1、1铜铝复合材料研究的发展及现状摘要：铜/铝复合材料是一种的新型复合材料，这种复合材料集中了铜和铝两种材料的优点特性，即它不但具有导电导热率高、接触电阻低及外表美观等铜的优点，还兼具有质轻耐腐等铝的优点。本研究介绍了铜/铝复合材料的界面结合机理、发展以及应用的研究现状。 关键词：铜铝复合材料 应用 界面 伴随日新月异的发展，科学技术的不断提高，人们对材料的性能有了越来越高的需求，甚至提出了极其苛刻的使用条件，如某些在工业生产过程中，就需要在不影响材料使用性能的前提下，尽量减少稀贵金属的消耗，以达到降低成本的目的。而很多情况下，单一组元材料很难满足人们对材料综合性能的需求，复合材料则不同，它们很好
2、地克服了单一组元材料在性能上的先天不足，综合了不同组元材料的物理及化学性能，尤其是兼顾到不同材料的价格差异，以求获得价格上的互补，降低生产成本，提高工业生产的效益。因此，充分利用不同组元材料的优异性能，对其进行合理的材料设计复合材料，使其不但表现出更好的综合性能而且兼具价格低廉的特点，是我们合理利用材料的巨大进步。 1、铜铝轧制复合的界面结合机理 轧制复合方法主要是把两种金属板相互接触，在轧机的压力作用下使金属复合的方法，早在 20 世纪 50 年代就有了热轧复合法，因具有设备少、成本低、效率高的特性，目前正逐渐成为大规模金属复合材料生2产的加工方法。轧制复合主要有热轧复合和冷轧复合两种方式，
3、前者是把覆盖材料和基体迭放，焊合两者周边，进行热轧使其复合；冷轧复合则利用轧机的压力将金属复合，比较适用于铜铝等强度较低的情况。界面结合机理和轧制过程中金属的氧化问题，是决定复合材料性能的关键因素。一般情况下，轧制复合的界面结合机理会随复合材料的不同而不同。 目前，对于铜铝轧制复合的界面结合机理，国内外主要存在以下几种理论假说。 （1）再结晶理论：此理论可以很好地解释热处理过程中的恢复再结晶的组织变形，在金属的共同变形过程中，在变形热的作用下，接触区会因出现局部高温而两金属边界的晶格原子得以再次排列，形成同属于两种金属的共同晶体，致使彼此接触的两种金属结合在一起。（2）金属键理论：金属键主要存
4、在金属之中，是化学键的一种。因为电子的自由运动，金属键没有固定的方向，是一种非极性键，此外，金属键具有金属一些的特性。此种理论利用原子力机理来解释金属的复合，当两金属原子不断靠近时，就会产生引力作用，并随着距离的逐渐靠近，引力也将不断增大，当两种金属原子间距大约是正常原子间距的两倍时，原子之间引力达到最大值，在强大的引力作用下金属实现复合的。 （3）能量理论：此理论认为两种金属彼此接触时，除了金属原子接近晶格参数的数量级，还需要具备实现结合的最低能量才能结合。 （4）扩散理论：金属热轧复合过程中，由于高温产生变形热使金属接触区温度升高，所以金属原子得以获得充足的能量，激活了金属原子，金属原子相
5、互扩散而实现金属间的结合。 （5）位错理论：这种理论认为双金属的结合过程3即接触区金属的塑性流动的结果。当两种金属产生协调一致的塑性变形时，位错迁移到金属接触表面，使表面的氧化膜破裂，形成了只有一个原子间距高度的小台阶。 （6）薄膜理论：不同于扩散理论，薄膜理论适用于冷轧复合，两种金属是在轧制压力作用下发生塑性变形，致使接触表面的氧化膜破裂，在组元层金属的原子达到晶格常数的距离后，形成共用的电子层，两种金属逐渐紧密结合。 总而言之，轧制复合法的基本机理是：两层或多层金属板在轧制压力的作用下产生塑性变形，表面金属层会逐渐破裂，随后露出洁净而活化的金属，金属板面之间就形成冶金结合，最后通过后续热扩
