannte Aufgabe zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung einen Draht für einen elektrischen Leiter, beinhaltend Kupferlegierung, in der eine Mehrzahl von Zwei-Phasen in einer Mutterphase, bestehend aus Kupfer dispergiert sind, die Zwei-Phasen sind aus Metallkristall. Der Metallkristall ist in einer Nadelform gebildet, und in einer Längsrichtung des Drahtes für den elektrischen Leiter orientiert.
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Weiterhin, in dem Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung, sind die Zwei-Phasen, die in der Mutterphase dispergiert sind, wenn die Kupferlegierung gegossen ist, oder wenn die Kupferlegierung erwärmt wird, o dass der bearbeitete Leiter in die Nadelform durch Drahtziehen der Kupferlegierung geformt ist.
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Weiterhin ist in dem Draht für elektrische Leiter der vorliegenden Erfindung der Draht für den elektrischen Leiter in der Weise erhalten, dass, Kupfer, zu dem ein Element, das einen eutektischen Kristall bildet, mit einen Schmelzpunkt höher als ein Schmelzpunkt von Kupfer zusammen mit Kupfer und/oder einem Element, das einen Schmelzpunkt, höher als der Schmelzpunkt des Kupfers hat zugeführt ist, gegossen wird und dann durch Drahtziehen bearbeitet wird.
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Weiterhin ist der Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung der elektrische Leiter durch Drahtziehen geformt, und der Abstand zwischen den nadelförmigen Zwei-Phasen aus Metallkristall in der Mutterphase ist gleich oder geringer als 0,25 μm.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß dem Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung ist die Festigkeit hoch, und die elektrische Leitfähigkeit ist hoch. Daher kann der Draht für den elektrischen Leiter, in dem der Durchmesser und das Gewicht reduziert werden kann und als extra feiner Leiter verwendet werden kann, geschaffen werden.
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Weiterhin, gemäß dem Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung sind die Zwei-Phasen in der Nadelform gebildet. Daher hat der Draht der vorliegenden Erfindung eine weiter erhöhte Festigkeit.
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Zusätzlich, gemäß dem Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung kann hohe elektrische Leitfähigkeit von 70% IACS (International Annealed Copper Standard) erreicht werden.
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Weiterhin, da der Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung eine Zugfestigkeit von 900 MPa hat. Daher kann hohe Festigkeit erreicht werden.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Zustandsdiagramm einer binären Legierung von Kupfer und Chromium.
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2A ist ein Modelldiagramm, das eine Zwei-Phasen-Verteilung in der Legierung zeigt, in der eine Mehrzahl von Zwei-Phasen aus Metallkristall sind, und in der Mutterphase, bestehend aus Kupfer, verteilt sind vor dem Drahtziehen.
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2B ist ein Modelldiagramm, das einen Zustand zeigt, orientiert in einer Längsrichtung (der Doppelkopfpfeilrichtung, gezeigt in 2B) des Drahtes für die elektrische Leitung, der eine Legierung beinhaltet, in der eine Mehrzahl von Zwei-Phasen aus Metallkristall gebildet ist, verteilt in der Mutterphase bestehend aus Kupfer, der Metallkristall ist in einer Nadelform nach dem Drahtziehen.
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3A zeigt eine Raster-Elektronen-Mikroskop-Darstellung des Drahtes für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung im Querschnitt der Längsrichtung, und ist eine Raster-Elektronen-Mikroskop-Darstellung des Drahtes für den elektrischen Leiter aus einer Legierung, in der eine Mehrzahl von Zwei-Phasen, bestehend aus nadelförmigen Chromium-Kupfer-Legierungskristallen, verteilt sind.
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3B zeigt eine Raster-Elektronen-Mikroskop-Darstellung des Drahts für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung im Querschnitt der Längsrichtung, und ist eine Raster-Elektronen-Mikroskop-Darstellung des Drahts für den elektrischen Leiter aus einer Legierung, in der eine Mehrzahl von Zwei-Phasen, bestehend aus einem nadelförmigen Niobium-Kupfer-Legierungskristall verteilt sind.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Der Draht für einen elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung kann als Draht für einen gewöhnlichen elektrischen Leiter verwendet werden. Im Besonderen kann ein extra feiner Draht, wie ein Draht mit einer Querschnittsfläche gleich oder geringer als 0,05 mm2 (0,05 Quadrat) (der Durchmesser der Elementleitung ist 0,25 mm) bevorzugt verwendet werden. In einem derartigen Draht, wenn elektrische Leiter verwendet werden, ist minimale Bruchfestigkeit gefordert. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass die Zugfestigkeit gleich oder hoher als 900 MPa ist, und die Leitfähigkeit gleich oder höher als 70% IACS ist. In genereller Art und Weise, da der Durchmesser der elektrischen Leitung dünn ist, ist ausreichende Festigkeit nicht erhalten. In dem Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung kann ausreichende Festigkeit erhalten werden, da der Draht für den elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung aus einer Legierung zusammengesetzt ist, in der Zwei-Phasen aus Metallkristall in der Mutterphase bestehend aus Kupfer dispergiert sind. Der Metallkristall ist nadelförmig und in eine Längsrichtung des Drahtes für den elektrischen Leiter orientiert. Daher kann der Draht für den elektrischen Leiter seinen Anforderungen genügen.
