-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen ultrafeinen Leiter, der eine erhöhte Festigkeit hat, ein Verfahren zum Vorbereiten dieses ultrafeinen Leiters und ein Material für diesen ultrafeinen Leiter.
-
Ultrafeine Leiter, die eine Dicke von kleiner oder gleich 0,2 mm haben, werden im allgemeinen bei elektronischen Geräten, IC-Prüfgeräten, medizinischen Geräten und Fahrzeugkabelbäumen verwendet, bei denen eine Minimierung besonders notwendig ist. Auf den zuvor erwähnten Gebieten muss der ultrafeine Leiter jedoch Anforderungen hinsichtlich Leitfähigkeit, Festigkeit und Dehnung erfüllen.
-
In Bezug auf die obigen Techniken offenbart
JP 2001-295011 (A) einen ultrafeinen Leiter, der eine Zugfestigkeit von 450 MPa, eine Dehnbarkeit größer oder gleich 4% und eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 50% IACS hat und vorbereitet wird, indem Silber, Niobium, Eisen oder Chrom zu einem Matrixmaterial Kupfer hinzugefügt werden und einem Gussvorgang, einem Drahtziehvorgang und einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
-
In Übereinstimmung mit den obigen herkömmlichen Techniken kann sich jedoch die Festigkeit, die man über das Drahtziehen erhält, durch die anschließende Wärmebehandlung verringern, wenn die Wärmebehandlung zum Zweck der Verbesserung oder Verstärkung der Dehnungseigenschaften ausgeführt wird.
-
In diesem Zusammenhang ist die Wirkung der Wärmebehandlung nach dem Drahtziehen auf die Zugfestigkeit in 3A und 3B gezeigt. 3A ist ein Graph, der die Wirkung der Temperatur der Wärmebehandlung auf die Zugfestigkeit und die Dehnungseigenschaften darstellt. 3B ist ein Graph, der die Temperatur der Wärmebehandlung gegenüber den Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit zeigt.
-
Wie in 3A und 3B gezeigt, versteht es sich, dass die Eigenschaften der Dehnung und der elektrischen Leitfähigkeit verbessert werden, sich jedoch die Zugfestigkeitseigenschaften verringern, wenn die Temperatur der Wärmebehandlung erhöht wird.
-
Zudem sind die oben beschriebenen herkömmlichen Techniken zeitaufwendige Arbeit, da jedes der Elemente in einer relativ hohen Konzentration (beispielsweise in einer Menge von 10 bis 15 Gew.-%, um eine ausreichende Festigkeit zu erzielen) hinzugefügt werden sollte.
-
Literatur
-
Patentliteratur
-
-
Übersicht über die Erfindung
-
Technisches Problem
-
Die Erfindung wird angegeben, um die obigen Probleme oder Nachteile zu überwinden. Mit anderen Worten dient die Erfindung dazu, ein Verfahren für die Herstellung eines ultrafeinen Leiters, der eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und verbesserte Festigkeits- sowie Dehnungseigenschaften hat, und bei dem die Herstellungskosten verringert werden, diesen ultrafeinen Leiter wie auch ein Material anzugeben, das sich für diesen ultrafeinen Leiter eignet.
-
Lösung des Problems
-
Um die obigen Nachteile und Probleme zu lösen, wird ein Material für einen ultrafeinen Leiter angegeben, das eine Matrix umfasst, die aus Kupfer, Chrompartikeln, die in der Matrix enthalten sind, und Zinn besteht, das in der Matrix enthalten ist. Das Zinn ist als Mischkristall in der Matrix enthalten.
-
Das Chrom ist vorzugsweise in einer Menge von 3 at-% bis 5 at-% enthalten. Eine Menge des Chroms und eine Menge des Zinns werden bestimmt, um die folgenden Formel 1 unter der Voraussetzung zu erfüllen, dass die Menge des Chroms X at-% und die Menge des Zinns Y at-% ist. In diesem Zusammenhang wird eine Menge des Kupfers durch Subtrahieren der Summe aus X at-% und Y at-% von 100 at-% bestimmt. Mit anderen Worten wird Kupfer als eine Ausgleichsmenge (eine Restmenge) hinzugefügt.
-
[Math. 1]
-
-
0.15 ≦ Y ≦ 06–0.15(X-3) (I)
-
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein ultrafeiner Leiter angegeben, der aus einem Material besteht, wie es zuvor erwähnt wurde, und der einen Anteil kurzer Chromfasern und eine Matrix enthält, die über eine lokale Änderung verfügt, die über die gesamte Matrix erzeugt ist.
