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CN101026025A - 铜银合金导线及其制备方法 - Google Patents

铜银合金导线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜银合金导线。所述铜银合金导线包括核心导线及包覆所述核心导线的铜银合金层，所述的核心导线的材质可为铜或铜基合金。本发明的铜银合金线具有多层结构，具有高导电率、防止电磁及射频干扰、涡流损失小等优点。本发明还提供一种铜银合金导线的制备方法。

Description

铜银合金导线及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种铜银合金导线及其制造方法，尤其涉及一种可作为电子设备信号线、电力输送线等用途的铜银合金导线。
【背景技术】
导线对于各种电子设备有着非常重要的作用，其可用作信号输入/输出线或者电力输送线等，电子产品的稳定运行要求导线需具有高电导率、低损耗及高抗干扰能力。
为提高导线导电率，导线一般采用高导电率的材料。纯铜或纯银具有很高的导电率，但是纯铜及纯银硬度太低，且纯金属提炼困难，成本高，尤其是银属于贵金属，成本更高。因此当今实际使用的导线多采用铜合金导线，如黄铜线。黄铜是以锌为主要合金组分的铜基合金，其中锌的含量可为28％～41％。其具有足够的强度及高的导电率。但是为满足各种电子设备的小型化的需求，需要更细的导线，此时传统的黄铜导线已逐渐不能满足要求。
首先，由于电导率的不足，对导电能力要求相同的情况下，无法将导线做的很细。导线中传输电流时，由于自感应作用可产生涡流，部分电能最终转化为热能散发出去，其被称为涡流损失。导线直径越大，涡流效应越明显，则涡流损失越大。
另外，当导线作为信号传输线时，经常需要传输高频信号，此时导线的抗干扰能力也显得重要起来，特别是多根导线一起工作时，容易相互干扰，防干扰问题更加重要。而单纯的黄铜导线的防干扰能力很弱。
鉴于上述问题的存在，新型的导线被人们生产出来，如铜银合金导线。铜银合金导线一般制程为，先用纯铜及纯银熔炼为铜银合金再进行拉伸获得铜银合金导线。此种方法制得的铜银合金导线整体全部为铜银合金，其具有较高的导电率，但是对于防止涡流损失及防干扰能力并无有效改善。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种具有高导电率、损耗低、抗干扰能力强的铜银合金导线，及其制备方法。
一种铜银合金导线，其包括核心导线及包覆所述核心导线的铜银合金层，所述核心导线的材质可为铜或铜基合金。
一种铜银合金导线的制备方法，其包括以下步骤：提供一核心导线，所述核心导线的材质可为铜或铜基合金；在所述核心导线外表面上形成银层，所述银层中主要成分为银；在保护气体氛围中用激光处理所述银层及所述核心导线靠近表面的部分，在所述的核心导线与所述银层界面处形成铜银合金层；冷却得铜银合金导线。
所述的铜银合金导线具有二层或多层的结构，因此可减少涡流损耗及吉赫兹频段的射频信号衰减，因此可很好的用于通信线缆及微波天线。由于铜银合金层的屏蔽作用，核心导线可有效防止电磁干扰及射频信号干扰。另外由于铜银合金具有更高的导电率，铜银合金导线的电阻也较小。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例的铜银合金导线截面示意图。
图2是本发明第二实施例的铜银合金导线截面示意图。
图3是本发明实施例的铜银合金导线的制备方法流程图。
图4是本发明实施例的铜银合金导线的制备方法中采用的激光系统示意图。
图5是铜-银系统的相图。
【具体实施方式】
参阅图1，本发明第一实施例的铜银合金导线1包括核心导线10及包覆在核心导线10外表面的铜银合金层11。
核心导线10的材质可为铜或黄铜。铜银合金导线1中银的含量可为铜的1～30％。
对于铜银合金导线1中银的含量，选择大于1％是考虑其导电性能及导线的强度。当银的含量大于1％时，铜银合金导线1的导电率可大于80％IACS(国际退火紫铜标准，International Annealed Copper Standard)。由于铜银合金导线中银含量过高，则强度降低，导线无法得到有效运用，因此银的含量不得高于铜的30％。若从成本考虑，银的含量可小于10％。
上述实施例中的铜合金导线具有二层的结构，因此可减少涡流损耗及吉赫兹(GHz)频段的射频信号衰减，因此可很好的用于通信线缆及微波天线。由于铜银合金层的屏蔽作用，核心导线可有效防止电磁干扰及射频信号干扰
参阅图2，本发明第二实施例的铜合金导线2与第一实施例基本相同，不同之处在于铜银合金层21外还包覆有一银层22。银层22中的主要成分为银，以及可能的杂质。
参阅图3，上述实施例的铜合金导线可由以下方法制备。
步骤31，提供核心导线。核心导线的成分可为铜或铜基合金如黄铜。
步骤32，在所述核心导线上形成银层。根据不同的核心导线，算出铜的含量，以铜含量的1％～30％计算银层的厚度。再可用溅镀或者电镀的方法在核心导线上形成所需要厚度的银层。溅镀时可用银作为靶材，采用直流磁控溅镀法，使用氩气作为溅镀气体。调节溅镀或电镀的时间可改变银层的厚度。
步骤33，在保护气体氛围中用激光熔化所述银层及核心导线靠近表面部分。