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Die Mutterphase, gebildet werden durch Verwendung von gewöhnlichem reinem Kupfer z. B. C1020 mit einem Reinheitsgrad von 99,95 Gew.-%.
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Die Zwei-Phasen sind dispergiert, wenn eine Kupferlegierung gegossen ist, oder wenn die Kupferlegierung erwärmt wird, um den Draht zu bearbeiten. Zu diesem Zeitpunkt sind die Zwei-Phasen in der Nadelform durch Drahtziehen der Kupferlegierung gebildet.
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Derartige Zwei-Phasen können durch Zusetzen eines Elements erhalten werden, das eutektische Kristalle bildet mit einem höheren Schmelzpunkt, als ein Schmelzpunkt von Kupfer zusammen mit dem Kupfer und/oder Metallkristall mit einem höheren Schmelzpunkt als Kupfer, zu Kupfer, und durch Gießen.
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Das Element, das eutektische Kristalle bildet, das den Schmelzpunkt höher hat, als den Schmelzpunkt von Kupfer mit dem Kupfer beinhaltend Chromium, Vanadium oder Niobium und dergleichen. In bevorzugter Weise kann das Element Chromium, oder Niobium sein, da die eutektischen Kristalle, die einen vorhersehbaren Schmelzpunktbereich haben, für die praktische Anwendung gebildet werden.
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Weiterhin, Metall-Elementarkristalle mit einer kubisch-raumzentrierten Gitterstruktur haben einen höheren Schmelzpunkt als das Kupfer, beinhaltend Niobium, Chromium, Yttrium, Tantalum, Wolfram, Eisen usw.. Ebenso in Metallkristall, außer Metall-Elementarkristall, die eine kubisch-raumzentrierte Gitterstruktur haben, d. h. die Metall-Elementarkristalle mit einer kubisch-flächenzentrierten Gitterstruktur, oder eine hexagonaldichtest-gepackte Gitterstruktur haben, haben eine Mischkristall-Grenze höher gegenüber Kupfer, oder Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit kann nicht ausreichend erhalten werden, so dass Kupfer und intermetallischer Verbund gebildet ist.
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Als das Element, das die Metall-Elementarkristalle bildet, ist es bevorzugt, dass der Schmelzpunkt höher ist, als möglich ist, als der Schmelzpunkt von Kupfer, und eine Menge der Mischkristalle ist gering. Zusätzlich kann die Menge der Mischkristalle, bei hohen Temperaturen groß sein und kann bei niederen Temperaturen gering sein.
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In dem Fall, in dem Chromium die Kristalle bildet, mit einer kubisch-raumzentrierten Gitterstruktur, wie ein Zustandsdiagramm von Kupfer und binären Legierung, gezeigt in 1, ist ein Schmelzpunkt von Chromium über 1863°C. Das heißt der Schmelzpunkt von Chromium ist mehr als 800°C höher als 1083°C, was der Schmelzpunkt von Kupfer ist. Weiterhin ist die Menge von Mischkristall zu Kupfer weniger als 1 Atom-% und Chromium und Kupfer können im wesentlichen nicht bei 800°C in feste Lösung kommen. Zusätzlich Mischkristallmenge von Kupfer ist sehr gering gegenüber Chromium. Aus diesem Grund, wenn Chromium Kupfer zugesetzt und aufgeschmolzen wird, ist eine Struktur in der Chromium-Kupfer-Legierung mit einer Zusammensetzung, vergleichbar zu reinem Chromium als Zwei-Phasen dispergiert, in der Mutterphase gebildet, vergleichbar zu reinem Kupfer nach dem Abkühlen, wie in 2A gezeigt.
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Bezug nehmend zu einer Menge der Dispersion von Zwei-Phasen ist es bevorzugt, diese in einem Bereich von 1 Atom-% oder mehr bis zu 10 Atom-% oder weniger zu setzen, um die elektrische Leitfähigkeit auf einen geeigneten Bereich zu erhöhen, während hohe Festigkeit aufrechterhalten wird.
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Ebenso ist es für das Gießen gefordert, dies oberhalb einer Temperatur durchzuführen, in der eutektische Kristalle erzeugt werden, wenn ein Element, das eutektische Kristalle bildet, einem Schmelzpunkt höher als den Schmelzpunkt von Kupfer mit Kupfer, zugesetzt ist.
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Abkühlen nach dem Gießen kann mit relativ hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, z. B. 30°C pro Sekunde oder mehr, da die Struktur dispergierend als Zwei-Phasen ausreichend gebildet ist.
