高强度、高导电铜合金及铜基复合材料研究进展
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万方数据
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帅歌旺等——
高强度、高导电铜合金及铜基复合材料研究进展
素的合金，需在真空或保护气氛下进行熔炼。大气熔炼 虽然成本较低，但合金元素氧化、烧损严重，成分不易控 制，影响合金最终性能。真空或保护气氛熔炼可以很好 地控制合金成分，但设备复杂，成本高，不适于大规模工 业化生产。对于高强度、高导电铜合金的熔炼与铸造， 主要注重于熔炼及浇注工艺的优化，以获得铸造缺陷 少、成分均匀、杂质含量小的母合金铸锭，并尽可能降低 熔炼成本。采用铸造法制备出母合金铸锭后，经均匀化 处理以消除铸造过程中造成的成分偏析；随后对铸锭进 行预变形热轧，并通过动态再结晶消除铸造及均匀化过 程中形成的粗大、不均匀组织。热轧试样在一定的温度 下进行固溶处理，经过一定程度的冷变形处理后进行时 效处理。冷变形能够在合金基体中引人大量的点、线缺 陷，这些缺陷能够作为时效过程中析出相的形核核心和 原子的扩散通道，加速析出过程和细化析出相颗粒。
图ｌ析出强化型铜合金典型制备工艺 采用快速凝固法制备高强度、高导电铜合金是近来 研究的热点。由于采用常规固溶＋时效的合金，其基体
来自百度文库
中析出相的数量受限于在铜基体中平衡固溶度的限制， 强化效果有限。快速凝固能够极大地扩展合金元素固 溶度，并能细化晶粒、降低合金元素偏析∞“蚓。目前， 在开发高性能铜合金中采用的快速凝固方法有旋铸法、 超声气体雾化法和喷射成形法，分别用于制取快速凝固 薄带、粉末和块锭材料四ｊ。
粉末冶金方法制备铜基复合材料包括冷压．烧结法 和热压法。其粉末可以用纯组元粉末，也可以用Ｃｕ．ｘ 合金粉末。热压法特别适合固态下有一定互溶的合金 系（Ｃｕ—Ｆｅ系）。和铸造法相比，粉末冶金法工艺较为复 杂，成本较高，但能得到均匀、细化的合金组织。
此外，捆束法［３，３１］也可用来制备形变铜基复合材 料。ＨａＩｌ等【３ Ｊ采用ｂｕｎｄｌｉｎｇ．ｄｅｆｏｍｔｉｏｎ方法制备了ｃｕ．Ｎｂ 复合材料，基本过程是将Ｎｂ棒塞人中空的ｃｕ棒后进 行拉伸，获得细长的ｃｕ—Ｎｂ复合棒，将几百根这样的 ｃｕ—Ｎｂ复合棒捆绑在一起，再次进行拉伸，重复这一过 程，最终获得大量Ｎｂ纤维嵌于Ｃｕ基体的ｃｕ—Ｎｂ复合材 料。由于Ｎｂ纤维在基体中具有规则排布，而且没有熔 炼过程中引入的污染，捆束法制备的形变铜基复合材料
１ 高强度、高导电铜基导电材料强化机制
固溶强化、形变强化、晶界强化、析出强化、复合强 化是在设计高强度、高导电铜基导电材料时５种主要的 强化手段，其本质都是通过阻止位错的运动以强化材 料。前４种强化手段通常运用于铜合金的强化，复合强 化主要用于铜基复合材料的强化。固溶强化大幅降低 合金导电性能，晶界强化强化效果有限，这限制了它们 在高强度、高导电铜基导电材料的运用，形变强化、析出 强化、复合强化及它们的复合是高强度、高导电铜基导 电材料的主要强化方法。目前高性能的高强度、高导电 铜基导电材料往往综合利用各种强化机理以最大限度