-
Bei dem ultrafeinen Leiter beträgt das Seitenverhältnis der kurzen Chromfasern des Anteils vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,8.
-
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorbereiten eines ultrafeinen Leiters angegeben, das den Schritt des Dehnens von Material umfasst, wie es zuvor erwähnt wurde, bis eine lokale Änderung über die gesamte Matrix erzeugt ist.
-
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein ultrafeiner Leitungsdraht angegeben, der einen Leiterabschnitt umfasst, den man durch Verdrillen eines ultrafeinen Leiters, wie er zuvor erwähnt wurde, und eine Isolierummantelung erhält, die über dem Leiter angeordnet ist.
-
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
-
Gemäß der Erfindung gestattet das Material für einen ultrafeinen Leiter die Herstellung des ultrafeinen Leiters, der die vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung bei relativ geringen Kosten hat.
-
Gemäß der Erfindung kann der ultrafeine Leiter bei relativ geringen Kosten hergestellt werden, während die vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung erhalten bleiben.
-
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorbereiten eine ultrafeinen Leiters angegeben, der Eigenschaften hinsichtlich ausreichender elektrischer Leitfähigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung bei relativ geringen Kosten hat.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der ultrafeine Leiter vorteilhaft bei einem Leitungsdraht verwendet werden, der sich für einen Fahrzeugkabelbaum eignet.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1A ist eine Abbildung einer Elektronenrückstreubeugung (EBSD) für einen Querschnitt entlang einer Dehnungsrichtung des ultrafeinen Leiters gemäß der Erfindung.
-
1B dient der Veranschaulichung von 1A.
-
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen äquivalenter Verzerrung (oder äquivalenter Spannung) und Dehnung zeigt, wenn ein ultrafeines Leitermaterial aus Beispiel 2 gezogen wird.
-
3A ist ein Graph, der die Auswirkung der Heiztemperatur, die auf ein herkömmliches ultrafeines Leitermaterial angewendet wird, auf die Eigenschaften von Zugfestigkeit und Dehnung darstellt.
-
3B ist ein Graph, der die Auswirkung der Heiztemperatur, die auf ein herkömmliches ultrafeines Leitermaterial angewendet wird, auf die Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit darstellt.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Material, das sich für einen ultrafeinen Leiter gemäß der Erfindung eignet, umfasst eine Matrix, die aus Kupfer besteht, und Chrompartikel, die in der Matrix enthalten sind. In der Matrix ist Zinn in Gestalt eines Mischkristalls vorhanden. Insbesondere bildet Zinn einen Mischkristall in Kupfer, bildet jedoch keinen Mischkristall in Chrom.
-
Ein derartiges ultrafeines Leitermaterial kann vorbereitet werden, indem Chrom, Kupfer und Zinn gemischt werden und anschließend die Mischung, wie erhalten, umhüllt wird.
-
Im allgemeinen verursacht das Drahtziehen eine Ansammlung von Verzerrung oder Spannung, wodurch sich die Festigkeit des Materials erhöht. Andererseits gestattet die angesammelte Verzerrung oder Spannung lediglich eine Verformung bis zu einem bestimmten Umfang. Infolgedessen wird die Dehnung eingeschränkt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Matrix durch Hinzufügen von Zinn, das ein Element ist, das einen Mischkristall mit der Matrix ausbilden kann, zu der Matrix verstärkt werden. In dieser Hinsicht bezeichnet die Matrix einen anderen Anteil als die Chrompartikel, der einen kurzfasrigen Anteil bildet, wenn er einem Dehnen oder Ziehen ausgesetzt wird.
-
In einem Fall, in dem die in dieser Weise verstärkte Matrix einem Ziehen oder Dehnen unterzogen wird, wird, wenn eine Flächenverringerungsrate über einen bestimmten Pegel zunimmt, eine lokale Änderung auf Mikroebene (d. h. ”Mikroebenen-Lokaländerung”) in der Matrix erzeugt, was schließlich zu einer lokalen Änderung auf Mikroebene (d. h. Mikroebenen-Lokaländerung) über die gesamte Textur der Matrix führt.
-
Wenn eine Zugspannung auf den Leiter wirkt, in dem die Matrix einer derartigen Änderung auf Mikroebene unterzogen wurde, kann der Leiter eine zusätzliche Dehnung in Übereinstimmung mit der Lokalen Änderung erfahren.
