.748 北京科技大学学报 第30卷 玻璃包覆层接触，主要由玻璃层传递拉伸载荷，当载 为214.6MPa.单晶铜（纯度99.95%）抗拉强度为 荷超过玻璃层可承受载荷的极限，玻璃发生脆断，载 128MPa,普通多晶铜线材（纯度99.95%）的抗拉强 荷瞬间加载于芯丝上，芯丝也随之发生断裂，又由 度为132MPa12].本文的纯铜芯丝试样表现出比单 于玻璃为脆性材料，因此其总位移很小， 晶铜丝和普通多晶铜丝高得多的抗拉强度， 图2(b)为根据图2(a)的拉伸载荷曲线所得到 600 的平均应力一应变曲线，由于玻璃包覆纯铜微丝由 两种材料组成，图2（凸）中应力为拉伸载荷除以总横 截面积的平均应力.由图可知，玻璃包覆纯铜微丝 400 延伸率较低，外径为27m的包覆丝抗拉强度 414MPa,延伸率约0.64%；外径为45m的包覆丝 200 抗拉强度169MPa,延伸率约0.55%. 2.2纯铜芯丝拉伸应力应变曲线 10 20 30 芯丝直径μm 图3所示为不同直径纯铜芯丝的拉伸应力一应 变曲线，由图可见，纯铜芯丝在较小的应变下迅速 图4芯丝直径与抗拉强度的关系 达到屈服点并开始塑性变形；在塑性变形阶段，应力 Fig.4 Relationship of tensile strength with pure copper diameter 随变形的进行增加缓慢，直至断裂，表现出较小的加 由于纯铜芯丝非常细小，所以在拉伸实验过程 工硬化率.对于直径10,16和30m的纯铜芯丝， 中，很难保证试样制备、加载操作及加载夹持状态等 其屈服强度与抗拉强度的比值分别为0.85,0.80和 条件的完全一致.因此，图4中相同直径芯丝的抗 0.75.而单晶铜线材和多晶铜线材的加工硬化率均 拉强度表现出较大的离散性，但从总的趋势看，芯 较高，单晶铜线材和多晶铜线材屈服强度与抗拉强 丝的抗拉强度随芯丝直径的减小而显著增加， 度的比值分别为0.315和0.6212]，远低于本文纯 芯丝抗拉强度随直径而变化的规律与微丝制备 铜芯丝的屈服强度与拉伸强度的比值 过程中纯铜芯丝组织形成有关，前期研究表明]， 600 当在水冷条件下进行微丝制备时，由于芯丝为单面 10 um 冷却，且微丝截面尺寸微小，热流Q可认为仅沿径 向方向流动，晶粒产生径向生长，沿横截面方向只有 400 一个晶粒，如图5所示.显然，在相同的冷却条件 16 um 30μm 下，不同直径的芯丝过冷度不同，导致凝固时临界晶 200 核半径也不一样，而且不同直径芯丝的冷却速率也 纯铜液 4 6 10 应变% 图3纯铜芯丝拉伸应力应变曲线 Fig.3 Tensile stress strain curves of pure copper fibers 玻璃 纯铜芯丝所表现出来的加工硬化率较低的特点 冷却水 与其微观组织特点有关，前期的研究结果表明：纯 Q 铜芯丝微观组织特点为单个晶粒沿长度方向排布， 0 晶界与轴线近似垂直，整个横截面只有一个晶 周液界面一 粒)].因此，与普通纯铜线材相比，纯铜芯丝的晶界 数量明显减少，晶界对位错运动的阻碍作用减小，从 品粒 而表现出较低的加工硬化率， 2.3芯丝直径与抗拉强度的关系 ,拉丝速度v 图4所示为纯铜芯丝直径与抗拉强度的关系曲 线.由图4可知，直径10m的芯丝平均抗拉强度 图5纯铜芯丝凝固物理模型 可达547.9MPa,直径30m的芯丝平均抗拉强度 Fig.5 Solidification physical model of a pure copper fiber玻璃包覆层接触‚主要由玻璃层传递拉伸载荷‚当载 荷超过玻璃层可承受载荷的极限‚玻璃发生脆断‚载 荷瞬间加载于芯丝上‚芯丝也随之发生断裂．