保护气体用于防止核心导线中的金属被氧化，其可采用氮气或其他惰性气体，如氩气或氦气。
参阅图4，激光可用激光系统4发射。激光系统4包括二极管泵浦固体激光器41，挡板42，聚焦系统43，激光控制器44，及检测器45。
二极管泵浦激光器41中的激光工作物质可为掺钕铝石榴石(Nd:YAG)或钕玻璃(Nd:YVO4)，其发出的激光波长为1064纳米。二极管泵浦激光器41还可为二倍频二极管泵浦激光器，其发出的光波长为532纳米，低的波长具有更高的精确度，可获得更加均匀的铜银合金。聚焦系统43用于聚集二极管泵浦激光器41发射出的激光。激光控制器44用于控制激光器的运行，激光器的重要运行参数包括脉冲能量、脉冲时间、脉冲频率，对上述参数进行最优化处理可获得低表面粗糙度的铜合金层。因此检测器45用于检测被处理的导线表面，根据表面熔化情况利用激光控制器44改变二极管泵浦激光器41运行参数以获得最低的粗糙度。
本步骤中可使用多个激光系统同时对核心导线表面及银层进行处理。两个相对设置的激光器作为一组，本实施例中使用两组或三组激光系统同时进行热处理。同时使用多组激光系统加热可增加热流均匀性。
控制激光系统使靠近表面处的核心导线及银层熔化，由于此时核心导线中的铜与银层中的银仍是分离的，熔化时的最低温度为组成核心导线的材料的熔点或银的熔点中较高的一个。此过程中需要控制输入的激光能量，仅使部分核心导线熔化。由于激光具有很高的能量密度，可在短时间内将金属熔化，而传导出去的热量不足将内层的核心导线熔化。
银层及部分铜层熔化后在铜银介面处相互混合，形成铜银的单相熔化物。若银层较厚，则外层的银不能与铜充分混合，最终会形成一铜银单相熔化物层及一熔化的银层，当然银层中可包括少量杂质。
步骤34，冷却，得到铜银合金导线。
以铜银的单相熔化物中银的含量为10％为例，温度处于铜的熔点(a点)附近时保持单相的状态，此时若将熔化物快速冷却，沉淀物来不及析出，则最终得到的铜银合金过饱和的β相铜银固溶体，但过饱和的β相铜银固溶体是不稳定的，放置后会发生时效脱溶(Precipitation)，时效脱溶过程中会析出各种弥散分布的亚稳定沉淀相，这种亚稳定沉淀相与母相共格或局部共格使合金强化。
但若降温过程缓慢，则熔化物将沿相图形成合金，参阅图5，是铜-银体系的相图，铜-银体系属于部分互溶且具有最低共熔点的体系，铜熔点为1080℃，银熔点960℃，最低共熔点为780℃，共熔点组成为铜28％、银72％，铜银可形成两种固溶体，α相铜银固溶体及β相铜银固溶体。当温度降低至b点时，熔化物内开始弥散的析出β相铜银固溶体，随温度的降低，β相铜银固溶体组成沿cC线变化，熔化物的组成沿bE线变化。温度降低至780度时，开始析出α相铜银固溶体，微观上，α相铜银固溶体与β相铜银固溶体的小晶粒可相互重叠析出直至完全析出成固态。此后α相铜银固溶体与β相铜银固溶体的组成分别沿DF线及CG线变化。最终冷却到室温时，形成铜的小晶粒与银的小晶粒相互均匀混合的合金结构。
优选的，还可包括步骤35，对已形成铜银合金层的导线进行退火处理。退火可在一般退火炉中进行，退火温度可在300～500℃之间，退火时间0.5～20小时，退火可消除应力，防止铜银合金层破裂，而强度无显著降低。
退火还可在快速升温退火炉(Rapid Thermal Annealing)中进行，退火温度约为600℃，退火时间5～120秒。
以上以铜银相图为例进行说明，若核心导线为黄铜或其他铜基合金，也具类似的过程。经上述过程最终可得到如本发明实施例的铜银合金导线1。
为得到较细的铜银合金导线，可在步骤4及步骤5进行的同时进行拉伸动作。为使用激光熔化银层时具有高的热均匀性，可将核心导线进行旋转，其可通过一个沿核心导线圆周方向转动的电机来实现。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种铜银合金导线，其包括核心导线及包覆所述核心导线的铜银合金层，所述核心导线的主要成分为铜或铜基合金。
2.如权利要求1所述的铜银合金导线，其特征在于所述的铜银合金层外包覆有银层。
3.如权利要求1所述的铜银合金导线，其特征在于其中银的含量为铜的1～30％。
4.如权利要求1所述的铜银合金导线，其特征在于核心导线的成分为黄铜。
5.如权利要求1所述的铜银合金导线，其特征在于所述的铜银合金层中包括α相铜银固溶体及β相铜银固溶体。
6.一种铜银合金导线的制备方法，其包括以下步骤：
提供一核心导线，所述核心导线的材质可为铜或铜基合金；
在所述核心导线外表面上形成银层，所述银层中主要成分为银；
在保护气体氛围中用激光处理所述银层及所述核心导线靠近表面的部分，在所述的核心导线与所述银层界面处形成铜银合金层；
冷却得铜银合金导线。
7.如权利要求6所述的铜银合金导线的制备方法，其特征在于所述的保护气体为氮气或惰性气体。
8.如权利要求6所述的铜银合金导线的制备方法，其特征在于用激光处理所述银层还对所述核心导线进行拉伸动作。
9.如权利要求6所述的铜银合金导线的制备方法，其特征在于用激光处理所述银层时对所述核心导线进行旋转。
10.如权利要求6所述的铜银合金导线的制备方法，其特征在于其还进一步包括退火的步骤。
11.如权利要求6所述的铜银合金导线的制备方法，其特征在于退火在快速升温退火炉中进行。
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