-
Gemäß der Erfindung bezeichnet ein Begriff ”Mikroebenen-Lokaländerung”, wie er hier verwendet wird, eine Verformung in Begleitung mit lokaler Drehung des Kristalls der Matrix in einer Dehnungsrichtung, wenn die Matrix oder das Material einer Zug- oder Dehnungsbehandlung ausgesetzt wird. Gemäß einer Abbildung der Elektronenrückstreubeugung (EBSD) kann die lokale Änderung als graue Farbe mit einem Farbgradienten von leichtem Grau zu dunklem Grau dargestellt werden. Andererseits wird der kurzfasrige Anteil, der aus Chrom besteht, als schwarze Farbe dargestellt.
-
1A ist eine Abbildung einer Elektronenrückstreubeugung (EBSD) für einen Querschnitt des ultrafeinen Leiters, parallel zu der Dehnungsrichtung. In dieser Hinsicht erhält man den ultrafeinen Leiter durch Dehnen oder Ziehen des ultrafeinen Leitermaterials aus Beispiel 3, was im folgenden beschrieben wird, so dass die Flächenverringerungsrate 99,9% erreicht.
-
Die Mikroebenen-Lokaländerung ist deutlich in dem Teil von 1 zu erkennen, der dem elliptischen Abschnitt entspricht, der mit einer Strichlinie in 1B umrandet ist. Weiterhin ist der kurzfasrige Anteil, der aus Chrom besteht, deutlich in dem Teil von 1 zu erkennen, der dem elliptischen Anteil entspricht, der mit einer Volllinie in 1B umrandet ist.
-
Infolge dieser lokalen Änderung in der Matrix, kann der ultrafeine Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung einen ausreichenden Grad oder Umfang an Dehnung erreichen.
-
Wenn Zinn durch Phosphor ersetzt wird, das als Element bekannt ist, das die Kupfermatrix verstärken kann und die Festigkeit oder Stärke während der Verarbeitung verbessert, wird überraschenderweise die zuvor erwähnte Mikroebenen-Lokaländerung niemals erzeugt. Infolgedessen kann der Leiter keine ausreichende Dehnung erreichen. Der Grund hierfür ist, dass Phosphor, das dem Kupfer-Chrom-System zugefügt wird, keinen Mischkristall in der Matrix (d. h. Kupfer) bildet, jedoch einen Mischkristall in Chrom bildet.
-
Somit ist gemäß der vorliegenden Erfindung Zinn erforderlich, das in der kupferbasierten Matrix gelöst werden kann, jedoch nicht in Chrom gelöst werden kann.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es zu bevorzugen, Chrom mit einem Gehalt (Umfang) von 3 at-% bis 5 at-% zu verwenden und die folgenden Formel (1) unter der Voraussetzung zu erfüllen, dass der Gehalt von Chrom X at-% und der Gehalt von Zinn Y at-% ist. Die Ausgleichsmenge (eine Restmenge) ist Kupfer. Die obige Zusammensetzung ist hinsichtlich vorteilhafter Eigenschaften elektrischer Leitfähigkeit, Zugfestigkeit und Dehnung gewünscht. In diesem Zusammenhang können vorteilhafte elektrische Leitfähigkeiten größer oder gleich 45% IACS sein, was einem elektrischen Widerstandswert entspricht, der für den ultrafeinen Leiter, der die Dicke von 0,2 mm oder weniger hat, auf dem Gebiet von Fahrzeugkabelbäumen erforderlich ist; die vorteilhafte Zugfestigkeit kann größer oder gleich 900 MPa sein, was einem Festigkeitswert entspricht, der für den ultrafeinen Leiter, der die Dicke von 0,2 mm oder weniger hat, auf dem Gebiet von Fahrzeugkabelbäumen erforderlich ist; und vorteilhafte Dehnungseigenschaften können größer oder gleich 4% sein, was einem Dehnungswert entspricht, der für den ultrafeinen Leiter, der eine Dicke von 0,2 mm oder weniger hat, auf dem Gebiet von Fahrzeugkabelbäumen erforderlich ist.
