D0I:10.13374/j.issnl(00103x.2010.10.022 第32卷第10期 北京科技大学学报 Vo132N910 2010年10月 JoumalofUniversity of Science and Technopgy Beijng 0ct2010 大直径单晶铜棒材的连续定向凝固制备 袁宝龙王自东吴春京张鸿 北京科技大学材料科学与工程学院北京10083 摘要采用自制真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备成功制备出了大直径单晶纯铜棒林，研究了工艺参数对大直径连续 定向凝固纯铜棒材凝固组织与表面质量的影响，分析测试了连续定向凝固大直径纯铜棒材的力学性能和电学性能.结果表 明：在熔体温度1150~1180℃、结晶器出口温度750℃，冷却水量900上、冷却距离50mm以及拉坯速度9mmmr时，可 连续稳定地制备直径为中16mm的表面光亮的单晶纯铜棒材.其抗拉强度12852MP延伸率76%，导电率1052%4CS 具有优良的力学性能和电学性能。 关键词定向凝固：单晶铜：棒材：力学性能：电学性能 分类号TG249下G1461+1 Preparation of single crystal copper bars w ith large diameter by continuous un i directional solid ification YUAN Bao lang WANG Zi-dong WU Chun jng ZHANG Hong School ofMaterials Science and Engneerng Unive rsity of Science and Technology Be ijing Beijing100083 China ABSTRACT Single crysul pure copper bars w ith ge diameter were prepared by a selfdeveloped vacuum melting and argon protec ting contnuous unidirectional solidification equ im ent the effects of process param eers on their sold ifed stucture and surace quality were investigated and theirm echanical properties and electrical properties were tested and aayzed The results show that single crys l pure copper bars of 16mm with brght surface can be contnuousy and stably prduced under the cond itons of he melting mper atre of 1150C to1180C,hema H ou tlet temperaure of750C.the coolngwater volume of900 I:he cooling distance of50 mm and the drawing speed ofo mm m The ensile strengt epngation and canductivity of the sngle crysal pure copper bars are 128 52MPa 767%and 105.2%ACS respectively which show excellentmechan icalproperties and ekctrical properties KEY WORDS unidirectional solidifcation singe crysul copper bars mechanical poperties electrical properties 单晶铜消除了作为电阻产生源和信号衰减源的 应用前景6-0 品界而具有优异的综合性能：卓越的电学和信号传 目前工业生产的单晶铜杆坯及线材并不是严格 输性能。良好的塑性加工性能，优良的抗腐蚀性能 意义上的单一晶粒，国内外科研院所、实验室研制的 显著的抗疲劳性能：同时，单晶铜减少了偏析、气孔、 单晶铜规格主要集中在直径8及以下，并且其取 缩孔和压杂等铸造缺陷，具有光亮的表面质量1. 向集中度有待进一步提高.因此，本实验以 单晶铜产品作为制作高保真音视频信号、高频数字 99.999%的纯铜为原料，采用下引式真空熔炼、氩气 信号传输线缆和微电子行业用超微细丝的顶级材 保护连续定向凝固技术制备较大直径(16m)的 料，可用于手机、音响和电脑等领域，使微电子器件 单晶铜杆，研究纯铜棒材的连续定向凝固工艺和组 性能更佳、体积更小及寿命更长，因而单晶铜在国防 织性能，为开发高质量、高性能的大直径单晶纯铜棒 新技术、民用电子、通讯以及网络等领域有着广泛的 材提供参考. 收稿日期：2010-01-11 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(N?2007AA03Z☑08) 作者简介：袁宝龙(1979-，男.博士研究生：王自东(1964，男，教授博士生导师，Em明wm©263net第 32卷 第 10期 2010年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.10 Oct.2010 大直径单晶铜棒材的连续定向凝固制备 袁宝龙 王自东 吴春京 张 鸿 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 摘 要 采用自制真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备成功制备出了大直径单晶纯铜棒材, 研究了工艺参数对大直径连续 定向凝固纯铜棒材凝固组织与表面质量的影响, 分析测试了连续定向凝固大直径纯铜棒材的力学性能和电学性能.结果表 明:在熔体温度 1 150 ～ 1 180℃、结晶器出口温度 750℃、冷却水量 900L·h-1 、冷却距离 50mm以及拉坯速度 9mm·min-1时, 可 连续稳定地制备直径为 16mm的表面光亮的单晶纯铜棒材.其抗拉强度 128.52MPa, 延伸率 76.7%, 导电率 105.2% IACS, 具有优良的力学性能和电学性能. 关键词 定向凝固;单晶铜 ;棒材;力学性能;电学性能 分类号 TG249.7;TG146.1 + 1 Preparationofsinglecrystalcopperbarswithlarge-diameterbycontinuousuni￾directionalsolidification YUANBao-long, WANGZi-dong, WUChun-jing, ZHANGHong SchoolofMaterialsScienceandEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT Singlecrystalpurecopperbarswithlarge-diameterwerepreparedbyaself-developedvacuummeltingandargonprotec￾tingcontinuousunidirectionalsolidificationequipment, theeffectsofprocessparametersontheirsolidifiedstructureandsurfacequality wereinvestigated, andtheirmechanicalpropertiesandelectricalpropertiesweretestedandanalyzed.Theresultsshowthatsinglecrys￾talpurecopperbarsof 16mmwithbrightsurfacecanbecontinuouslyandstablyproducedundertheconditionsofthemeltingtemper￾atureof1150℃ to1180℃, themouldoutlettemperatureof750℃, thecoolingwatervolumeof900L·h-1 , thecoolingdistanceof50 mm, andthedrawingspeedof9mm·min-1.Thetensilestrength, elongationandconductivityofthesinglecrystalpurecopperbarsare 128.52MPa, 76.7% and105.2% IACS, respectively, whichshowexcellentmechanicalpropertiesandelectricalproperties. KEYWORDS unidirectionalsolidification;singlecrystalcopper;bars;mechanicalproperties;electricalproperties 收稿日期:2010-01-11 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(No.2007AA03Z108 ) 作者简介:袁宝龙(1979— ), 男, 博士研究生;王自东(1964—), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:wangzdg@263.net 单晶铜消除了作为电阻产生源和信号衰减源的 晶界而具有优异的综合性能:卓越的电学和信号传 输性能,良好的塑性加工性能 , 优良的抗腐蚀性能, 显著的抗疲劳性能 ;同时 ,单晶铜减少了偏析 、气孔、 缩孔和压杂等铸造缺陷 , 具有光亮的表面质量 [ 1--5] . 单晶铜产品作为制作高保真音视频信号 、高频数字 信号传输线缆和微电子行业用超微细丝的顶级材 料, 可用于手机 、音响和电脑等领域 , 使微电子器件 性能更佳 、体积更小及寿命更长,因而单晶铜在国防 新技术、民用电子、通讯以及网络等领域有着广泛的 应用前景 [ 6--10] . 目前工业生产的单晶铜杆坯及线材并不是严格 意义上的单一晶粒,国内外科研院所 、实验室研制的 单晶铜规格主要集中在直径 8 mm及以下 ,并且其取 向集中度有待进一步提高 [ 11--15] .因此 , 本实验以 99.999%的纯铜为原料 ,采用下引式真空熔炼、氩气 保护连续定向凝固技术制备较大直径 (16 mm)的 单晶铜杆,研究纯铜棒材的连续定向凝固工艺和组 织性能 ,为开发高质量 、高性能的大直径单晶纯铜棒 材提供参考 . DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.10.022