铜铝复合材料生产与应用

【摘要】文章介绍了铜铝复合材料的制备方法，包括爆炸复合法、轧制复合法、挤压-拉拔法，并探讨了其在各个领域的应用。

【关键词】铜铝复合材料;生产方法;领域;应用

最近几年，我国的科学技术飞速发展，各领域对材料性能的需求也逐渐提高，规定的使用条件甚至达到了非常严苛的程度，例如在进行工业生产时，不仅要节约成本，尽可能少的消耗稀贵金属，还要使材料的使用性能不受影响，复合材料就是在这种情况下应运而生的。铜铝复合材料综合了铝和铜的化学与物理性能，弥补了单一材料的不足，而且价格互补有助于节约成本，使生产效益提高。，具有良好的应用前景。

1铜铝复合材料的生产方法

目前有许多方法可以生产铜铝复合材料，例如双结晶器连铸法、充芯连铸法、挤压拉拔复合法、爆炸复合法、轧制复合法等，现对较为常用的几种方法进行如下介绍。

1.1挤压-拉拔法

该方法通常用于简单断面型材和铜铝符合线、棒、管材的生产。对于复合铜铝双金属而言，挤压-拉拔法非常适合，原因是工艺较简单，没有过高的设备要求，而且铝和铜材质均较软，很容易完成挤压拉拔操作。在具体生产时，一般采用复合坯料挤压法，首先用两个空心坯将内外层组装为复合坯，接着再开始挤压与拉拔。该方法的缺点是，很可能使界面呈竹节状、产生外形波浪，严重时还会导致破裂与硬层现象;如果金属在挤压时没有均匀流动，很可能导致挤压管材的内外层壁厚沿长度方向不均匀。其优点为模孔周围挤压变形区中高压、高温条件有助于扩散界面的原子，实现冶金结合的目的;界面可能因挤压产生的延伸变形而出现比例较大的新生表面。

该方法主要是依靠来自于炸药爆炸的能量，两块碰撞的金属板在微秒级时间内产生104MPa的高压与106～107/s的应变速度，进而❥达到焊接复合异种金属的目的。因为界面高温与加载压力持续时间很短，不同元金属间无法发生完整的化学反应，通常焊合区厚度小于几十微米，所以在焊接大多数金属对时都能采✪用该方法。爆炸复合法在使用时存在危险性，缺点为劳动条件差、机械化程度低。其优点较多，例如复合材料有较高的结合强度，能够符合各种异型件，有较强的灵活性，可避免生产脆性金属间化合物，可以复合材料性能具有较大差异的金属组合。因为有金属的熔化与塑性变形存在于铜铝爆炸复合板的结合区，铝和铜的原子在界面附近相互扩散，有冶金过程发生于结合区，且分离强度较高，所以其结合强度也很高。

1.3轧制复合法

该方法的原理主要是，通过轧制产生压力，使至少两层的金属板一起出现塑性变形，导致金属层表面破裂，里层活化而洁净的金属露出，板与面之间产生冶金结合，通过热扩散使界面在后续热处理过程中进一步稳固并强化结合。异步轧制复合、冷轧复合和热轧复合都属于轧制复合法。通常先进行表面处理，接着轧制复合，最后实施热处理、采用该方法时使用的界面应当有一定的粗糙度，且保持清洁，有助于热扩散，塑性变形和压力足够大。表面处理包括建立覆膜法、机械法与化学法，一般通过结合采用机械法与化学法来提高处理效果。进行轧制复合时主要有三个步骤，分别为冷轧复合、加热与二次轧制，其优点包括效率高、工艺简单、复合强度大等。研究显示，当压下量为60%，轧制温度为430℃时，获得的复合材料有较好的强度，科学的热处理操作能够使界面性能受到金属化合物的影响程度减轻。

2☒铜铝复合材料的应用

2.ฝ1铜铝复合接头材料的应用

制冷、电气、石化工等领域都应用了铜铝复合接头材料。因为这种材料有广泛的应用范围，所以具有许多不同的品种，例如太阳能接受装置、铜铝软带接头、熔铸型铜铝过渡接头、阴极铜铝压接器、变压器铜铝母线过渡装置接头等。现阶段我国主要采用镀覆过渡层焊、电子束焊、超声波焊、扩散焊、摩擦焊、压焊等焊接方法生产铜铝复合接头。

