銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的性能及其應(yīng)用

周 弦

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

我國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)正處于快速發(fā)展的時(shí)期，社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的建設(shè)對(duì)于各類金屬原材料的需求正處于快速增長(zhǎng)的階段，鋁銅材料在機(jī)械材料加工中應(yīng)用極其廣泛，隨著現(xiàn)代科技對(duì)于金屬原材料性能要求的提高，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料在相關(guān)領(lǐng)域日益發(fā)揮著重要的作用，對(duì)于銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的性能及其應(yīng)用分析有著深刻的社會(huì)意義和理論價(jià)值[1]。

1 相關(guān)概述

復(fù)合導(dǎo)體是將兩種不同的導(dǎo)體用機(jī)械或冶金方法， 使其復(fù)合成一體。 通常是擇取各自優(yōu)點(diǎn)。隨著新技術(shù)新工藝的不斷出現(xiàn)，以銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料為代表的新型材料解決了很多需要較強(qiáng)的導(dǎo)電性以及對(duì)質(zhì)量要求較高的用料需求[2-5]。當(dāng)前市面上出現(xiàn)了很多的復(fù)合導(dǎo)體的材料，但是以銅鋁復(fù)合導(dǎo)體最為常用，因此很多企事業(yè)單位和研究機(jī)構(gòu)對(duì)鋁銅復(fù)合導(dǎo)體的研究投入了大量的資金和科研力量。當(dāng)前的鋁銅復(fù)合導(dǎo)體一般核心部件是由銅和鋁制成的，一般表面附著的是銅，里面為鋁，融合現(xiàn)代制造工藝，形成符合多種制造需求的銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料。

這種復(fù)合導(dǎo)體材料在性能上表現(xiàn)為以下幾方面的內(nèi)容：首先就是在導(dǎo)電性上，和其它導(dǎo)體材料相比，這種復(fù)合導(dǎo)體材料對(duì)于外部手段介入的要求很低，導(dǎo)電效果好，具有很好的比較優(yōu)勢(shì)。其次就是其質(zhì)量很輕，和傳統(tǒng)的金屬導(dǎo)體相比，傳統(tǒng)的金屬導(dǎo)體銅的質(zhì)量是該復(fù)合導(dǎo)體的質(zhì)量的一倍，這對(duì)于質(zhì)量要求較高的高科技領(lǐng)域來講，能夠提供更大的效能，當(dāng)前在航天航空、軌道交通以及微電子領(lǐng)域等，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較為廣泛的應(yīng)用，能夠很大程度上提升材料的使用效率，提高性價(jià)比。最后從經(jīng)濟(jì)成本的角度來看，鋁銅作為市面上最為常見的導(dǎo)體材料，尤其是鋁原料價(jià)格相對(duì)便宜，能夠大幅度降低該復(fù)合導(dǎo)體制造成本，這也是銅鋁復(fù)合導(dǎo)體具有廣闊的市場(chǎng)前景的重要原因。

