RU2190891C1 - Method for producing high-conductivity copper- nickel conductor - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering; producing conductors of high electric conductivity. SUBSTANCE: copper or nickel wire used as base metal distinguished by high class of surface treatment in vacuum is covered over entire perimeter with current-conducting layer of copper-nickel alloy with alloy diffusion in base-metal surface layer, alloy is covered with shielding metal layer composing copper-nickel pair together with base wire metal with metal diffused in surface layer of alloy, then it is annealed in vacuum at 850 to 950 C for 30 to 180 minutes whereupon conductor is cooled down in natural atmosphere together with heating device to room temperature; copper and nickel used for conductor manufacture should have purity not worse than 99.99. Base wire may be of any diameter; common cheap metals are used for conductor manufacture; conductor that may be produced of any desired length acquires mechanical characteristics of base wire. EFFECT: enhanced electric conductivity and reduced cost of conductor. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области электротехники и, в частности, к технологии получения проводников с высокой электропроводимостью. The invention relates to the field of electrical engineering and, in particular, to a technology for producing conductors with high electrical conductivity.

Известно, что высокой электропроводимостью обладают цветные металлы - медь и алюминий, их сплавы, а также драгоценные металлы - золото, серебро. Электропроводимость других металлов, например железа, значительно ниже. (Журавлева Л.В. Электроматериаловедение. - М., 2000, с. 31-46). It is known that non-ferrous metals - copper and aluminum, their alloys, and also precious metals - gold and silver possess high electrical conductivity. The electrical conductivity of other metals, such as iron, is much lower. (Zhuravleva L.V. Electrical Materials. - M., 2000, p. 31-46).

Значения удельного электрического сопротивления ρ, характеризующего электропроводность указанных материалов, представлены в таблице. The values of electrical resistivity ρ characterizing the electrical conductivity of these materials are presented in the table.

Однако абсолютные величины удельного электрического сопротивления вышеназванных материалов, обладающих высокой электропроводимостью в настоящее время являются на самом деле низкими и выступают как фактор, сдерживающий уровень развития техники. However, the absolute values of the electrical resistivity of the above materials with high electrical conductivity are currently actually low and act as a factor holding back the level of technological development.

В электротехнической, радиотехнической, электронной и других областях науки и производства требуются материалы с электропроводностью, значительно превышающей электропроводность вышеуказанных аналогов. In electrical, radio engineering, electronic and other fields of science and production, materials with electrical conductivity significantly exceeding the electrical conductivity of the above analogues are required.

Задача изобретения - получение проводника с высокой электропроводимостью из широко распространенных материалов с доступной технологией изготовления, с электропроводностью, превышающей значения аналогов в десятки и сотни раз. The objective of the invention is to obtain a conductor with high electrical conductivity from widespread materials with accessible manufacturing technology, with electrical conductivity exceeding the values of analogues by tens and hundreds of times.

Задача достигается тем, что эффект высокой проводимости формируется в слое сплава, состоящего из двух металлов и представляющего собой токопроводящую тонкостенную трубку-прослойку с поверхностями, близкими к идеальной при диффузионном взаимодействии со слоями металлов, примыкающих к трубке-прослойке внутри и снаружи. The task is achieved in that the high conductivity effect is formed in the alloy layer, consisting of two metals and representing a conductive thin-walled interlayer tube with surfaces close to ideal during diffusion interaction with metal layers adjacent to the interlayer tube inside and out.

На чертеже показан поперечный разрез проводника с высокой проводимостью. The drawing shows a cross section of a conductor with high conductivity.

Для этого в среде вакуума на подготовленную с высоким классом обработки поверхность медной или никелевой проволоки-основы 1 наносят по всему ее периметру токопроводящий слой сплава 2 меди и никеля толщиной, обеспечивающей неразрывность токопроводящего слоя сплава 2 с диффузией сплава 2 в поверхностный слой металла проволоки - основы. Затем на токопроводящий слой сплава 2 наносят слой металла 3, составляющего пару медь - никель с металлом проволоки-основы 1, толщиной, обеспечивающей защиту от механических повреждений токопроводящего слоя сплава 2 с диффузией металла в поверхностный слой сплава. Полученный проводник отжигают в вакууме при 850 - 950^oС в течении 30 - 180 мин и затем естественно охлаждают вместе с нагревательным устройством до комнатной температуры, при этом для изготовления проводника используют медь и никель чистотой не менее 99,99.For this, in a vacuum environment, a surface of a copper or nickel wire-base 1 prepared with a high processing class is applied around its entire perimeter with a conductive layer of copper and nickel alloy 2 with a thickness that ensures continuity of the conductive layer of alloy 2 with diffusion of alloy 2 into the surface layer of the wire metal - base . Then, a layer of metal 3 is applied to the conductive layer of alloy 2, which is a copper-nickel pair with the metal of the base wire 1, a thickness that provides protection against mechanical damage to the conductive layer of alloy 2 with the diffusion of the metal into the surface layer of the alloy. The resulting conductor is annealed in vacuum at 850 - 950 ^o C for 30 - 180 minutes and then naturally cooled together with the heating device to room temperature, while copper and nickel with a purity of at least 99.99 are used for the manufacture of the conductor.