引线框 架合金也一直是近年来关注的热点１５。ｊ。此外，
高强度、高导电铜基导电材料还可用于制造电阻焊电 极、电车及电力火车架空导线、连铸结晶器内衬、电气工 程开关触桥等埔“３｜。
根据不同的结构和性能特点，高强度、高导电铜基 导电材料可分为高强度、高导电铜合金和高强度、高导 电铜基复合材料两大类。后者又可根据强化相的形态 分为弥散强化铜（ＤＳＣ）和形变铜基复合材料。两类材 料在强化机制、制备工艺、性能特点乃至应用领域等方 面都不尽相同。本文就这两类材料的强化机理、制备手 段、组织、结构演化及性能特点分别进行了讨论。
毛坯经变形处理时，第二相在外力胁迫下与铜基体 协同变形，最终形成平行纤维状复合结构。施加变形手 段包括锻造、轧制、拉拔等。其中，拉拔是最常用的变形 手段，操作简便，而且变形量不受限制。形变铜基复合 材料的变形过程非常复杂，其变形机制并不十分清楚。 试验观察到Ｃｕ—Ａｇ和Ｃｕ—ｂｃｃ变形行为并不相同。 Ｂｅｎｇｌｌｌａｌｅｍ等１４ Ｊ认为由于Ａｇ和ｃｕ具有相同的滑移系 统，变形过程中不会形成Ｃｕ—ｂｃｃ所特有的层片状或弯 曲层片状组织。变形过程中如果不经过中间热处理，对 ｃｕ．ｂｃｃ合金，经大量变形后ｃｕ和ｂｃｃ相中几乎观察不 到位错的存在，而是在晶界处形成高密度位错区。Ｈ叫ｇ 等幢』认为这是由于组织过细和增大的界面面积造成的。 ｃｕ．Ａｇ合金中ｃｕ相中由于Ａｇ的固溶强化作用，即使在 大变形量下仍能保持大量的位错结构。铜基原位复合 材料存在明显的形变织构，例如ｃｕ．Ｎｂ原位复合材料， Ｎｂ纤维＜１１０＞方向平行于线拉方向，Ｃｕ基体＜１１１＞ 方向平行于线拉方向ⅢＪ。中间热处理可以促进第二相
相，包括Ａ１２０３、ｚ如、ｓｉ０２、Ｙ２０３、卟０２等［１９，驯。目前研究
最充分、且已实用化的是Ａ１２ ０３／ｃｕ系。此外纯金属颗
粒［２川、氮化物、硼化物、碳化物等也可作为增强相颗粒
用于弥散强化铜。
２ 高强度、高导电铜基导电材料制备方法
２．１高强度、高导电铜合金制备方法 图ｌ是析出强化型铜合金的典型制备工艺。合金
表１伸长率和铸锭起始直径的关系【２】
可以看出，为获得大的伸长率，要求铸锭起始直径 很大，这给熔炼带来很大困难，而且变形量较大，会导致 中间热处理增多，提高材料制备成本。可以预见，如果 能够进一步提高冷却速度，如采用喷射沉积工艺制备母 合金，得到显著细化的合金铸态组织，在较小的变形量 下就可获得足够细化的变形组织，以减少工序，降低成 本。
金元素间能够形成化合物沉淀（啦Ｐ、ｃｕ３ｚｒ、Ｍｇ。Ｐ。、Ｎｉ２
ｓｉ等）。此外，可加入一些对合金性能有利的辅助元素， 如Ｐ（脱氧、防止氢脆）、ｚｎ（防止在金属基体和镀层间出 现脆性相ｃｕ３ｓｎ、ｃｕ５ｓｎ６）和Ｍｇ（提高材料抗应力松弛特 ．陆、篁［９］
对于高强度、高导电形变铜基复合材料，不仅要求
合金元素和铜在室温下具有非常低的互溶度，同时第二
相组元还要具有良好的塑性，以防止在进行大变形时增
强相与基体界面开裂［１７］。根据对大量铜合金二元相图