2 銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的性能類型分析

2.1 銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的種類

銅鋁復(fù)合導(dǎo)體是當(dāng)前較為常見的導(dǎo)體材料，通過實(shí)踐證明，當(dāng)前企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中，所采用的銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料主要分為以下三類：第1 種類型為圓形實(shí)心導(dǎo)體，即銅包鋁線。該導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)已從 2000 年的電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)升格為2012 年的國家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)同軸通信電纜標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，該類型用于直徑較細(xì)的射頻同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體。與此同時(shí)，人們還將銅包鋁線用于工頻電線電纜導(dǎo)體，開發(fā)出多種諸如建筑布線、電力電纜、阻燃電纜、控制電纜以及電焊機(jī)電纜等電工產(chǎn)品，并在生產(chǎn)和使用的實(shí)踐中積累了可貴的經(jīng)驗(yàn)。但銅包鋁線在工頻線纜產(chǎn)品中的應(yīng)用至今尚未制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。第2 種類型為管狀導(dǎo)體，即銅包鋁管，主要用于直徑較粗(φ7.00mm～φ13.10mm)的射頻同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體。過去發(fā)布的電信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中曾規(guī)定使用銅管。在電信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定采用銅包鋁管為內(nèi)導(dǎo)體。近年來我國頒布了GB/T 33952-2017《銅包鋁管》國家標(biāo)準(zhǔn)，為較粗射頻同軸電纜的生產(chǎn)和應(yīng)用，提供了可靠的依據(jù)。第 3 種類型為矩形導(dǎo)體，主要為應(yīng)用于電控和配電設(shè)備等領(lǐng)域的銅鋁復(fù)合母線。銅鋁復(fù)合母線是大截面、承載大電流的導(dǎo)體材料，對(duì)其使用性能及可靠性要求很高，生產(chǎn)設(shè)備和工藝也較復(fù)雜。但以蘇州華銅復(fù)合材料有限公司為首的多家生產(chǎn)企業(yè)，認(rèn)定了銅鋁復(fù)合母線代替銅母線的優(yōu)良特性及其巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在高等院校、科研院所的配合下，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝、產(chǎn)品的技術(shù)特性和質(zhì)量等方面進(jìn)行了全方位的試驗(yàn)研究。國內(nèi)企業(yè)歷經(jīng)多年的努力，研制出大截面的銅鋁復(fù)合母線新產(chǎn)品。以上三種類型的銅鋁復(fù)合導(dǎo)體能夠滿足當(dāng)前大部分銅鋁復(fù)合導(dǎo)體對(duì)于材料性能的要求，隨著科技的進(jìn)步，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體在新領(lǐng)域的應(yīng)用需要的變化，更多類型的銅鋁復(fù)合導(dǎo)體需要研發(fā)和實(shí)踐。

2.2 銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的性能

銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的性能和其本身的性質(zhì)是有著密切的聯(lián)系的，由于銅鋁本身所具有的性質(zhì)特點(diǎn)，和其它導(dǎo)體材料相比，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的材質(zhì)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性是經(jīng)過多次的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)得出的有效結(jié)論，也是在眾多工程經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出的結(jié)論，這種穩(wěn)定性有助于該復(fù)合導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的廣泛應(yīng)用[6-9]。其次是從該導(dǎo)體的構(gòu)成來看，由于鋁材料是金屬中較輕的優(yōu)良導(dǎo)體材料，該材料和銅質(zhì)導(dǎo)體相比，本身就減輕大量重量，綜合起來該復(fù)合導(dǎo)體能夠節(jié)約一半的重量。這種性能特點(diǎn)對(duì)于能耗要求較高的高科技領(lǐng)域具有很強(qiáng)的適用性，對(duì)于航空、交通等領(lǐng)域有著廣闊的前景。

3 銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的應(yīng)用與發(fā)展

3.1 銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的應(yīng)用分析

銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的應(yīng)用在工程實(shí)踐中已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過實(shí)踐證明，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料能夠在大多數(shù)環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)用。通過大量的科研院所和企業(yè)單位等機(jī)構(gòu)對(duì)于該復(fù)合導(dǎo)體的新型研究，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體在電力、鐵路變壓器等設(shè)施領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新的功能的應(yīng)用，很多科研人員加大了對(duì)銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的研究力度，通過各種加工工藝的改進(jìn)，在制造過程中改變制造的環(huán)境，使其性能更加穩(wěn)定，質(zhì)量更能夠適應(yīng)多樣化的工作環(huán)境。通過銅鋁排使用形式的影響，該復(fù)合導(dǎo)體在通信電纜領(lǐng)域的使用也得到了有效的擴(kuò)張，該復(fù)合導(dǎo)體材料在應(yīng)用中，除了上文分析的材質(zhì)輕盈、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)以外，該復(fù)合導(dǎo)體還具有抗腐蝕性的特點(diǎn)，這種特點(diǎn)對(duì)于應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜惡劣的電線電纜來講具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)該導(dǎo)體材料在使用中，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐證明，能夠有效的起到預(yù)防電磁干擾等特點(diǎn)。