Операции по нанесению слоев проводят без изъятия изделия из вакуумной среды с целью исключения окисления токопроводящего слоя. The operation of applying the layers is carried out without removing the product from the vacuum medium in order to prevent oxidation of the conductive layer.

Длина изделия определяется возможностями вакуумного оборудования. Product length is determined by the capabilities of vacuum equipment.

Проведение данных операций в представленной последовательности приводит к получению нового технического результата - проводника с высокой электропроводимостью. Электрическое сопротивление данного проводника находится в экспоненциальной зависимости от чистоты применяемых материалов - меди и никеля. В интервале значений чистоты материалов от 99,99 и выше электрическое сопротивление понижается (в сравнении с электротехническим стандартом - медью MM, ρ ==0,017241 мкОм•м) соответственно в 14 раз и более и определяется по установленной эмпирическим путем формуле:
ρ = ρ_oexp(-α(R)V),
где ρ - сопротивление проводника, мкОм•м;
ρ_o - удельное сопротивление меди 0,017241 мкОм•м;
α(R) - физическая константа, зависящая от квалитета поверхности, на которую наносится сплав. При чистоте обработки поверхности проволоки-основы по 14 классу α(R) =1,65•10²;
V - содержание примесей в материале в %, от 0,01 и ниже.Carrying out these operations in the presented sequence leads to a new technical result - a conductor with high electrical conductivity. The electrical resistance of this conductor is exponentially dependent on the purity of the materials used - copper and nickel. In the range of the purity of materials from 99.99 and higher, the electrical resistance decreases (in comparison with the electrical standard - copper MM, ρ == 0.017241 μOhm • m), respectively, 14 times or more and is determined by the formula established empirically:
ρ = ρ _o exp (-α (R) V),
where ρ is the conductor resistance, μOhm • m;
ρ _o - specific resistivity of copper 0,017241 µOhm • m;
α (R) is a physical constant depending on the quality of the surface on which the alloy is applied. With a clean surface treatment of the base wire according to class 14, α (R) = 1.65 • 10 ² ;
V is the content of impurities in the material in%, from 0.01 and below.

Проводник с подготовленной по 14 классу обработки поверхностью, при диаметре проволоки-основы в 1,0 мм, толщине нанесенного в вакууме глубиной 10^-6 мм рт. ст. токопроводящего слоя сплава меди и никеля в объемной пропорции 50% на 50% 2,5 мкм и толщине нанесенного в среде вакуума глубиной 10^-6 мм рт. ст. защитного слоя металла, составляющего пару медь - никель с металлом проволоки-основы, 10 мкм, с чистотой материалов 99,99, имеет электрическое сопротивление ρ =0,00123 мкОм•м, что в 14 раз ниже в сравнении с аналогом-проводником из меди.A conductor with a surface prepared according to class 14 of processing, with a diameter of the base wire of 1.0 mm, a thickness deposited in a vacuum of 10 ^-6 mm RT. Art. a conductive layer of an alloy of copper and nickel in a volume ratio of 50% to 50% 2.5 μm and the thickness deposited in a vacuum medium with a depth of 10 ^-6 mm RT. Art. the protective layer of the metal, a pair of copper - nickel with the metal of the base wire, 10 μm, with a material purity of 99.99, has an electrical resistance ρ = 0.00123 μOhm • m, which is 14 times lower in comparison with the copper conductor analog .

Достоинство полученного по данной технологии проводника высокой электропроводимости состоит в том, что его электропроводимость значительно выше электропроводимости аналогов, что диаметр проволоки, взятой за основу, может быть любым, что в производстве используют широко распространенные, недорогие материалы, что возможно получение провода любой длины с механическими качествами провода, взятого за основу. The advantage of a conductor of high electrical conductivity obtained by this technology is that its electrical conductivity is much higher than the electrical conductivity of analogues, that the diameter of the wire taken as a basis can be any, that widespread, inexpensive materials are used in production, that it is possible to obtain wires of any length with mechanical qualities of the wire taken as a basis.

Claims (1)

Способ получения медно-никелевого проводника высокой электропроводимости путем нанесения на проволоку-основу металлических слоев, отличающийся тем, что на медную или никелевую проволоку-основу с высоким классом обработки поверхности в вакууме наносят по всему ее периметру слой сплава меди и никеля с диффузией сплава в поверхностный слой металла проволоки-основы, наносят на сплав защитный слой металла, составляющего пару медь - никель с металлом проволоки-основы с диффузией металла в поверхностный слой сплава, отжигают в вакууме при 850 - 950^oС в течение 30 - 180 мин и затем естественно охлаждают вместе с нагревательным устройством до комнатной температуры, при этом для изготовления проводника используют медь и никель чистотой не менее 99,99.A method of producing a copper-nickel conductor of high electrical conductivity by applying metal layers to a base wire, characterized in that a layer of copper and nickel alloy with alloy diffusion into the surface is applied on a copper or nickel base wire with a high surface treatment class in vacuum a metal layer of the base wire, a protective layer of a metal comprising a copper-nickel pair is applied to the alloy with a metal of the base wire with diffusion of the metal into the surface layer of the alloy, annealed in vacuum at 850 - 950 ^o C for 30 to 180 minutes and then naturally cooled together with the heating device to room temperature, while copper and nickel with a purity of at least 99.99 are used for the manufacture of the conductor.

Images