的分析，只有Ｃｕ—Ａｇ、Ｃｕ—ｂｃｃ（Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、ｖ、Ｃｒ、Ｍ。）系满 。
单卜辕龋书［１８］
，Ｃ—ＬＫＬ二．Ｋ １、
ｏ
对于弥散强化铜基复合材料，通常选用那些细小的
具有高的硬度，良好热稳定性的氧化物颗粒作为增强
感应熔炼和自耗电弧熔炼是采用铸造制备方法的
万方数据
两种主要手段。为防止合金氧化和熔炼时气氛带人杂 质，熔炼通常在真空或惰性气体中进行。感应熔炼适于 含Ｆｅ、Ｃｒ等低熔点合金的熔炼，含Ｎｂ、Ｔａ等高熔点元素 的合金一般采用自耗电弧熔炼，但并不绝对。由于高强 度、高导电形变铜基复合材料所用第二组元元素熔点通 常都较高（Ｎｂ的熔点为２ ４７７℃，Ｔａ的熔点为３ ０１７ ℃），熔炼需在较高温度下进行，合金容易氧化，影响增 强相与基体界面结合强度。此外，Ｔａ、Ｖ与Ｃｕ的密度相 差较大（阻＝１６ ６００ ｋ∥ｍｊ，ｐｖ＝５ ９６０ ｋｇ／ｍｊ，ｐｃ。＝８ ８９０ ｋ∥ｍ３），容易造成重力偏析，影响合金最终性能。
研制、开发高强度、高导电铜基导电材料一直是铜 合金研究的热点之一。许多应用领域要求所用材料需 高导电性及高强度兼备。例如，为产生高的脉冲磁场， 要求所用导体材料不仅要有低的电阻率以降低热效应， 同时还要具有足够的强度来承受巨大的洛仑兹力ｕｑ Ｊ， 通常要求其强度大于１ ＧＰａ，电导率大于 ３４．８ Ｍｓ／一２，４Ｊ。随着集成电路封装向高密度方向发展， 开发强度大于６００ ＭＰａ，电导率大于４６．４ ＭＳ／ｍ的铜基
地提高性能，降低成本。此外利用孪晶界既能阻碍位错 运动，又能发挥其对自由电子散射系数比普通大角晶界 低一个数量级的特点，已经制备出含大量纳米级孪晶的 铜多晶薄膜，其拉伸强度达到１ ０６８ ＭＰａ，电导率为５６．３ Ｍｓ／ｍ［“］。由于合金元素以固溶态存在时会严重影响 铜基体导电性能，在设计高强度、高导电铜合金时，一般 原则或是要求所选用的合金元素室温时在铜基体中具 有非常低的固溶度（Ｃｒ、ｚｒ、Ｆｅ、舷、Ｂｅ等）［５，１５，１６｜，或是合
形变铜基复合材料的制备过程包括制取毛坯和变 形两个主要阶段，有时还经过固溶＋时效处理，以进一 步提高材料性能。
铸造法和粉末冶金法是制备毛坯的两种主要方法。 由于铸造法难于控制铸锭的组织，以往一般认为铸造法 制备的铜基复合材料性能不如采用粉末冶金法制备的。 随着合金熔炼工艺的不断成熟，目前两种方法制备的合 金性能已没有很大差别。
的熔炼和铸造一般在大气下进行，对于含ｚｒ等活泼元
收稿日期：２０Ｑ５一０１—３１ 基金项目：教育部骨干教师项目（ＧＧ一４３０一１１９０２一１０１０）；江西省自然科学基金资助项目（００５００２２） 第一作者简介：帅歌旺，男，１９ｒ７８年出生，博士研究生，南昌大学材料科学与工程学院，南昌（３３００４７），电话：０７９ｌ一８３０４１０１，Ｅ—ｒＹｌａｉｌ：ｓｌｌｕａｉｇｗ＠１２６．ｃｏｍ
对于纤维增强铜基复合材料，其变形前的组织取决
于所用 的制备方法。当采用铸造法制备原始合金时，对
