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1、申报编号：前沿技术研究类项目推荐书所属领域： 新材料技术 所属方向： 新型功能与智能材料_新型无源电子器件及其关键配套材料 项目名称： 极细金属导体关键配套材料研究及应用 推荐单位： 江苏省科学技术厅 项目申报单位： 常州市恒丰铜材有限公司 项目技术负责人： 何如森 联系电话： 0519-88822108 传真：0519-88822108 电子邮箱： 二 一二年 四 月 二十四 日项目信息表项目名称 极细金属导体关键配套材料研究及应用推荐主体 江苏省科学技术厅名 称 常州市恒丰铜材有限公司 主管部门 江苏省科学技术厅单位所在地 江苏省常州市天宁区 组织机构代码 73070286-4通讯地址
2、常州市天宁区凤凰路 26 号 邮编 213018项目申报单位单位类别 事业型研究单位 大专院校 转制为企业的科研院所 国有企业 其他所有制企业 其他姓 名 何如森 性别 男女 出生年月 1962 年 3 月证件类型 身份证 证件号码 321083196203116358 所在单位 常州市恒丰铜材有限公司学 位 博士 硕士 学士 其他职 称 高级 中级 初级 其他项目技术负责人联系电话(手机) 13906112068 E-mail S主要参加单位起始时间 2013 年 1 月 终止时间 2015 年 12 月主要研究内容(300 字以内)1、银铜合金、锡铜合金、锡铟铜合金配方设计与真空连续定向凝
3、固熔炼工艺技术研究；2、线径 0.025-0.0098mm，极细合金镀银、镀锡导体的拉丝、电镀加工工艺研究；3、拉丝模具孔径测量与孔内各区域角度与长度参数研究；4、44AWG-48AWG 极细导体退扭绞合工艺技术研究；5、碳纤维表面涂覆金属银、锡、铜工艺技术研究。预期成果（150字以内）突破极细合金材料配方、冶炼、拉丝、电镀、绞合及碳纤维表面涂覆金属的关键技术，研发出系列极细金属导体新产品，完成中试，奠定产业化基础，同时掌握碳纤维金属导体制备技术，为实现试产提供技术基础。在此基础上，申报 2-3 项发明专利，制定 1 项企业标准，实现新产品在新一代信息产业、航空航天、医疗设备上的应用。预期知识
4、产权 获得国外发明专利 0 项，国内发明专利 2-3 项。预期技术标准制定 国际标准 国家标准 行业标准 企业标准原创性技术 取得原创性成果 1 项（成果鉴定）产品装备 新产品 2 项；新品种 0 个； 新装备 0 套；经费需求 3000 万元，其中申请国家专项经费 1000万元。1 项目目标与任务1.1 项目目标与任务需求分析1.1.1 项目目标围绕新一代信息产业、航天航空、医疗等领域设备中信号传输电缆对极细金属导体的急迫需求，开展“极细金属信号传输导体”和“碳纤维表面涂履金属导体”的材料及制造工艺技术研究，突破铜合金材料组成设计、冶炼以及极细金属导体的拉丝、电镀、绞合等关键技术，掌握极细碳
5、纤维表面涂覆铜、锡、银的制备技术，研制出抗拉强度大于 850 Mpa、导电率大于 80%IACS、单丝线径小于 0.025mm、绞合截面积小于 0.018mm 2 的极细镀银、镀锡锡铜合金、银铜合金和锡铟铜等合金导体以及极细碳纤维表面涂覆铜、锡、银导体新产品，申报 2-3 项发明专利，发表相关学术论文 3-5 篇，建成年产 5 吨极细铜合金导体工业中试生产线，制定 1 项企业标准，创造 5000 万元年产值，实现极细金属导体在新一代信息产业、航天航空、医疗等领域设备中的应用，并培养 3-5 名高级技术人才。1.1.2 项目任务需求随着新一代信息产业、航天航空、医疗的高速发展，以及 3G、4G
