CN103074554A - 金／银／铜合金新型复合丝材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了金／银／铜合金三层新型复合丝材及其制备方法，属于电工材料、电子信息材料领域。铜合金的重量百分比化学成份为（重量％）：0.01－1.0Yb，0.01－1.0Er，0.01－1.0Gd，0.01－1.0Tb，余量为Cu。复合丝材的制备工艺步骤包括：制备金管坯和内镶嵌银管坯，以及用作银管内镶嵌用的高强度高导电铜合金棒坯。在真空条件下热处理，800－900℃热挤压，冷拉拔加工和热处理，最终获得三层复合丝材。金包银再包铜合金新型复合材料，具有优异的导电性、导热性、耐腐蚀性，以及力学性能等综合性能，主要用作电子工业、计算机工业等中的集成电路、超大规模集成电路、高可靠电子元器件等的连接引线和高强高导的电缆绞线等材料。

Description

金/银/铜合金新型复合丝材及其制备方法

技术领域

本发明涉及金、银和铜合金三层新型复合丝材及其制备方法，属于电工材料、电子信息材料领域。

背景技术

复合丝材一般为二层复合材料，如金／铜、银／铜、金／银等是微电子、计算机、铜导线等行业中集成电路、超大规模集成电路、高可靠电子元器件、高强高导电铜合金绞线电缆等领域的关键基础材料，要求其高导电、高强度、低弧度及微细化。近年来，随着电子器件向体积小、多功能、高密集、多芯片的方向发展，对复合丝材的要求越来越高，要求丝材的强度更高、直径更细，达到键合后形成的焊球尺寸小、回线弧度低、跨度长而且形状稳定，以适应超薄型高密度电子器件的需要。同时，根据复合细丝的应用市场情况，也要求降低原材料成本，节约贵金属。

目前，国内外生产复合丝材的技术有：电镀法、真空气相沉积法、镶嵌套管拉拔热处理加工法等。例如，日本田中贵金属公司、新日铁公司、住友金属矿山公司，德国Heraeus公司、美国Duport公司和韩国MKE公司等。国内生产复合丝材的厂家主要有贺利氏（中国）公司、宁波康强、北京达博、贵研铂业股份有限公司、昆明贵金属研究所等单位，主要集中于Φ0.2－Ф0.05mm的常规产品，Φ0.05mm以下的超细复合材料细丝，由于技术要求高、加工难度大，在这方面与国际先进水平存在很大差距，不仅在研发上，特别在规模化生产技术上均存在许多问题尚待解决。在我国，占市场份额约40%的高强度、低弧度及超细合金丝，几乎全部依赖于进口。

因此，设计多层贵金属／贱金属复合材料的组成和结构，采用镶嵌焊接法制备三层金／银／铜合金复合材料锭坯，再通过挤压、轧制、拉拔、热处理等特种工艺加工，制备新型金／银／铜合金三层复合材料丝材，具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供金／银／铜合金新型三层复合丝材及其制备方法。具体包括下列工艺步骤：

1）合金锭坯制备：

（1）选择Au、Ag、Yb、Er、Gd、Tb、Cu金属为原材料，分别采用水平连铸设备，制备Au管、Ag管和CuYbErGdTb合金棒材；（2）将Ag管外径加工成与Au管内径相同的尺寸，将Cu合金棒材加工成外径与Ag管内径相同的尺寸；（3）将Cu合金棒材镶嵌入Ag管内部，然后再一同镶嵌入Au管内部，获得金／银／铜合金三层复合毛坯；（4）将所得的复合毛坯前、后端面采用Au层进行密封焊接，制备成复合锭坯；

2）热处理：

在真空度为1×10^－3Pa以下，热处理温度为600－800℃的条件下，将复合锭坯热处理4－5小时，随炉升温，随炉降温；

3）热挤压：

将热处理过的复合锭坯，在加热温度为600－700℃的条件下，保温2－4小时，采用800吨挤压机进行挤压加工，获得Ф10－20mm直径的三层复合棒材；挤压模具温度为300－400℃；

4）冷拉加工：

在室温条件下，进行复合棒材的冷拉加工，道次变形量5－10％，累计变形量为40－50％；

5）中间退火热处理：

在真空度为1×10^－3Pa以下，退火温度为400－600℃，保温时间为1－2小时，随炉升温，随炉降温；

6）精密加工：

利用多模拉丝机进行丝材拉制，并使用钻石模具和特种润滑剂，丝材加工范围Ф0.5→Ф0.1mm，拉丝速度200m／min，分别得到Ф0.203mm、Ф0.16mm、Ф0.127mm、Ф0.102mm的三层复合新型复合丝材成品。

所述CuYbErGdTb铜合金化学成份重量％为：0.01－1.0Yb，0.01－1.0Er，0.01－1.0Gd，0.01－1.0Tb，余量为Cu。

所述复合丝材为外层为Au，中间层为Ag，内部为CuYbErGdTb合金的三层复合材料。

复合锭坯挤压保温时间为2－4小时，为软态。

复合材料冷拉加工道次变形量5－10％，累计变形量为40－50％。

附图说明

图1 为本发明的 Au／Ag／Cu三层复合材料锭坯的轴向截面结构示意图。1－为Au焊接层；2－为金层；3－为银层；4－为铜合金层；5－为Au焊接层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明。本发明的工艺步骤为：