-
[Math. 2]
-
-
0.15 ≦ Y ≦ 06–0.15(X-3) (I)
-
Wenn der Gehalt von Chrom weniger als 3 at-% beträgt, wäre die matrixverstärkende Wirkung, die durch den kurzfasrigen Anteil, der aus Chrom besteht, nach dem Zieh- oder Dehnvorgang erreicht wird, nicht ausreichend. Ist im Gegensatz dazu der Gehalt von Chrom größer als 5 at-%, ist es infolge eines Brechens während des Drahtziehvorgangs schwierig, schließlich einen ultrafeinen Leiter zu erhalten. Wenn darüber hinaus der Gehalt von Zinn geringer ist als der oben beschriebene Umfang, wäre die matrixverstärkende Wirkung, die durch Zinn infolge der Bildung des Mischkristalls erreicht wird, nicht ausreichend, wodurch eine Erzeugung eines ausreichenden Umfangs einer Mikroebenen-Lokaländerung fehlschlägt. Infolgedessen kann der Leiter nach der Dehnungsbearbeitung keinen ausreichenden Grad oder Umfang von Dehnung erreichen. Wenn im Gegensatz dazu der Gehalt von Zinn größer ist als der oben erwähnte Umfang, kann der vorteilhafte Grad elektrischer Leitfähigkeit nicht erzielt werden.
-
Gemäß der Erfindung kann das Seitenverhältnis mit Hilfe einer Abbildung der Elektronenrückstreubeugung (EBSD) für einen Querschnitt einer Probe des ultrafeinen Leiters entlang seiner Längsrichtung bestimmt werden. Das Seitenverhältnis des kurzfasrigen Anteils, der aus Chrom besteht, kann, wie zu erkennen, durch eine Länge in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung (d. h. eine Breite ”D”) dividiert durch eine Länge in der Längsrichtung (”L”) definiert werden und liegt gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise zwischen 0,05 und 0,8. Ist der obige Bereich erfüllt, kann man die charakteristischen Effekte des ultrafeinen Leiters der Erfindung erzielen.
-
Ist der Gehalt von Zinn geringer als der Umfang, wie er durch die Formel (I) dargestellt ist, ist es schwierig, einen ausreichenden Grad von Zugfestigkeit zu erreichen. Ist im Gegensatz dazu der Gehalt von Zinn größer als der Umfang, wie er mit der Formel (I) dargestellt ist, bereitet es Schwierigkeiten, die gegebenen elektrischen Leitfähigkeiten zu erreichen, wobei leicht ein Brechen während des Drahtziehvorgangs auftritt.
-
Das ultrafeine Leitermaterial (d. h. das Material für den ultrafeinen Leiter) gemäß der Erfindung, wie man es durch Gießen erhält, wird einer Dehnung oder einem Zug gemäß einem allgemeinen Verfahren zum Herstellen eines Leitungsdrahtes unterzogen. In dieser Situation wird das ultrafeine Leitermaterial einem Dehnungs- oder Zugvorgang unterzogen, bis die zuvor erwähnte Mikroebenen-Lokaländerung über die gesamte Matrix erzeugt ist. Wenn eine Flächenverringerungsrate 99,3% oder mehr erreicht, wird im allgemeinen die Mikroebenen-Lokaländerung über die gesamte Matrix erzeugt. Dies ist erwünscht, da die Flächenverringerungsrate von 99,9% eine stärker beabsichtigte lokale Änderung erzielen kann.
-
Beispiel
-
Die vorliegende Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf Beispiele eines ultrafeinen Leiters beschrieben. Es wurden Rohmaterialien gemäß Tabelle 1 bereitgestellt. In diesem Zusammenhang wurde der Kupfergehalt durch Subtrahieren der Summe des Chromgehaltes und des Zinngehaltes von 100 at-% bestimmt. Die Rohmaterialien wurden einer Guss- und anschließend einer Drahtziehverarbeitung unterzogen, um einen groben Draht mit einem Durchmesser von 5 mm zu erhalten. Der auf diese Weise erzeugte grobe Draht wurde für eine Dauer von 1 Stunde einer Wärmebehandlung bei 800°C unterzogen. Weiterhin wurde der grobe Draht einer Drahtzugbehandlung unterzogen, bis die Flächenverringerungsrate 99,9% erreicht hatte. Infolgedessen erhielt man ultrafeine Leiter mit einem Durchmesser von 0,18 mm. Zur Bezugnahme kann eine äquivalente Verzerrung (oder äquivalente Spannung), wie sie in
2 gezeigt ist, durch einen Logarithmus des Durchmessers des Drahtes vor dem Drahtziehen dividiert durch den Durchmesser des Drahtes nach dem Drahtzeihen bestimmt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Probe, die während der Drahtzugbehandlung brach und als zu hart für eine Herstellung eines ultrafeinen Leiters aus dieser erachtet wurde, aus der Untersuchung und Bewertung ausgeschlossen wurde. [Tabelle 1]
-
Die ultrafeinen Leiter, die man auf diese Weise erhielt, wurden untersucht und bewertet. Zunächst wurde eine Abbildung der Elektronenrückstreubeugung (EBSD) für einen Querschnitt einer Probe eines ultrafeinen Leiters entlang dessen Längsrichtung bereitgestellt. Die Formen des kurzfasrigen Anteils, der aus Chrom besteht, und der partikelförmige Matrixanteil wurden untersucht und eine durchschnittliche Größe (d. h. eine Länge des Leiters in seiner Längsrichtung) sowie ein Seitenverhältnis sowohl des kurzfasrigen Anteils als auch des Matrixanteils gemessen.