Ｃｕ．Ａｇ合金，成分一般在亚共晶成分范围内，室温平衡 组织为初生ｃｕ枝晶＋（ｃｕ＋Ａｇ）共晶组织，Ａｇ质量分数 小于８％时，舷以不连续单相分布于铜枝晶问，随含量 增大，舷单相逐渐从不连续分布转变成连续分布、最终 完全形成共晶组织【４Ｊ。ｃｕ．Ｎｂ合金恰恰相反，其成分一 般在过共晶成分范围内，Ｎｂ基本以粗大初生枝晶形态 分布于铜基体中Ｌ３』。对粉末冶金法制备的铜基复合材 料，第二相以细小枝晶或颗粒状存在于基体中。
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——特种铸造及有色合金 ２００５年第２５卷第９期
有较高的导电性能［训。
３ 高强度、高导电铜基复合材料组织与 性能特点
３．１析出强化型铜合金
对析出强化型高强度、高导电铜合金，合金性能取 决于析出相的种类、与基体界面结合类型、数量、形状、 大小、分布以及合金的变形量等。合金经过固溶处理， 第二组元固溶于铜基体，固溶量取决于固溶温度。随时 效过程进行，一般会经过形成Ｇｐ区、以细小共格相析 出、共格转变为非共格、析出相粗化等阶段。在时效初 期，Ｇｐ区或细小析出相的形成使得合金硬度上升，达到 峰值后由于析出相的粗化，硬度又会下降。随时效进 行，合金电导率一直升高。时效前溶质元素过饱和度越 高，硬度峰值也越高；时效前进行变形处理能够加速析 出过程。大预变形、短时时效能够获得最高的硬度和较 高的电导率Ｌ３ ３｜。 ３．２形变铜基复合材料
２．２高强度、高导电铜基复合材料制备方法 ２．２．１弥散强化铜合金的制备
弥散强化铜合金的制备工艺主要有内氧化法、机械 合金化法、共沉淀法、溶胶一凝胶法等忪Ｊ。其中内氧化 法是目前最有效的方法。其基本原理是将ｃｕ—ｘ合金 雾化粉末通过引入各种内氧化介质内氧化后，在一定压 力下烧结成形，最终获得ｘ。０。弥散分布的铜基复合材 料。内氧化法工艺较为复杂，关键是要控制好氧气分 压［驯。 ２．２．２形变铜基复合材料的制备
ＭｏｒＴｉｓ Ｄ Ｇ等ｌ ３０ｊ研究了凝固速度对ｃｕ．１５Ａｇ和 Ｃｕ．６Ａｇ合金组织与性能的影响，发现改变凝固速度对合 金组织与性能影响很小，通过水淬提高冷却速度只使合 金屈服强度提高了５％。由于形变铜基复合材料性能 取决于材料组织细化程度，尤其是第二相细化程度，所 以变形程度越大，材料强度越高。因此形变铜基复合材 料伸长率通常都大于５。表１列出了伸长率和铸锭起 始直径的关系［１｜。
——专题论述——特种铸造及有色合金 ２００５年第２５卷第９期 高强度、高导电铜合金及铜基复合材料研究进展
帅歌旺张萌 （南昌大学）
摘要概述了高强度、高导电铜合金及铜基复合材料的研究现状，介绍『Ｊ比类材料的强化机理、制备方法、组织、性能特 点，指出：传统析出强化型铜合金具有较高的强度和导电性，且制备工艺较简单，适于用作各类电连接器件材料，今后此类 材料应注重综合利用各种强化手段和多元合金化，以提高性能，降低成本；弥散强化铜（Ｄｓｃ）在高温应用领域有显著优势， 但存在工艺复杂、性能不稳定等问题；形变铜基复合材料具有较前两者更为优异的性能，代表了高强度、高导电铜基导电材 料的发展方向，但制备工艺复杂，应用受到限制。 关键词 高强度高导电铜合金；弥散强化铜；形变铜基复合材料 中图分类号ＴＢ３３３；ＴＧｌ４６．１＋１ 文献标志码Ａ文章编号 １００１—２２４９（２００５）０９一０５３４—０４
