1. 銅及銅合金材料的發展趨勢

　　分析銅應用及開發的歷史和特點，可以得出這樣的結論：開發具有新功能、新特性的新合金，研究新的材料成形技術，是開發銅合金材料新的應用領域和滿足人類社會可持續發展新需求的兩個基本途徑。
 

　　在傳統的銅及其合金材料體系的基礎上，目前高性能銅合金材料的研究發展方向主要有四個方面：高純化、微合金化、復雜多元合金化、復合材料化。
 

　　1.1    高純化

　　高純化的主要目的是盡可能地提高材料的導電、導熱性。工業用銅的含銅量由99.90%到99.95%，再到99.99%（4N）甚至更高，如含銅99.9999%（6N）的超純銅，雜質含量要求也更加嚴格。如含氧（O）量由0.01%~0.05%減少到0.001%~0.006%，直至0.0002%~0.0003%。更大限度地減少雜質對導電、導熱性的影響。典型應用實例如網絡傳輸連接導線用高純銅、電真空器件用高純無氧銅、精確制導和高保真信號傳輸及超導體用單晶銅和超純銅等。
 

　　與多晶銅相比，單晶銅的抗拉強度降低了24.71%，伸長率增加了2.39倍，斷面收縮率增加了4.14倍，電阻率降低了31.7%，小于1.72×10-8Ω·m，其含氧量小于5×10-6，含氫量小于0.5×10-6，密度大于8.92t/m3。
 

　　銅合金材料向高純化方向發展的另一方面表現在微合金化銅合金中要求銅合金基體的高純凈化，以保證材料具備更高的綜合性能。
 

　　1.2微合金化

　　微合金化的目的是犧牲少的導電導熱性換取其他性能，如強度的大幅度提升等。如加入0.1%左右的鐵（Fe）、鎂（Mg）、碲（Te）、硅（Si）、銀（Ag）、鈦（Ti）、鉻（Cr）或鎬（Zr）、稀土元素等，可以提高其強度、硬度、抗軟化溫度或易切削性等。微合金化銅是當前銅合金材料開發的熱門之一。有氧韌銅和高強高導銅合金是主要的微合金化銅。
 

　　有氧銅的概念是相對無氧銅而言，其銅含量在99.90%以上，相當于一般的純銅，但其氧含量控制在0.005%~0.02%，同時可以實現導電率在100%IACS以上。這是因為適量的氧對于晶間的雜質元素起到一定的氧化化合作用，在一定程度上凈化了基體。有氧銅生產的特點是其原料的低成本化，采用品位不高的紫銅舊料生產相當于高導電導熱性能的有氧銅材料。
 

　　高強高導銅合金由于其表現出良好的綜合性能，受到了世界各國材料科技工作者的青睞，是近年來發展快的一類銅合金。其微合金化加入的元素主要有：P、Fe、Cr、Zr、Ni、Si、Ag、Sn、Al等，具有代表性的合金體系主要有Cu-P、Cu-Fe-P系、Cu- Ni- Si系、Cu- Cr、Cu- Cr- Zr系、Cu- Ag、Cu- Ag – Cr、Cu- Ag - Zr系、Cu- Sn系等，以及各種加稀土的合金體系。合金中其他組元的含量之和最少可以是0.01%~0.1%，最高一般不超過3%。其共同的特點是材料具有高強高導性能。
 

　　1.3 復雜多元合金化

　　為了進一步改善銅及其合金的強度、耐蝕性、耐磨性及其他性能，或者為了滿足某些特殊應用要求，在現有青銅、黃銅等的基礎上添加到五元、六元等多種組元，實現材料高彈性、高耐磨、高耐蝕、易切削等不同的功能，多組元（四個或四個以上組元）合金化成為銅合金開發的另一個熱門話題，新的復雜合金層出不窮。典型的合金有多元錳黃銅、硅錳黃銅、加硼錫黃銅、無鉛易切削銅合金等。其共同特點是高強高韌性，抗拉強度一般可達600~700MPa以上。例如，新型錳黃銅HMn59-2-1-0.5（Cu：58%~59%、Mn：1.8%~2.2%、Al：1.4%~1.7%、Fe：0.36%~0.65%、Si：0.6%~0.9%、Sn：0.1%~0.4%、Pb：0.3%~0.6%、Zn余量），其控制管的強度達600MPa以上，伸長率超過20%，硬度HB在180以上。鋁黃銅HAl64-5-4-2（Cu：63.5%~65.5%、Al：4.5%~6.0%、Mn：3.0%~5.0%、Fe：2.0%~3.0%、Pb：0.2%~1.0%、Zn余量），其強度達到750MPa以上，硬度HB超過220.新型鋁青銅QAl9-5-1-1(Cu：余量、Al：8.0%~10.0%、Ni：4.0%~6.0%、Mn：0.5%~1.5%、Fe：0.5%~1.5%)，其強度為650MPa，屈服強度達400MPa，伸長率達14%以上。應用這些材料制造汽車同步器齒環、高壓泵摩擦副或電極銅楔，其壽命比普通黃銅或青銅制造的要高出一至數倍。
 

　　近年來，隨著人們環保意識的提高，環保成為世界文明發展的主題。人們更加關注鉛、鈹、鎘、砷等有害元素的影響，無鉛易切削黃銅、無鈹高彈性銅合金、無砷耐蝕銅合金等環境友好銅合金材料的開發成為銅合金材料的重要發展方向之一。
 

