铜包铝复合材料及其制备方法

铜或铜合金一直被视为同轴电缆内导体的首选材料,但铜资源比较稀少,价格较高。随着复合技术的不断发展与进步,在保证导电性能的前提下采用复合技术,用廉价的金属部分替代铜以降低生产成本,显然是一个合理的研发方向,其中铜包铝复合线材是纯铜材料的比较理想的替代品。铜包铝线的结构特点是:外层为纯铜或紫铜,其厚度较小,芯部为铝金属。有线电视信号和移动通信信号的频率很高,一般在50~800MHz ,由于“集肤效应”,高频电流主要集中在导体的表面层传输,而且铝本身也具有良好的导电性能,因而采用铜包铝复合材料代替纯铜或紫铜可以保证电缆的传输效率。铝的价格低于铜,采用复合线材,可以节省我国较缺乏的铜资源;铜包铝线的密度是纯铜线的37%~40%,直接用作射频电缆的内导体可使其重量大幅度降低,便于运输、安装,降低敷设费用。实际应用的结果表明,与用纯铜作内导体的情形相比,在信号传递,特别是在高频信号传递方面,由于导体的集肤效应,性能上相差很小。上海、深圳等地各有线电视台已经采用了用铜包铝线作为内导体的同轴电缆,实际应用效果与纯铜线没有区别。此外,当同轴射频电缆用铝管作外导体时,采用铜包铝线作为内导体,可使其热膨胀系数和弹性模量与铝管相接近,从而提高了电缆使用的稳定性和可靠性。因此,铜包铝双金属层状复合材料在信号传输和电力输送等领域正在获得越来越广泛的应用。

铜包铝线的制备工艺基本上均采用固相结合法,即通过塑性变形使两金属结合面接近到原子间距离,形成大量的结合点,经过扩散热处理,最终形成界面的牢固结合。工业上的制备方法主要有铸造? 挤压

法、静液挤压法、轧制压接法和包覆焊接法等,但这些方法普遍存在界面结合差和表面处理困难等缺点。北京科技大学谢建新等人开发了充芯连铸复合法,这是一种适合于包覆材料熔点远高于芯材的复合材料连铸直接成形工艺,具有工艺流程短、所制备的坯料界面达到冶金结合、可实现大断面复合坯料成形等优点。这种新工艺的原理为:在连续铸造外层金属坯壳的同时充填芯部金属;首先形成外层金属材料铜的管状坯壳,在坯壳温度降低到一定程度时充填芯部金属液,通过两种元素间的相互扩散或中间反应将两种金属材料结合为一体.实现复合过程。实践证明,该工艺可以实现无氧化复合,克服了包覆成形制造工艺中芯材或包覆层预处理过程复杂、界面质量不稳定等缺陷。复合连铸开始时,铜液充入结晶器中先凝固成铜管并通过牵引机构连续引出。随后铝液通过石墨芯管连续充入铜管中,通过结晶器的一次冷却和喷水二次冷却控制铝的凝固过程以及铜铝之间的界面反应,实现铜包铝复合材料的连续制备。

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