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帅歌旺等——
高强度、高导电铜合金及铜基复合材料研究进展
素的合金，需在真空或保护气氛下进行熔炼。大气熔炼 虽然成本较低，但合金元素氧化、烧损严重，成分不易控 制，影响合金最终性能。真空或保护气氛熔炼可以很好 地控制合金成分，但设备复杂，成本高，不适于大规模工 业化生产。对于高强度、高导电铜合金的熔炼与铸造， 主要注重于熔炼及浇注工艺的优化，以获得铸造缺陷 少、成分均匀、杂质含量小的母合金铸锭，并尽可能降低 熔炼成本。采用铸造法制备出母合金铸锭后，经均匀化 处理以消除铸造过程中造成的成分偏析；随后对铸锭进 行预变形热轧，并通过动态再结晶消除铸造及均匀化过 程中形成的粗大、不均匀组织。热轧试样在一定的温度 下进行固溶处理，经过一定程度的冷变形处理后进行时 效处理。冷变形能够在合金基体中引人大量的点、线缺 陷，这些缺陷能够作为时效过程中析出相的形核核心和 原子的扩散通道，加速析出过程和细化析出相颗粒。
图ｌ析出强化型铜合金典型制备工艺 采用快速凝固法制备高强度、高导电铜合金是近来 研究的热点。由于采用常规固溶＋时效的合金，其基体
来自百度文库
中析出相的数量受限于在铜基体中平衡固溶度的限制， 强化效果有限。快速凝固能够极大地扩展合金元素固 溶度，并能细化晶粒、降低合金元素偏析∞“蚓。目前， 在开发高性能铜合金中采用的快速凝固方法有旋铸法、 超声气体雾化法和喷射成形法，分别用于制取快速凝固 薄带、粉末和块锭材料四ｊ。
粉末冶金方法制备铜基复合材料包括冷压．烧结法 和热压法。其粉末可以用纯组元粉末，也可以用Ｃｕ．ｘ 合金粉末。热压法特别适合固态下有一定互溶的合金 系（Ｃｕ—Ｆｅ系）。和铸造法相比，粉末冶金法工艺较为复 杂，成本较高，但能得到均匀、细化的合金组织。
此外，捆束法［３，３１］也可用来制备形变铜基复合材 料。ＨａＩｌ等【３ Ｊ采用ｂｕｎｄｌｉｎｇ．ｄｅｆｏｍｔｉｏｎ方法制备了ｃｕ．Ｎｂ 复合材料，基本过程是将Ｎｂ棒塞人中空的ｃｕ棒后进 行拉伸，获得细长的ｃｕ—Ｎｂ复合棒，将几百根这样的 ｃｕ—Ｎｂ复合棒捆绑在一起，再次进行拉伸，重复这一过 程，最终获得大量Ｎｂ纤维嵌于Ｃｕ基体的ｃｕ—Ｎｂ复合材 料。由于Ｎｂ纤维在基体中具有规则排布，而且没有熔 炼过程中引入的污染，捆束法制备的形变铜基复合材料
１ 高强度、高导电铜基导电材料强化机制
固溶强化、形变强化、晶界强化、析出强化、复合强 化是在设计高强度、高导电铜基导电材料时５种主要的 强化手段，其本质都是通过阻止位错的运动以强化材 料。前４种强化手段通常运用于铜合金的强化，复合强 化主要用于铜基复合材料的强化。固溶强化大幅降低 合金导电性能，晶界强化强化效果有限，这限制了它们 在高强度、高导电铜基导电材料的运用，形变强化、析出 强化、复合强化及它们的复合是高强度、高导电铜基导 电材料的主要强化方法。目前高性能的高强度、高导电 铜基导电材料往往综合利用各种强化机理以最大限度