又由 于玻璃为脆性材料‚因此其总位移很小． 图2（b）为根据图2（a）的拉伸载荷曲线所得到 的平均应力－应变曲线．由于玻璃包覆纯铜微丝由 两种材料组成‚图2（b）中应力为拉伸载荷除以总横 截面积的平均应力．由图可知‚玻璃包覆纯铜微丝 延伸率较低‚外径为 27μm 的包覆丝抗拉强度 414MPa‚延伸率约0∙64％；外径为45μm 的包覆丝 抗拉强度169MPa‚延伸率约0∙55％． 2∙2 纯铜芯丝拉伸应力应变曲线 图3所示为不同直径纯铜芯丝的拉伸应力－应 变曲线．由图可见‚纯铜芯丝在较小的应变下迅速 达到屈服点并开始塑性变形；在塑性变形阶段‚应力 随变形的进行增加缓慢‚直至断裂‚表现出较小的加 工硬化率．对于直径10‚16和30μm 的纯铜芯丝‚ 其屈服强度与抗拉强度的比值分别为0∙85‚0∙80和 0∙75．而单晶铜线材和多晶铜线材的加工硬化率均 较高‚单晶铜线材和多晶铜线材屈服强度与抗拉强 度的比值分别为0∙315和0∙62［12］‚远低于本文纯 铜芯丝的屈服强度与拉伸强度的比值． 图3 纯铜芯丝拉伸应力应变曲线 Fig．3 Tensile stress-strain curves of pure copper fibers 纯铜芯丝所表现出来的加工硬化率较低的特点 与其微观组织特点有关．前期的研究结果表明：纯 铜芯丝微观组织特点为单个晶粒沿长度方向排布‚ 晶界与轴线近似垂直‚整个横截面只有一个晶 粒［5］．因此‚与普通纯铜线材相比‚纯铜芯丝的晶界 数量明显减少‚晶界对位错运动的阻碍作用减小‚从 而表现出较低的加工硬化率． 2∙3 芯丝直径与抗拉强度的关系 图4所示为纯铜芯丝直径与抗拉强度的关系曲 线．由图4可知‚直径10μm 的芯丝平均抗拉强度 可达547∙9MPa‚直径30μm 的芯丝平均抗拉强度 为214∙6MPa．单晶铜（纯度99∙95％）抗拉强度为 128MPa‚普通多晶铜线材（纯度99∙95％）的抗拉强 度为132MPa ［12］．本文的纯铜芯丝试样表现出比单 晶铜丝和普通多晶铜丝高得多的抗拉强度． 图4 芯丝直径与抗拉强度的关系 Fig．4 Relationship of tensile strength with pure copper diameter 由于纯铜芯丝非常细小‚所以在拉伸实验过程 中‚很难保证试样制备、加载操作及加载夹持状态等 条件的完全一致．因此‚图4中相同直径芯丝的抗 拉强度表现出较大的离散性．但从总的趋势看‚芯 丝的抗拉强度随芯丝直径的减小而显著增加． 图5 纯铜芯丝凝固物理模型 Fig．5 Solidification physical model of a pure copper fiber 芯丝抗拉强度随直径而变化的规律与微丝制备 过程中纯铜芯丝组织形成有关．前期研究表明［5］‚ 当在水冷条件下进行微丝制备时‚由于芯丝为单面 冷却‚且微丝截面尺寸微小‚热流 Q 可认为仅沿径 向方向流动‚晶粒产生径向生长‚沿横截面方向只有 一个晶粒‚如图5所示．显然‚在相同的冷却条件 下‚不同直径的芯丝过冷度不同‚导致凝固时临界晶 核半径也不一样‚而且不同直径芯丝的冷却速率也 ·748· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