6、网络快速建设，笔记本电脑、平板电脑、移动 GPS、手机、医疗设备、航空航天设备等信息终端产品得到了快速发展，并呈现出性能越来越高、体积越来越小、重量越来越轻的发展趋势，从而对用于新一代移动终端的极细电缆提出了越来越高的要求。这些要求主要体现在以下两个方面，第一：信号传输应具有更为优异的耐弯折性、耐扭曲性、抗震性能，导体的耐弯折性能需从弹性变形向塑性变形方向发展，以保证便携式、滑盖式、二轴回转式等电缆结构能广泛应用于新一代移动终端设备上；第二，极细信号传输电缆应具有体积更小、重量更轻、传送速度更快、容量更大、抗干扰能力更强、传输频率更高、频带更宽等特性，以使不同频率的信号能同时混在一台微形终端设
7、备内而不出现信号间相互干扰，从而为移动电子信息终端设备功能日益强大，比如：搭载高像素的数码像机、全球定位系统 GPS、电子货币、无线 LAN、可接收电视和播放电影和动画等，更好地适应 3G、4G 网络的快速发展，提供关键配套技术支撑。在此背景下，作为信号传输电缆的一类关键材料“金属导体” ，也就必须具有直径更小、重量轻、抗氧化能力强、便于焊接、超强的机械强度和弯曲寿命、优越的热阻抗和良好的电气特性、轻柔、可随意弯曲、能够轻松穿过狭小空间等特性。99.99%低氧铜和 99.99%无氧铜具有较好的导电性能，但强度只有 250Mpa，抗弯折性强差，无法加工到直径 0.025mm，同时表面容易氧化变色
8、，无法达到微形电子终端产品和航空航天设备对信号传输导体的技术要求。银铜合金、锡铜合金、锡铟铜全金，强度可达 800 MPa 以上，便于极细加工，最小可加工到直径 0.0098mm，但由于微量银、锡、铟以杂质元素参入，导电率较低，只有80%IACS 左右。利用高频信号的趋肤效应，在合金导体表面进行镀银或镀锡处理，是解决这一问题的有效措施，可有效提高信号传输频带宽度，特别是在高频和超高频信号传输中具有较低的耗散因子，使信号传输过程中能量损耗能得到有效降低，提高信号传输性能。同时由于导体表面进行了镀银或镀锡处理，可有效提高导体的可焊性和抗氧化能力，便于后续加工，同时提高了使用寿命。但是，金属材料的拉
9、丝加工存在一定的极限，对于应用于更高要求的更细、强度更大、重量更轻、高频特性更好的极细导体的加工无法实现。碳纤维丝具有强度大、重量轻、线径细等特点，能有效突破金属材料的拉丝加工极限，但其导电率低，需要进行表面进行涂覆银、锡、铜处理，以充分利用趋肤效应原理，实现高频信号的高效传输，因而代表了未来高频极细导体的发展趋势。换言之，研发线径 0.025mm 的合金单丝产品作为极细电缆的外屏蔽编织导体、研制7*0.025mm 及以下的绞合合金导体作为极细电缆的内导体、开发能显著降低导体重量的直径 0.025mm 以下的碳纤维表面金属涂覆导体，是信号传输用导体材料行业的重要任务。目前，世界上生产极细金属导
10、体的公司主要集中住友电工、藤仓、日立电线、三菱、古河等日本企业，而碳纤维表面金属涂覆导体目前仅美国实现了中试，并在美国军用设备中使用。我国金属导体的生产企业较多，但技术分散，技术水平与国际先进水平存在较大差距，仅能依赖进口日本古河的合金材料实现直径 0.03mm 及以上导体的量产，如利用国内的合金材料，最小只能加工到直径 0.05mm 的线材，且性能不稳定，强度、电阻等指标无法达到要求。同时，碳纤维表面金属涂覆导体也处于试验室试验阶段。目前，我国已成为电子信息终端设备的世界加工厂，国外投资生产商与国内本土生产商遍布全国，同时，我国具有 13 多亿人口的市场，仅手机的普及率就高达 65%以上，数