2.2铜铝复合板带的应用

将一层铜包裹于铝板表面而形成的复合材料就是铜铝复合板带。紫铜带不仅有很大的需求量，而且具有广泛的应用面，将其用铜铝复合板带替代后，可以被应用于信号传输、电力传输等多个领域，前景广阔，为此类产业发展奠定了基础。目前我国主要通过铸轧法、模铸复合法、爆炸复合法轧制复合法等工艺生产铜铝复合板带，每种方式的特点与优势均不同，应当以产品的特点为依据选择相应的方法。通常情况下，轧制复合法能够达到大规模工业化生产的目标，美国首先研发了控制气氛轧制复合技术，并且生产了与之相配套的设备，能够通过带式法生产铜铝轧制复合板带，生产效率比较理想。

铜铝复合板带的种类很多，所以应用范围也比较广泛。其中铝基覆铜箔层压板的优点主要有刚性好、尺寸稳定、板材平整、电磁屏蔽性好、易于机械加工、散热性好、热阻小等，在电子元器件、电视机、摩托车、汽车等的印制电路板应用比较广泛。将铜铝复合板用作铜铝母线排的过渡接头与供电部位的导电板，不会导致表面拉弧或过热，不仅价格低廉，而且可以延长导电板寿命，降低电能损耗，具有稳定的导电性能。而太阳能热水器铜铝复合板的优点主要包括耐腐蚀、使用寿命长、耐压性能强、集热效率高、热性能好等，对于新型太阳能热水器而言，它可以作为首选的集热元件、有关资料显示，太阳能热水器中性能较好者通常使用了管板式平板集热器，将其换为铜铝复合板，可以显著减少单位面积集热板上消耗的有色金属，并且提高热效率，大幅度增加经济效益。

2.3铜包铝复合线材的应用

铜包铝复合线材的芯部是铝，外层是紫铜或者纯铜，其铜/铝厚度比通常是15%。移动通信信号与有线电视信号有较高的频率，范围通常为50～800MHz，高频电流因为“集肤效应”而在导体表面层集中传输，由于铝的导电性能较好，所以将紫铜或纯铜电缆换为铜包铝复合线材后有助于提升其传输效率。此外，可靠性高、稳定性高、价格低、密度小等都是铜包铝线电缆的优点。我国具有最多的CATV用户，如今有线电视网络在信息产业不断进步的背景下逐渐更新和发展，网络逐渐综合了计算机、电话和有线电视，所以在制作同轴电缆时以优质铜包铝线为材料，有很大的发展潜力。

现阶段我国主要通过静液挤压法、包覆焊接法、轧制法等工艺方法生产铜包铝复合线，从本质上而言，这些方法均为固相结合法，使结合面发生塑性变形，从而与原子间距离相接近，产生许多结合点，接着经过扩散热处理，牢固结合各界面。对坯料的清洁度有较高要求是其存在的不足之处，与此同时，进行加工时很可能发生芯材或包覆层断裂、界面局部开裂等情况，从而降低导电率和成品率。为了节约生产成本，并且使生产效率提高，最近几年开始用双结晶器法、CFC法等连续铸造技术对铜包铝复➳合线进行加工，效果良好。

3结束语

综上所述，铜铝复合材料具有多种优良性能，铜铝复合接头材料、铜铝复合板带、铜包铝复合线材均在不同领域得到了广泛应用，尤其是铜铝复合板带，应用领域包括电力电气、通讯屏蔽、导热散热等行业，有了比较成熟的生产工艺，发展前景较好。为了充分发挥铜铝复合材料的性能，必须深入研究其生产与制备过程，在节约金属的同时充分减少成本，提高企业的经济效益与我国的社会效益。

参考文献：

[2]徐高磊，张迎晖，林木法，等.铜铝复合材料的研究与应用[J].有色金属加工，2014（4）.

[3]尚郑平，范国栋，周肇阳，等.铜铝复合材料生产与应用[J].中国有色金属，2014（13）.