　　1.4    復合材料化

　　銅合金材料方式主要有兩種：一是引入合金元素強化銅基體形成合金；二是引入第二強化相形成復合材料。如彌散強化無氧銅是典型的人工復合材料，常用的彌散質點有Al2O3、ZrO2、Y2O3、ThO2等。人工復合材料法是指人工向銅中加入第二相的顆粒、晶須或纖維對銅基體進行強化，通過向銅基中引入均勻分布的、細小的、具有良好熱穩定的氧化物顆粒來強化銅而制得的材料。其第二相的組分一般在1%以下甚至更低到0.01%，但對材料的強化作用十分明顯，尤其是大大提高材料的高溫強度。如Cu-2.5%TiB2（體積分數），導電率為76%LACS，抗拉強度為675MPa；Cu-0.5%Al2O3（質量分數）系列合金，材料的溫室強度可達到500~800MPa，導電率可達85%LACS以上，在900℃燒氫后材料的強度仍達到200~400MPa。
 

　　另一類發展較快的是原位復合材料（自生符合材料），原位復合材料是指在銅基體中，通過元素之間或元素與化合物之間發生放熱反應生成增強體的一類復合材料。這類復合材料中的增強體沒有界面污染，與基體有良好的界面相容性，與傳統的人工外加增強體復合材料相比，其強度有大幅度的提高，同時保持較好的韌性和良好的高溫性能。如Cu-20%Nb（體積分數）復合材料具有極高的抗拉強度，接近2000Pa；Cu-18%（質量分數）的導電率為66.6%LACS，抗拉強度為1450MPa。其他如Cu-Fe、Cu-Ta系復合材料也具有較高的室溫強度和高溫強度，材料的強度一般可達800~1500MPa。
 

　　2. 銅加工產品分類

　　銅及其合金加工材按其外形分為板材、帶材、箔材、排材、管材、棒材、線材和型材等八種品種（俗稱八大類）。一般來講，當帶材的厚度小于0.1毫米時稱為箔材（我國海關稱厚度小于0.15毫米為箔材），棒材和線材的劃分除了直條和卷盤外，通常將直徑小于5毫米的卷盤狀稱為線材，而以直條供應的稱為小棒。
 

　　狀態及表示方法
 

加工銅及其合金習慣上是以軋制或拉拔的冷變形量的大小來規定和表示其材料的狀態。對可熱處理的銅合金，為補救這一情況，對外制定了一套標準代碼，對每一種狀態都作了標準化說明。
 

　　2.1板帶箔材

　　板帶箔材類產品按照外形尺寸又細公為板材、帶材、條材和箔材。
 

2.1.1 板材
 

　　板帶箔材類產品前最后一道軋制狀態分為熱軋板材和冷軋板材
 

　　熱軋板材的常用尺寸范圍為：4～150mm(厚度)×200～3000mm(寬度)×500～6000mm長度。冷軋板材的常用尺寸為：0.2～12mm(厚度)×100～3000mm(厚度)×500～6000mm(長度)。
 

　　板材產品的狀態包括熱軋態?、軟態(M)、半硬態(Y2)、硬態(Y)、特硬態(T)和熱處理態(CS)。
 

　　帶材
 

　　2.1.2帶材
 

　　帶材尺寸范圍為0.05～3mm(厚度)―10～1000mm(寬度)，成卷供貨。帶材產品的狀態分軟態(M)、半硬態(Y2)、硬態(Y)、特硬度(T)。
 

　　2.1.3條材(亦稱銅帶)
 

　　條材厚度介于板材和帶材之間，尺寸范圍一般為：0.2～10mm(厚度)×50～100mm(寬度) ×1500～2000mm(長度)。常用的條材產品有純銅條材、黃銅帶條材、青銅條材等。
 

　　2.1.4箔材
 

　　國內銅加工箔材指厚度在0.05mm以下的板材和帶材，國外指厚度在0.1m以下的板材和帶材，均屬軋制銅箔(壓延銅箔)，不包括電解銅箔。
 

　　常用的箔材產品有純銅箔、黃銅箔、青銅箔、白銅箔。
 

　　箔材尺寸范圍為：0.05～0.1mm(厚度)×40～600mm(寬度)，成卷供貨，長度一般不應小于5000mm，其狀態分軟態(M)和硬態(Y)。銅合金箔產品多為硬態，厚度不大于0.02mm的純銅產品一般也為硬態。
 

　　2.2管棒線材

　　管棒線材按照產品形狀細分為管材、棒材和線材。
 

　　2.2.1管材
 

　　管材分為圓形、梯形、三角形、矩形管和方形管，其尺寸范圍為：0.5～360mm(外徑)×0.1～50mm(壁厚)，直條或成卷供貨，產品的狀態分擠制態?、軟態(M)、輕軟態(M2)、硬態(Y)、半硬態(Y2)、1/3硬態(Y3)產品。
 

　　2.2.2棒材
 

　　棒材分圓形棒、六角棒、方形棒、矩形棒和導形棒，其尺寸范圍為3～120mm(直徑)×500～5000(長度)，直條供貨，產品的狀態分擠制態?、軟態(M)、鍛造態(M2)、硬態(Y)、半硬態(Y2)、軟時效態(TF00)、硬時效態(TF04)產品。
 

　　2.2.3銅盤條
 

　　銅盤條是指生產線材的坯料，也稱銅線桿。分光亮桿和黑桿，黑桿由船形錠在橫列式孔型軋機上熱軋而成，表面氧化嚴重，現已基本被淘汰。盤條的直徑在6～20mm之間，由連鑄連軋或上引(或水平)連鑄法生產。