11、码像机、笔记本电脑 35%左右，加之其它电子信息终端产品、航空航天工业在中国的高速发展，使我国成为极细导体的消费大国，对极细特种导体，特别是高性能、高端极细特种合金导体，有着十分强劲的需求。但我国在极细导体技术方面与发达国家间存在的显著差距，直径 0.025mm 以下的极细金属导体不得不从国外进口的现实，使我国新一代移动终端产业的发展受制于人。为此，有必要自主开发高性能极细导体，实现进口替代，并力争实现技术跨越。1.3 项目主要创新点及预期获得的发明专利等知识产权情况1.3.1 项目主要创新点（1）在合金材料组成设计方面：为提高极细导体的强度，同时提高导电率，从而提高其高频、超高频信号的传输特
12、性，本项目提出了在以铜为基础、通过合理添加锡、银、铟及其它微量元素实现合金综合性能提高的技术方案。通过在 99.99%的低氧铜或无氧铜中添加 0.15%、0.3%、0.7%等不同比例的锡及其他微量元素，合成的一种锡铜合金材料，其强度在 660-820Mpa，导电率为 60-87%。通过在 99.99%的低氧铜或无氧铜中添加 2%、4%等不同比例的银及其他微量元素，合成的一种银铜合金材料，其强度在 880-1330Mpa，导电率为 68-78%。通过在 99.99%的低氧铜或无氧铜中添加 0.9%的锡、0.2%的铟及其他微量元素，合成的一种锡铟铜合金材料，其强度在 850-890Mpa，导电率为
13、 75-78%。（2）在合金材料冶炼方面：本项目提出采用真空连续铸造和定向凝固二者结合在一起，构成连续定向凝固体系，再和低温强加工技术相结合的新冶炼工艺。连续定向凝固主要包含真空感应加热系统、牵引系统、冷却系统以及低温强加工系统。同时，在铸造时采用了低氧化技术，抑制了合金元素的氧化，因此防止了由于合金元素氧化产生杂质而造成极细拉丝时断线。并且，在铸造时还增设了滤网，过滤掉了混入的耐火物质等微小的杂质，提高了合金材料的品质。采用定向凝固连续铸造工艺把导电功能与强化功能有机地复合在一起，表现出良好的综合性能，然后再通过拉制工艺制细和微细高性能铜合金导体。该系统生产的合金材料组织细小，合金元素颗粒均
14、匀，材料致密。同时在浇铸时没有明显的气孔，氧含量低，有效地提高了导体的机械性能和电性能。（3）在拉丝工艺及模具控制测量方面：传统拉丝采用拉丝模具控制线径进行多道次变形拉伸工艺，模具孔径测量采用千分尺或光电测量仪器测量，每道次减面率通过拉丝机的固有机械减面率进行确定。但极细合金导体由于强度大，线径细，如果模具孔径和机械尺寸精度达不到要求，会拉伤线材，导致无法确保直径 0.025mm 以下导体的量产加工，同时会影响导体的强度和导电率。由于传统拉丝机的牵引轮为塔式拉丝牵引轮，拉伸过程中对合金导体的强度影响大。本项目提出了一种直线式拉丝工艺技术，牵引轮由大到小，线径越大，牵引轮也就越大。根据合金材料的
15、线径大小确定拉伸牵引轮的大小，从而改变其的机械减面率，可有效克服传统方法的缺陷。本项目在模具控制方面，由于直径 0.025mm 以下的合金导体外径公差要求非常高，同时在极细拉丝过程中每道次模具的孔径相差极小，模具的孔径无法通过传统的千分尺或光电测径仪进行测量。如果模具孔径测量不准确，将无法确保拉丝过程的稳定性。为确保模具孔径的精度，项目发明了一种电阻式测量方式确定模具的孔径，从而大大的提高了模具的精确度。目前传统的拉丝工艺国内最小只能实现直径 0.03mm 的量产，而世界行业最前沿的日本几，目前能实现直径 0.012mm 的量产。本项目采用改进和工艺技术，从材料到拉丝工艺，热处理工艺、拉丝模具、拉丝液等各方面进行严格控制，建立无尘化管理生产系统，可以确保直径 0.025mm 及以下导体的量产，可以实现直径 0.0098mm 生产技术的突破性公关，为下一步实现直径 0.0098mm 的量产提供（4）在碳纤维表面金属涂覆工艺方面：传统工艺主要有电镀和化学镀两种方式，由于碳纤维直径小、表面光滑、亲油疏水，电导率较低，因此，这两种方式目前都无法满足生产要求，同时易产生“黑心”问题。因此，本项目采用先利用化学方式，将碳纤维表面进行金属化处理，然后再利用电镀方式进行加厚处理。（5）极细合金导
