單晶連鑄鋁線材的導(dǎo)電性能

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1、第9卷第1期中國有色金屬學(xué)報(bào)1999年3月Vol.9No.1TheChineseJournalofNonferrousMetalsMar.1999①單晶連鑄鋁線材的導(dǎo)電性能范新會(huì)李建國　傅恒志(西安工業(yè)學(xué)院材料工程系,西安710032)(西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710072)摘　要　　測(cè)試了單晶連鑄鋁線材的室溫導(dǎo)電性能,單晶連鑄工業(yè)純鋁的電阻率平均為2.6455×-810Ωm,比金屬型多晶試樣表面細(xì)晶區(qū)降低11.5%,比中心粗晶區(qū)降低8.1%。晶界的有無對(duì)電阻率的影響很大,而晶界的多少對(duì)電阻率的影響較小。晶界對(duì)電阻率的影

2、響,歸因于晶界上大量存在的空位、位錯(cuò)及雜質(zhì)對(duì)電子散射的綜合效應(yīng)。關(guān)鍵詞　金屬單晶　連續(xù)鑄造　工業(yè)純鋁　電阻率　晶界中圖法分類號(hào)TG113.223　　隨著電子工業(yè)和通訊技術(shù)的發(fā)展,對(duì)導(dǎo)體探討晶界對(duì)導(dǎo)電性能及信號(hào)傳輸性能的影響。金屬的性能提出了更高的要求;尤其是對(duì)作為通訊和音響電纜的導(dǎo)體線材,更要求其減小信1　試驗(yàn)方法號(hào)傳輸?shù)氖д嫘?。因?人們一方面追求使用[1]高純金屬導(dǎo)體如6N2OFC,另一方面則從導(dǎo)1.1　試樣及其加工體線材的制造工藝入手,改善金屬導(dǎo)體的組織鑄態(tài)試樣從單晶連鑄d8mm線材[5]上截[2]結(jié)構(gòu),如在日本先后開發(fā)的LC2O

3、FC和取,以金屬型澆注的同種材料d8mm多晶試[3]PCOCC銅線材,已用于高保真音像電纜。棒為對(duì)比試樣。選用金屬型鑄棒是考慮到可以LC2OFC是80年代初期采用的技術(shù),它是將得到典型的柱狀晶組織,如圖1(b)所示。這種無氧銅(OFC)在隋性氣氛中加熱至接近熔點(diǎn)溫柱狀晶的方向基本上與試樣軸線方向垂直,因度,進(jìn)行固相處理使晶粒異常長(zhǎng)大,得到巨大此沿長(zhǎng)度方向,主要為橫向晶界,從而可以研晶粒無氧銅(GC2OFC);再經(jīng)過機(jī)械拉拔,使究橫向晶界對(duì)導(dǎo)電性能的影響。此外,金屬型晶粒沿著拉拔方向伸長(zhǎng),成為平行排列的線性鑄棒內(nèi)外組織晶粒大小相差較大,可

4、以研究橫無氧銅組織(LC2OFC)。這種組織使垂直于軸向晶界數(shù)目對(duì)電阻率影響的定量關(guān)系。為此,線的橫向晶界減少,做為音像電纜導(dǎo)體,使音將鑄態(tài)試棒先從中間用電火花切割方法取出1質(zhì)的效果明顯提高。自80年代中后期,單晶連mm厚的薄片(如圖2所示)。再將此薄片沿直鑄技術(shù)被開發(fā)以后,采用單晶金屬導(dǎo)體制造音徑方向切成1mm×1mm的方條,長(zhǎng)120mm。像電纜成為可能,由于完全消除了橫向晶界,這樣從多晶試樣不同位置上切取的方條樣內(nèi)便其信號(hào)傳輸特性應(yīng)比LC2OFC更高。古河電器具有不同數(shù)目的橫向晶界數(shù)。為了使測(cè)量具有公司以單晶連鑄技術(shù)開發(fā)的PCOCC

5、(Pure可比性,單晶試樣也同樣切取。試樣編號(hào)從圓CopperbyO.C.C.)系列音像電纜,被認(rèn)為是柱試樣邊緣到中心分別為1,2,3,4,單晶試[4]最理想的導(dǎo)體。樣和多晶試樣編號(hào)前分別加“S”和“P”區(qū)別。通過對(duì)單晶連鑄鋁線材的導(dǎo)電性能測(cè)試,1.2　晶界數(shù)量的測(cè)定①凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助　　收稿日期:1997-12-29;修回日期:1998-06-28范新會(huì),男,33歲,工學(xué)博士,副教授?1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·88·中

6、國有色金屬學(xué)報(bào)　　　　　　　　　　　　　　　　　1999年3月-6從試樣的縱剖面金相照片上(圖1(b)),在雙臂電橋,其測(cè)量電阻的精度可達(dá)10Ω。所各電阻試樣對(duì)應(yīng)位置處,測(cè)量3次以上沿長(zhǎng)度有試樣的電阻統(tǒng)一在同一溫度下測(cè)量(測(cè)量當(dāng)方向1cm線段上的晶界數(shù),取其平均值代表日室溫～18℃),電阻率按歐姆定律計(jì)算:相應(yīng)電阻試樣單位長(zhǎng)度的晶界數(shù)(個(gè)/cm)。由Sρ=R·(1)于電阻試樣的橫截面積較小(與晶粒的最小尺L式中ρ—計(jì)算的試樣電阻率,Ω·m;R—測(cè)寸相當(dāng)),故可認(rèn)為在電阻試樣的橫截面中只2量的試樣電阻,Ω;S—試樣的截面積,m;有一個(gè)晶粒

7、,即不存在縱向晶界。這樣,所測(cè)L—測(cè)量電阻時(shí)電壓測(cè)取點(diǎn)之間的距離,m。量的單位長(zhǎng)度的晶界數(shù)即可近似代表單位體積23中的晶界面積,即面缺陷密度(cm/cm)。1.3　電阻率的測(cè)量2　試驗(yàn)結(jié)果由于純金屬鋁是電的良導(dǎo)體,電阻率較小,因此要求測(cè)量方法及儀器具有較高的精圖3是晶界數(shù)與電阻率的關(guān)系。從圖中可度。以看出,單晶鋁具有很低的電阻率,而多晶鋁試樣隨著橫向晶界數(shù)目的增加電阻率增加。單-8晶鋁的電阻率平均為2.6455×10Ωm(誤差小于1%),比金屬型多晶試樣表面細(xì)晶區(qū)降低11.5%,比中心粗晶區(qū)降低8.1%。從而說明橫向晶界對(duì)導(dǎo)電性能有顯著

8、影響。圖1試樣的金相組織Fig.1Microstructuresofsamples(a)—Singlecrystalsample×1.2;(b)—Polycrystalsample×1.6圖3晶界數(shù)與電阻率