引线框 架合金也一直是近年来关注的热点１５。ｊ。此外，
高强度、高导电铜基导电材料还可用于制造电阻焊电 极、电车及电力火车架空导线、连铸结晶器内衬、电气工 程开关触桥等埔“３｜。
根据不同的结构和性能特点，高强度、高导电铜基 导电材料可分为高强度、高导电铜合金和高强度、高导 电铜基复合材料两大类。后者又可根据强化相的形态 分为弥散强化铜（ＤＳＣ）和形变铜基复合材料。两类材 料在强化机制、制备工艺、性能特点乃至应用领域等方 面都不尽相同。本文就这两类材料的强化机理、制备手 段、组织、结构演化及性能特点分别进行了讨论。
毛坯经变形处理时，第二相在外力胁迫下与铜基体 协同变形，最终形成平行纤维状复合结构。施加变形手 段包括锻造、轧制、拉拔等。其中，拉拔是最常用的变形 手段，操作简便，而且变形量不受限制。形变铜基复合 材料的变形过程非常复杂，其变形机制并不十分清楚。 试验观察到Ｃｕ—Ａｇ和Ｃｕ—ｂｃｃ变形行为并不相同。 Ｂｅｎｇｌｌｌａｌｅｍ等１４ Ｊ认为由于Ａｇ和ｃｕ具有相同的滑移系 统，变形过程中不会形成Ｃｕ—ｂｃｃ所特有的层片状或弯 曲层片状组织。变形过程中如果不经过中间热处理，对 ｃｕ．ｂｃｃ合金，经大量变形后ｃｕ和ｂｃｃ相中几乎观察不 到位错的存在，而是在晶界处形成高密度位错区。Ｈ叫ｇ 等幢』认为这是由于组织过细和增大的界面面积造成的。 ｃｕ．Ａｇ合金中ｃｕ相中由于Ａｇ的固溶强化作用，即使在 大变形量下仍能保持大量的位错结构。铜基原位复合 材料存在明显的形变织构，例如ｃｕ．Ｎｂ原位复合材料， Ｎｂ纤维＜１１０＞方向平行于线拉方向，Ｃｕ基体＜１１１＞ 方向平行于线拉方向ⅢＪ。中间热处理可以促进第二相
相，包括Ａ１２０３、ｚ如、ｓｉ０２、Ｙ２０３、卟０２等［１９，驯。目前研究
最充分、且已实用化的是Ａ１２ ０３／ｃｕ系。此外纯金属颗
粒［２川、氮化物、硼化物、碳化物等也可作为增强相颗粒
用于弥散强化铜。
２ 高强度、高导电铜基导电材料制备方法
２．１高强度、高导电铜合金制备方法 图ｌ是析出强化型铜合金的典型制备工艺。合金
表１伸长率和铸锭起始直径的关系【２】
可以看出，为获得大的伸长率，要求铸锭起始直径 很大，这给熔炼带来很大困难，而且变形量较大，会导致 中间热处理增多，提高材料制备成本。可以预见，如果 能够进一步提高冷却速度，如采用喷射沉积工艺制备母 合金，得到显著细化的合金铸态组织，在较小的变形量 下就可获得足够细化的变形组织，以减少工序，降低成 本。
金元素间能够形成化合物沉淀（啦Ｐ、ｃｕ３ｚｒ、Ｍｇ。Ｐ。、Ｎｉ２
ｓｉ等）。此外，可加入一些对合金性能有利的辅助元素， 如Ｐ（脱氧、防止氢脆）、ｚｎ（防止在金属基体和镀层间出 现脆性相ｃｕ３ｓｎ、ｃｕ５ｓｎ６）和Ｍｇ（提高材料抗应力松弛特 ．陆、篁［９］
对于高强度、高导电形变铜基复合材料，不仅要求
合金元素和铜在室温下具有非常低的互溶度，同时第二
相组元还要具有良好的塑性，以防止在进行大变形时增
强相与基体界面开裂［１７］。根据对大量铜合金二元相图
的分析，只有Ｃｕ—Ａｇ、Ｃｕ—ｂｃｃ（Ｎｂ、Ｔａ、Ｆｅ、ｖ、Ｃｒ、Ｍ。）系满 。
单卜辕龋书［１８］
，Ｃ—ＬＫＬ二．Ｋ １、