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Nach dem Abkühlen wird der Drahtziehprozess durchgeführt. Dies kann in allgemeiner Weise unter Verwendung einer Matrize durchgeführt werden. Durch das Drahtziehen streckt sich die Zwei-Phas in der Mutterphase in eine Nadelform und ist orientiert, wie in 2B gezeigt.
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Chromium von 5 Atom-% ist gegenüber Kupfer zugesetzt, und diese sind bei 1600°C geschmolzen. Danach wird die Legierung auf Raumtemperatur mit 30°C pro Sekunde abgekühlt. Ein Drahtziehen ist auf die Legierung angewendet mit einer Verringerung der Fläche (Querschnittsflächen-Verringerungsverhältnis des Leiters vor dem Drahtziehen zu dem Leiter nach dem Drahtziehen) von 99,75%. Als ein Ergebnis kann der Abstand zwischen den nadelförmigen Zwei-Phasen aus Metallkristall in der Mutterphase gleich oder geringer als 0,25 μm gemacht werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der Draht eine Zugfestigkeit von 900 MPa und eine elektrische Leitfähigkeit EC von 70% IACS haben.
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Beispiel
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Ein Beispiel des Drahtes für einen elektrischen Leiter der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert.
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C1020 ist verwendet als Basismaterial von purem Kupfer.
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Niobium als Metallelement und Chromium mit einer kubisch-raumzentrierten Gitterstruktur sind jeweils zu dem C1020 zugesetzt, bis dies 1,8 Atom-% werden. Danach sind diese jeweils aufgewärmt auf eine Temperatur von 1600°C und gegossen. Nachfolgend sind diese jeweils auf Raumtemperatur mit 30°C/Sek. abgekühlt. Als ein Ergebnis, ist jeder Legierungs-Barren, in dem der Durchmesser 2 cm und die Länge 7 cm ist, erhalten.
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Danach wird jeder Legierungs-Barren unter Verwendung einer Matrize gezogen, so dass die Rate der Verringerung der Flächen 99,91% wird. In jedem Draht, der erhalten ist, ist der Durchmesser im Querschnitt 0,14 mm.
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Gemäß einer Überwachung jeder Struktur mit einem Raster-Elektronen-Mikroskop (SEM) ist ein nadelförmiger Kristall (Zwei-Phasen) in der Mutterphase gebildet. Der Quotient (Durchschnitt) der Länge und Durchmesser der Kristalle sind 100 bis 150. Der Abstand zwischen den nadelförmigen Zwei-Phasen ist 0,25 μm.
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3A zeigt eine Querschnitts-Raster-Elektronen-Mikroskop-Darstellung in Längsrichtung des Drahts für den elektrischen Leiter, gebildet aus einer Legierung, in der eine Mehrzahl von Zwei-Phasen dispergiert ist, die Zwei-Phasen sind aus nadelförmigem Chromium-Kupfer-Legierungskristallen gebildet. Ebenso zeigt 3B eine Querschnitts-Raster-Elektronen-Mikroskop-Darstellung in Längsrichtung des Drahts für den elektrischen Leiter, gebildet aus einer Legierung, in der eine Mehrzahl von Zwei-Phasen zwei-phasen-dispergiert ist. Die Zwei-Phasen sind aus dem nadelförmigen Niobium-Kupfer-Legierungskristall gebildet.
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Bezug nehmend auf diese Drähte, d. h. Kupfer-Niobium-Legierungsdrähte und Kupfer-Chromium-Legierungsdrähte, und C1020, Zugfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit sind jeweils gemessen in Bezug auf JIS (Japanische Industriestandards) Z2001 und JIS 22241.
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Weiterhin, in derselben Weise, wie der Kupfer-Chromium-Legierungsdraht, sind Legierungsdrähte durch die Verwendung von Nickel und Zinn anstelle von Kupfer erhalten worden, so dass Legierungsdrähte, beinhaltend Nickel werden 5 Atom-%, und Legierungsdrähte beinhaltend Zinn werden 0,5 Atom-%. Diese Drähte sind in der gleichen oben genannten Weise gemessen. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
| BEISPIEL | ZUGFESTIGKEIT (MPa) | ELEKTRISCHE LEITFÄHIGKEIT (% IACS) |
| C1020 | 480 | 99 |
| KUPFER-CHROMIUM-LEGIERUNGSDRAHT | 900 | 70 |
| KUPFER-NIOBIUM-LEGIERUNGSDRAHT | 900 | 75 |
| KUPFER-NICKEL-LEGIERUNGSDRAHT | 680 | 3 |
| KUPFER-ZINN-LEGIERUNGSDRAHT | 850 | 30 |
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Es kann aus der Tabelle 1 entnommen werden, dass der Draht der vorliegenden Erfindung eine hohe Zugfestigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit hat und daher der Draht ein hervorragender Draht ist.
