高導(dǎo)電性銅

合金化法是制備高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅材料的基本方法之一。即通過(guò)在銅基體中添加一定的合金元素，以形成固溶體或過(guò)飽和固溶體。使銅基體發(fā)生晶格相變或時(shí)效析出強(qiáng)化相，從而獲得高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性能兼?zhèn)涞你~合金。合金化法的基本原則有：

1.低合金化和冷作硬化。加入的合金元素總量要少，且這些元素很少降低銅的電導(dǎo)率；

2.時(shí)效強(qiáng)化。在加入起沉淀強(qiáng)化作用的元素時(shí)，最好使合金元素之間形成不含銅元素的強(qiáng)化相。而且這種強(qiáng)化相在墓體中的固溶度隨溫度的降低而急劇減小。合金元素的選擇及其熔鑄工藝成為合金化法的關(guān)鍵 。

隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，自生復(fù)合材料得到了迅速發(fā)展，該材料以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金材料的制備方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力和良好的發(fā)展前景。所謂自生復(fù)合材料，是指共晶合金、包晶合金或偏晶合金等復(fù)相合金在定向凝固過(guò)程中，通過(guò)合理地控制工藝參數(shù)，使基體相和增強(qiáng)相均勻相間、定向整齊排列的一類復(fù)合材料。在高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金材料的制備方面，自生復(fù)合材料至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.均勻、定向排列的第二相纖維使第二相的強(qiáng)化作用得到最大發(fā)揮；第二相是在凝固過(guò)程中自動(dòng)析出，兩相界面結(jié)合強(qiáng)度高，有利于應(yīng)力從基體向纖維傳遞；兩相是在高溫接近熱力學(xué)平衡條件下緩慢生長(zhǎng)而成，界面處于低能面狀態(tài)，因而具有良好的熱穩(wěn)定性。因此自生復(fù)合材料機(jī)械性能高。

2.自生復(fù)合材料電導(dǎo)率具有各向異性，當(dāng)電流方向與纖維排列方向一致時(shí)，可有效地增加材料的電導(dǎo)率。纖維在凝固過(guò)程中自動(dòng)生成，避免了大塑性變形對(duì)導(dǎo)電性能的不良影響；自生復(fù)合材料無(wú)人工復(fù)合材料中常常存在的界面潤(rùn)濕及化學(xué)反應(yīng)等不足，提高了材料的完整性，這些都減小了銅電導(dǎo)率降低的程度。

3.定向凝固方法易于與連續(xù)鑄造相結(jié)合，可大幅度降低銅合金材料的生產(chǎn)成本，特別適于如各種電線電纜銅材的制造。

定向凝固法制備自生復(fù)合材料時(shí)，基體相和吸化相在單向熱流的控制下逆著熱流方向自動(dòng)向前生長(zhǎng)。在此過(guò)程中，固-液界面的控制占有重要地位。凝固理論指出，只有平界面和胞狀界面才可能保證共，晶組織的獲得 。2100433B

銅具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐磨蝕性能及優(yōu)良的工藝性能，因而廣泛地應(yīng)用于電力、電工、機(jī)械制造等工業(yè)部門。但是純銅的屈服強(qiáng)度一般較低，高溫下抗變形能降低,難以滿足多種實(shí)際應(yīng)用的需要。因此，如何在不降低或盡可能少降低銅電導(dǎo)率的前提下,大幅度地提高銅材料強(qiáng)度的問(wèn)題已成為當(dāng)前銅合金研究和發(fā)展的中心任務(wù)之一。

長(zhǎng)期以來(lái)，在銅材料的研究和制備中存在著高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性之間的矛盾。這一矛盾甚至貫穿于整個(gè)導(dǎo)電材料研究的始終。為了解決這一問(wèn)題，主要從兩個(gè)方面入手：一方面是強(qiáng)化銅基體；另一方面是設(shè)法在銅基體中引入第二相進(jìn)行強(qiáng)化。相應(yīng)地形成了兩類制備方法：合金化法和人工復(fù)合材料法 。