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对于弥散强化铜基复合材料，通常选用那些细小的
具有高的硬度，良好热稳定性的氧化物颗粒作为增强
感应熔炼和自耗电弧熔炼是采用铸造制备方法的
万方数据
两种主要手段。为防止合金氧化和熔炼时气氛带人杂 质，熔炼通常在真空或惰性气体中进行。感应熔炼适于 含Ｆｅ、Ｃｒ等低熔点合金的熔炼，含Ｎｂ、Ｔａ等高熔点元素 的合金一般采用自耗电弧熔炼，但并不绝对。由于高强 度、高导电形变铜基复合材料所用第二组元元素熔点通 常都较高（Ｎｂ的熔点为２ ４７７℃，Ｔａ的熔点为３ ０１７ ℃），熔炼需在较高温度下进行，合金容易氧化，影响增 强相与基体界面结合强度。此外，Ｔａ、Ｖ与Ｃｕ的密度相 差较大（阻＝１６ ６００ ｋ∥ｍｊ，ｐｖ＝５ ９６０ ｋｇ／ｍｊ，ｐｃ。＝８ ８９０ ｋ∥ｍ３），容易造成重力偏析，影响合金最终性能。
研制、开发高强度、高导电铜基导电材料一直是铜 合金研究的热点之一。许多应用领域要求所用材料需 高导电性及高强度兼备。例如，为产生高的脉冲磁场， 要求所用导体材料不仅要有低的电阻率以降低热效应， 同时还要具有足够的强度来承受巨大的洛仑兹力ｕｑ Ｊ， 通常要求其强度大于１ ＧＰａ，电导率大于 ３４．８ Ｍｓ／一２，４Ｊ。随着集成电路封装向高密度方向发展， 开发强度大于６００ ＭＰａ，电导率大于４６．４ ＭＳ／ｍ的铜基
地提高性能，降低成本。此外利用孪晶界既能阻碍位错 运动，又能发挥其对自由电子散射系数比普通大角晶界 低一个数量级的特点，已经制备出含大量纳米级孪晶的 铜多晶薄膜，其拉伸强度达到１ ０６８ ＭＰａ，电导率为５６．３ Ｍｓ／ｍ［“］。由于合金元素以固溶态存在时会严重影响 铜基体导电性能，在设计高强度、高导电铜合金时，一般 原则或是要求所选用的合金元素室温时在铜基体中具 有非常低的固溶度（Ｃｒ、ｚｒ、Ｆｅ、舷、Ｂｅ等）［５，１５，１６｜，或是合
形变铜基复合材料的制备过程包括制取毛坯和变 形两个主要阶段，有时还经过固溶＋时效处理，以进一 步提高材料性能。
铸造法和粉末冶金法是制备毛坯的两种主要方法。 由于铸造法难于控制铸锭的组织，以往一般认为铸造法 制备的铜基复合材料性能不如采用粉末冶金法制备的。 随着合金熔炼工艺的不断成熟，目前两种方法制备的合 金性能已没有很大差别。
的熔炼和铸造一般在大气下进行，对于含ｚｒ等活泼元
收稿日期：２０Ｑ５一０１—３１ 基金项目：教育部骨干教师项目（ＧＧ一４３０一１１９０２一１０１０）；江西省自然科学基金资助项目（００５００２２） 第一作者简介：帅歌旺，男，１９ｒ７８年出生，博士研究生，南昌大学材料科学与工程学院，南昌（３３００４７），电话：０７９ｌ一８３０４１０１，Ｅ—ｒＹｌａｉｌ：ｓｌｌｕａｉｇｗ＠１２６．ｃｏｍ
对于纤维增强铜基复合材料，其变形前的组织取决
于所用 的制备方法。当采用铸造法制备原始合金时，对