1）合金锭坯制备：

（1）选择Au、Ag、Yb、Er、Gd、Tb、Cu金属为原材料，分别采用水平连铸设备，制备Au管（外径Ф26mm／内径Ф23mm）、Ag管（外径Ф23mm／内径Ф20mm）和CuYbErGdTb合金棒材（外径Ф20mm）；（2）将Ag管外径加工成与Au管内径相同的尺寸，将Cu合金棒材加工成外径与Ag管内径相同的尺寸；（3）经过超声波清洗后，将Cu合金棒材镶嵌入Ag管内部，然后再一同镶嵌入Au管内部，获得金／银／铜合金三层复合毛坯；（4）将所得的复合毛坯前、后端面采用Au层进行密封焊接，制备成复合锭坯。

2）热处理：

在真空度为1×10^－3Pa以下，热处理温度为600－800℃的条件下，将复合锭坯热处理4－5小时，随炉升温，随炉降温。

3）热挤压：

将热处理过的复合锭坯，在加热温度为600－700℃的条件下，保温2－4小时，采用800吨挤压机进行挤压加工，获得Ф10－20mm直径的三层复合棒材；挤压模具温度为300－400℃。

4）冷拉加工：

在室温条件下，进行复合棒材的冷拉加工，道次变形量5－10％，累计变形量为40－50％。

5）中间退火热处理：

在真空度为1×10^－3Pa以下，退火温度为400－600℃，保温时间为1－2小时，随炉升温，随炉降温。

6）精密加工：

利用多模拉丝机进行丝材拉制，并使用钻石模具和特种润滑剂，丝材加工范围Ф0.5→Ф0.1mm，道次变形量5－10％，拉丝速度200m／min，分别得到Ф0.203mm、Ф0.16mm、Ф0.127mm、Ф0.102mm的三层复合新型复合丝材成品。

本发明的Au／Ag／Cu新型三层复合丝材的具体实施例、丝材的导电率、抗拉强度、伸长率、单根丝材长度等性能指标，具体如表1所示。

表1. Au／Ag／Cu合金三层复合丝材的技术指标

Claims (5)

1.金／银／铜合金三层复合丝材的制备方法，具体包括下列工艺步骤：

1）合金锭坯制备：

（1）选择Au、Ag、Yb、Er、Gd、Tb、Cu金属为原材料，分别采用水平连铸设备，制备Au管、Ag管和CuYbErGdTb合金棒材；（2）将Ag管外径加工成与Au管内径相同的尺寸，将Cu合金棒材加工成外径与Ag管内径相同的尺寸；（3）将Cu合金棒材镶嵌入Ag管内部，然后再一同镶嵌入Au管内部，获得金／银／铜合金三层复合毛坯；（4）将所得的复合毛坯前、后端面采用Au层进行密封焊接，制备成复合锭坯；

2）热处理：

在真空度为1×10^－3Pa以下，热处理温度为600－800℃的条件下，将复合锭坯热处理4－5小时，随炉升温，随炉降温；

3）热挤压：

将热处理过的复合锭坯，在加热温度为600－700℃的条件下，保温2－4小时，采用800吨挤压机进行挤压加工，获得Ф10－20mm直径的三层复合棒材；挤压模具温度为300－400℃；

4）冷拉加工：

在室温条件下，进行复合棒材的冷拉加工，道次变形量5－10％，累计变形量为40－50％；

5）中间退火热处理：

在真空度为1×10^－3Pa以下，退火温度为400－600℃，保温时间为1－2小时，随炉升温，随炉降温；

6）精密加工：

利用多模拉丝机进行丝材拉制，并使用钻石模具和特种润滑剂，丝材加工范围Ф0.5→Ф0.1mm，拉丝速度200m／min，分别得到Ф0.203mm、Ф0.16mm、Ф0.127mm、Ф0.102mm的三层复合新型复合丝材成品。

2.根据权利要求1所述的金／银／铜合金复合丝材的制备方法，其特征在于：所述CuYbErGdTb铜合金化学成份重量％为：0.01－1.0Yb，0.01－1.0Er，0.01－1.0Gd，0.01－1.0Tb，余量为Cu。

3.根据权利要求1所述的金／银／铜合金复合丝材的制备方法，其特征在于：所述复合丝材为外层为Au，中间层为Ag，内部为CuYbErGdTb合金的三层复合材料。

4.根据权利要求1所述的金／银／铜合金复合丝材的制备方法，其特征在于：复合锭坯挤压保温时间为2－4小时，为软态。

5.根据权利要求1所述的金／银／铜合金新型复合丝材的制备方法，其特征在于：复合材料冷拉加工道次变形量5－10％，累计变形量为40－50％。

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