6、散进一步强化和稳固界面结合。对于钢和铝，在轧制复合过程中存有多种结合机理，其复合主要经过三个过程：铜铝表面的物理接触阶段，实现表面氧化膜的破裂，接触表面的激活阶段，完成金属接触点点结合以及扩散阶段，达到金属面面复合，在下一步的退火过程中，接触面面原子被激活扩散，进一步提高复合质量。 2、铜铝复合材料的加工方法 国内外针对铜铝复合材料有多种加工方法，主要有液态复合和固态复合两大类。前者采用直接浇入技术以及热喷涂技术。直接浇入技术是把一种熔融态的金属直接浇入另一种金属的内壁或者外壁，实现不同金属的复合。而热喷涂技术则是把熔融态的一种金属喷涂在另外一种金属的表面上，实现两者的结合。固态复合法主要有爆
7、炸复合、轧制复合、挤压复合等。爆炸复合法是把准备好的复板放置在基板之上，并在复板上提前放置一层炸药，利用炸药爆炸时产生的瞬时超高压和能量，使复4板和基板在碰撞点瞬间达到高达 106l07 /s 的应变速率和 104MPa 的高压，从而实现金属层间的固态冶金结合。因为加载压力和界面高温持续时间非常短，复合区的厚度一般在几十微米内，可以有效防止不同组元金属之间发生化学反应，因此这种方法适宜于大部分金属对之间的复合。挤压复合法的基本原理是一部分金属的挤出方向及加压方向相同，另一部分金属的挤出方向及加压方向相反，是正挤、反挤的复合。这种方法主要用于简单断面的材料，如生产铜铝复合管、棒、线材等，尤其有利
8、于铜铝双金属的复合，因为铜铝这两种金属的材质均比较软，容易实现挤压拉拔，对设备的要求不高，并且工艺相对简单。 目前人们综合各种加工方法的优劣，对以上加工方法都采取了改进和联合技术，比如爆炸-轧制复合技术这种新型的联合技术，就综合爆炸复合技术和轧制复合技术的优点，该技术首先利用爆炸复合技术将需要复合不同材料的金属板，按一定的厚度配比焊接制成复合板坯，然后在依照不同的条件和要求，热轧或冷轧成所需厚度规格的复合板。 3、铜铝复合材料的应用及前景 铜铝复合材料在电力、传热、电子、信息等行业中有着广泛的应用。铜铝轧制复合材料由于其不仅有导电性高、接触电阻低和导热性好等优点，也具有轻耐蚀、经济的特点。在传
9、热领域，铜铝复合材料可以制备散热翅片，这样制备的翅片具有结合紧密、热阻性低、强度高、流动损失小和传热性高的特点，特别是在长期冷热工况下不易变形、工作时间长。在电力领域，铜铝复合板用来制作过渡接头，这样可以解决电工产5品中的接头问题。采用铜铝复合材料制作的接头其结合面上过渡电阻与热阻低、耐腐蚀强、延展性和成型好的性能。同时，在大电流设备上，采用铜铝复合材料制备的母排线，可以有效解决发热量高、损耗高的难题。在发电与电力输送上，铜铝复合材料可以替代发电机中铜质材料以及外部电网中的铝制材料以及两者之间的接触面。这可以减少铜资源的使用以及降低发电供电中的事故率。综上所述，可见铜铝复合材料对单独的铜铝材料
10、具有更好的性能，而开发出这种材料生产工艺是很有意义的。目前，铜铝复合材料的生产工艺有多种，如挤压、爆炸焊、焊接十热轧等，但其各自也存在一些弊端使得其进行大规模生产存在较大的难度。因此该复合材料的基础研究具有重要的理论与实际意义。 参考文献 1王震鸣.复合材料及其结构的力学、设计、应用和评价，北京，北京大学出版社，1995 2X.K.Peng；B.Wuhrer；G.Henss Rolling strain effects on the inter-laminar properties of roll bonded copper-aluminum metal laminates 2000，81（2-3）：173-185. 3于宝义，齐克敏，安振之.铜一钢一铜三层复合板室温轧制成形工艺及结合机制的研究.热加工工艺 2001（3）：34-3