Ｃｕ．Ａｇ合金，成分一般在亚共晶成分范围内，室温平衡 组织为初生ｃｕ枝晶＋（ｃｕ＋Ａｇ）共晶组织，Ａｇ质量分数 小于８％时，舷以不连续单相分布于铜枝晶问，随含量 增大，舷单相逐渐从不连续分布转变成连续分布、最终 完全形成共晶组织【４Ｊ。ｃｕ．Ｎｂ合金恰恰相反，其成分一 般在过共晶成分范围内，Ｎｂ基本以粗大初生枝晶形态 分布于铜基体中Ｌ３』。对粉末冶金法制备的铜基复合材 料，第二相以细小枝晶或颗粒状存在于基体中。
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——特种铸造及有色合金 ２００５年第２５卷第９期
有较高的导电性能［训。
３ 高强度、高导电铜基复合材料组织与 性能特点
３．１析出强化型铜合金
对析出强化型高强度、高导电铜合金，合金性能取 决于析出相的种类、与基体界面结合类型、数量、形状、 大小、分布以及合金的变形量等。合金经过固溶处理， 第二组元固溶于铜基体，固溶量取决于固溶温度。随时 效过程进行，一般会经过形成Ｇｐ区、以细小共格相析 出、共格转变为非共格、析出相粗化等阶段。在时效初 期，Ｇｐ区或细小析出相的形成使得合金硬度上升，达到 峰值后由于析出相的粗化，硬度又会下降。随时效进 行，合金电导率一直升高。时效前溶质元素过饱和度越 高，硬度峰值也越高；时效前进行变形处理能够加速析 出过程。大预变形、短时时效能够获得最高的硬度和较 高的电导率Ｌ３ ３｜。 ３．２形变铜基复合材料
２．２高强度、高导电铜基复合材料制备方法 ２．２．１弥散强化铜合金的制备
弥散强化铜合金的制备工艺主要有内氧化法、机械 合金化法、共沉淀法、溶胶一凝胶法等忪Ｊ。其中内氧化 法是目前最有效的方法。其基本原理是将ｃｕ—ｘ合金 雾化粉末通过引入各种内氧化介质内氧化后，在一定压 力下烧结成形，最终获得ｘ。０。弥散分布的铜基复合材 料。内氧化法工艺较为复杂，关键是要控制好氧气分 压［驯。 ２．２．２形变铜基复合材料的制备
ＭｏｒＴｉｓ Ｄ Ｇ等ｌ ３０ｊ研究了凝固速度对ｃｕ．１５Ａｇ和 Ｃｕ．６Ａｇ合金组织与性能的影响，发现改变凝固速度对合 金组织与性能影响很小，通过水淬提高冷却速度只使合 金屈服强度提高了５％。由于形变铜基复合材料性能 取决于材料组织细化程度，尤其是第二相细化程度，所 以变形程度越大，材料强度越高。因此形变铜基复合材 料伸长率通常都大于５。表１列出了伸长率和铸锭起 始直径的关系［１｜。
——专题论述——特种铸造及有色合金 ２００５年第２５卷第９期 高强度、高导电铜合金及铜基复合材料研究进展
帅歌旺张萌 （南昌大学）
摘要概述了高强度、高导电铜合金及铜基复合材料的研究现状，介绍『Ｊ比类材料的强化机理、制备方法、组织、性能特 点，指出：传统析出强化型铜合金具有较高的强度和导电性，且制备工艺较简单，适于用作各类电连接器件材料，今后此类 材料应注重综合利用各种强化手段和多元合金化，以提高性能，降低成本；弥散强化铜（Ｄｓｃ）在高温应用领域有显著优势， 但存在工艺复杂、性能不稳定等问题；形变铜基复合材料具有较前两者更为优异的性能，代表了高强度、高导电铜基导电材 料的发展方向，但制备工艺复杂，应用受到限制。 关键词 高强度高导电铜合金；弥散强化铜；形变铜基复合材料 中图分类号ＴＢ３３３；ＴＧｌ４６．１＋１ 文献标志码Ａ文章编号 １００１—２２４９（２００５）０９一０５３４—０４