-
Zugfestigkeits- und Dehnungsversuche wurden mit Hilfe einer Materialprüfeinrichtung der Instorm Corporation ausgeführt. In einem Fall, in dem die Zugfestigkeit 900 MPa oder mehr beträgt und die Dehnung 4% oder mehr beträgt, wird die Probe derart bewertet, dass sie ein ausreichendes Leistungsverhalten als ultrafeiner Leiter hat, der sich für einen Fahrzeugkabelbaum eignet.
-
Zudem wurden elektrische Leitfähigkeiten durch ein Verfahren mit vier Anschlüssen gemessen. Wenn in dieser Hinsicht die elektrische Leitfähigkeit (Rate) 45% IACS oder höher ist, wird die entsprechende Probe derart bewertet, dass sie das Leistungsverhalten erfüllt, das für einen ultrafeinen Leiter, der die Dicke von 0,2 mm oder weniger hat, für das Gebiet eines Fahrzeugkabelbaums erforderlich ist.
-
Darüber hinaus wurden die Dehnungseigenschaften eines Leitungsdrahtes untersucht. Insbesondere wurde jede Probe eines Leitungsdrahtes vorbereitet, indem ein verdrillter Draht bereitgestellt wurde, der aus drei ultrafeinen Leitern ausgebildet ist, und der verdrillte Draht eine Polypropylenharz-Extrusionsguss unterzogen wurde, um einen isolierten Leitungsdraht zu erhalten, der einen Außendurchmesser von 0,55 mm hat. Es versteht sich, dass dieser isolierte Leitungsdraht als ultrafeiner Leitungsdraht verwendet werden kann, der sich für einen Fahrzeugkabelbaum eignet. Die Dehnung des isolierten Leitungsdrahtes, den man auf diese Wiese erhält, wurde gemessen.
-
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1, wie oben aufgeführt, zusammengefasst. Die Ergebnisse, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind, zeigen, dass die Beispiele des ultrafeinen Leiters gemäß der Erfindung die Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Dehnung und elektrischer Leitfähigkeit erfüllen, wie sie für den ultrafeinen Leiter, der die Dicke von 0,2 mm oder weniger hat, auf dem Gebiet eines Fahrzeugkabelbaums erforderlich sind.
-
Zudem versteht es sich, dass ein Elementdraht, der eine Dehnung von 3,8% bis 5% hat, zu einem isolierten Leitungsdraht führt, der eine Dehnung von 7% bis 10% angesichts Tabelle 1 hat. In einem Fall, in dem ein isolierter Leitungsdraht eine Dehnung von 7% oder mehr aufweist, wird dieser so betrachtet, dass er die Dehnungseigenschaften erfüllt, die für das Gebiet eines Fahrzeugkabelbaumes erforderlich sind.
-
Bei sämtlichen ultrafeinen Leitern der Beispiele 1 bis 3, wurde eine Mikroebenen-Lokaländerung über die gesamte Matrix beobachtet. Bei den ultrafeinen Leitern der Vergleichsbeispiele wurde jedoch eine derartige Mikroebenen-Lokaländerung über die gesamte Matrix nicht beobachtet.
-
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer äquivalenten Verzerrung (oder äquivalenten Spannung) und der Dehnung darstellt, wenn ein Gusserzeugnis das aus dem ultrafeinen Leitermaterial von Beispiel 2 ausgebildet ist, gezogen oder gedehnt wird.
-
Gemäß 2 nimmt infolge des Ziehens oder Dehnens die äquivalente Verzerrung zu. Die Dehnung (%) nimmt zu, bis die äquivalente Verzerrung etwa den Wert 6 erreicht, was 99,9% der Flächenverringerungsrate entspricht, nimmt jedoch ab, sofern die äquivalente Verzerrung den Wert 6 überschreitet.