當(dāng)前銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的應(yīng)用還包括汽車領(lǐng)域以及電纜中的使用。汽車作為當(dāng)今社會(huì)人們出行最為重要的交通工具，人們對(duì)于汽車的性能要求和性價(jià)比追求越來越高，汽車的材質(zhì)和制造工藝不斷地發(fā)生新的變化。汽車線束的應(yīng)用中，能夠看出該復(fù)合導(dǎo)體也具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的汽車線束缺乏精準(zhǔn)性，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)跳線等問題，在使用了銅鋁復(fù)合導(dǎo)體以后，能夠有效的解決跳線的問題。滿足汽車生產(chǎn)工藝對(duì)于精準(zhǔn)的布局的要求，同時(shí)能夠大幅度提升壓接性能。由于銅鋁復(fù)合導(dǎo)體自身具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，因此該復(fù)合導(dǎo)體制成的電纜能夠滿足大工程以及長(zhǎng)期使用等工程要求，該導(dǎo)體自身所具有的安全穩(wěn)定的性能，對(duì)于電纜的安全性有了很高的保證。

3.2 銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的發(fā)展前景分析

銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的發(fā)展前景是十分廣闊的。隨著我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的壓力越來越大，我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入到新常態(tài)發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型要求更多的新工藝新制造的產(chǎn)品出現(xiàn)。只有不斷提升我國工業(yè)制造的質(zhì)量和科技水平，我國的制造業(yè)才能朝著更加健康穩(wěn)健的道路不斷前進(jìn)。當(dāng)前我國的制造業(yè)發(fā)展正在大力實(shí)施走出去戰(zhàn)略。我國的世界工廠地位越來越鞏固，我國制造業(yè)的下一步發(fā)展是朝著質(zhì)量發(fā)展，邁向高端制造為新的發(fā)展目標(biāo)的。在此背景下，我國的高端制造業(yè)想要有所突破，需要在制造的技術(shù)和材料工藝有所突破和創(chuàng)新，以銅鋁復(fù)合導(dǎo)體為代表的新型材料和新型工藝的出現(xiàn)，能夠大幅度提升我國制造業(yè)的制造水平，增強(qiáng)我國制造業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)能力。

隨著我國在銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)的不斷加強(qiáng)，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料會(huì)在越來越多的領(lǐng)域進(jìn)行拓展，逐步從航空航天、軌道交通以及電力等領(lǐng)域向微電子、新能源、生化工程等越來越多的新領(lǐng)域進(jìn)行拓展。以汽車產(chǎn)業(yè)為代表，當(dāng)前我國的很多合資汽車生產(chǎn)制造企業(yè)或者是國內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)，都開始加大對(duì)生產(chǎn)材料工藝的研發(fā)投入，很多汽車制造企業(yè)已經(jīng)把銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料作為材料使用的重要研究項(xiàng)目進(jìn)行公關(guān)。隨著科研力量的投入越來越多，尤其是國家對(duì)于材料工藝的重視，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的應(yīng)用和生產(chǎn)制造工藝會(huì)更加優(yōu)化。銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的生產(chǎn)成本會(huì)不斷降低，生產(chǎn)的質(zhì)量和穩(wěn)定性會(huì)有更為充足的保證，更有利于新型復(fù)合導(dǎo)體材料性能的發(fā)揮。

4 結(jié)論

本文基于銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的性能類型分析，包括銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的種類以及對(duì)銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的性能分析，最后提出銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的應(yīng)用與發(fā)展，著重分析了銅鋁復(fù)合導(dǎo)體材料的應(yīng)用以及發(fā)展前景。通過分析可以看出隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體的生產(chǎn)研發(fā)還會(huì)進(jìn)一步發(fā)生變化，銅鋁復(fù)合導(dǎo)體會(huì)在將來的生產(chǎn)制造工藝有更多的應(yīng)用空間。