為了克服合金化法制得的銅合金強(qiáng)度提高不大的不足，人們又廣泛研究了人工加人第二相的顆粒、晶須、纖維對(duì)銅基體進(jìn)行強(qiáng)化，或依靠強(qiáng)化相本身強(qiáng)度來(lái)增加銅材料強(qiáng)度的人工復(fù)合材料法。按照制備復(fù)合材料方法的主要特征，其大致可分為兩類：粉末冶金法和塑性變形法。

高導(dǎo)電性銅粉末冶金法

該方法是生產(chǎn)銅及銅合金結(jié)構(gòu)件、摩擦材料、銅碳刷及高電導(dǎo)率銅的重要方法。為了進(jìn)一步得到高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度特別是高溫強(qiáng)度的銅材料，近年來(lái)迅速發(fā)展的氧化物彌散強(qiáng)化（Oxide Dispersion Strengthened）銅。

高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、優(yōu)良的抗腐蝕性能、簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝和良好的高溫強(qiáng)度使氧化物彌散強(qiáng)化銅獲得了廣泛應(yīng)用。由于受到制備方法的限制，ODS銅主要應(yīng)用在制造電阻焊焊條、白熾燈引線、繼電器刀閘及觸頭支承、某些高性能集成電路的引線框架等一些小型件上。

高導(dǎo)電性銅塑性變形法

眾所周知，纖維強(qiáng)化是金屬材料迄今為止最為有效的強(qiáng)化方法之一。高強(qiáng)度的第二相纖維成為載荷的主要承擔(dān)者，基體金屬僅起著連接纖維相，向纖維傳遞受載時(shí)應(yīng)力及在部分纖維斷裂時(shí)承擔(dān)局部載荷的作用，材料強(qiáng)度主要取決于纖維相的強(qiáng)度及體積分?jǐn)?shù)。正因?yàn)槿绱?，采用塑性變形法制備纖維增強(qiáng)高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅材料的研究，成為近年來(lái)繼合金化法及氧化物彌散強(qiáng)化法之后又一引人注目的方法。

綜上所述，合金化法雖然可以使銅材料電導(dǎo)率達(dá)到很高，但其固溶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化及少量的冷作硬化效果往往有限，銅材料強(qiáng)度一般較低；人工復(fù)合材料法盡管可以在相當(dāng)大的程度上提高銅材料的強(qiáng)度，卻往往由于材料內(nèi)部缺陷嚴(yán)重、導(dǎo)致導(dǎo)電性能惡化，再加上制備工藝的限制，該方法一般只適合于一些高導(dǎo)電性特別是高強(qiáng)度的小型件的制造 。

根據(jù)分子的導(dǎo)電機(jī)理可以從以下兩個(gè)方面提高其導(dǎo)電率 ：

①合成具有大型離域π鍵的分子結(jié)構(gòu)

理論和實(shí)驗(yàn)都已證明，π鍵的數(shù)目越多，離域程度越大，共軛結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性能越好，因此從分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，增強(qiáng)高分子固有的導(dǎo)電性能是一種理想的方案，也吸引了許多科學(xué)家朝著這個(gè)方向進(jìn)行研究。此外，改善生產(chǎn)工藝，制備分子量更大、結(jié)構(gòu)更規(guī)整的高分子材料也是提高其導(dǎo)電性能的重要手段。

②對(duì)共軛結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)摻雜

雖然導(dǎo)電高分子具有共軛的分子結(jié)構(gòu)，但是π電子未受激發(fā)時(shí)仍然難以在分子鏈上遷移，導(dǎo)電性能并不是非常理想。因此，利用摻雜的方法在高分子鏈上引入對(duì)陰離子（p- 型摻雜）或?qū)﹃?yáng)離子（n-型摻雜）來(lái)降低能壘，使電子更容易遷移也是增強(qiáng)高分子材料導(dǎo)電性能的有效途徑。常用的摻雜劑有碘、五氟化砷、六氟化銻、高氯酸銀等等，摻雜劑與共軛結(jié)構(gòu)的摩爾比（摻雜劑/-C=）一般為0.01%～2%之間，并且隨著摻雜比例的增加，材料的導(dǎo)電性能會(huì)先上升，當(dāng)摻雜劑飽和之后，材料的導(dǎo)電性能不再變化。因此，尋找合適的摻雜劑并與導(dǎo)電高分子進(jìn)行合理地?fù)诫s將是重要的研究方向。