[发明专利]梯度铜基合金电缆导体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种梯度铜基合金电缆导体及其制造方法，属于电缆制造技术领域。

背景技术

电缆(electric cable；power cable)是由一根或多根相互绝缘的电缆导体外包绝缘和保护层制成，将电力或信息从一处传输到另一处的导线。电缆导体是电缆中最为核心的部分。

电缆导体的作用有三：传输电能、传输信号、电能与磁能转换。对于电能传输，最重要的因素是电阻。对于信号传输，最重要的因素是衰减。对于电能与磁能转换，最重要的因素是磁滞。电缆的机械性能中，伸长率、抗拉强度、弹性极限、屈服极限、疲劳极限、弯曲性能等，也是决定电缆使用价值大小的重要因素。为了改善导体电阻、降低衰减和损耗，行业中通常采用提高铜导体纯度的方法，从99％到99.9％，再到99.99％，但同时降低了机械强度；为了改善导体的机械强度，却同时也降低了电性能指标。二者构成了一对技术矛盾，即两方面的优点不能同时兼具。

为了克服以上技术矛盾，人类发明了各种改善方法，如：(1)采用上引连铸法，将电解铜在还原碳氛中结晶，提拉为无氧铜杆，此方法可制备出铜+银含量≥99.96％、氧含量≤0.001％的纯铜导体；(2)将多晶铜导体提炼成单晶铜导体，从而减少了载流子于晶界面上的反射、折射现象而使信号变形、失真、衰减的几率，降低了信号越过晶界时的阻力，保留了声音频谱的完整性和真实性，改善了音频传输质量；(3)为了增强铜导体的抗拉强度，利用高频信号的集肤效应，采用铜包钢线作为同轴电缆内导体，将铜的高导电率和钢的高强度二者的优点结合起来；(4)为了降低电缆制造成本，节省铜材用量，减轻重量，采用铜包铝线作导体，将铜的高导电率和铝的低密度二者的优点结合起来。

上述改善方法，在电缆应用的不同领域产生了积极作用，各自占有有利的新市场，但以上这些方法仍然存在如下技术矛盾：(1)无氧铜导体虽然电性优秀(100％IACS)、塑性加工容易，但抗拉强度小(软态206～275N/mm²、硬态271～421N/mm²)、屈服强度小(软态70N/mm²、硬态300～350N/mm²)、弹性系数小(硬态12000N/mm²)、疲劳极限小(70～120N/mm²)。(2)单晶铜导体导电率比无氧铜高2～10％，在网络线中，采用单晶铜导体其传输频率可达300G，而无氧铜导体传输频率最高为100G，但单晶铜与无氧铜一样，机械强度差。(3)铜包钢线，兼具铜的高导电率和钢的高强度，适合高频信号传输用途，如用作微波同轴电缆中心导体，但是，传统铜包钢线导体，在制造过程中，额外引入许多杂质和晶格缺陷，如氧化物微粒、油脂、灰尘、水分以及表面缺陷，它们无规则分布于铜皮层和钢芯层交界面上，一则降低铜与钢的结合力，使导体在结合部容易分离，二则因为杂质微粒的存在，使信号传输在晶界面上发生过多的无规则反射、折射和吸收，电能损耗和信号衰减超过设计误差，铝包钢线导体亦如此；(4)铜包铝线导体，其优点是皮层导电率好、重量轻、成本低，但是机械强度弱的缺点亦很明显。

因此，如何使电缆导体的电性能和机械性能两大性能指标同步提高、缺点减少并消失，是电缆行业技术改进、提升产品功能和使用价值的两大重要主题。

发明内容

本发明提供一种梯度铜基合金电缆导体及其制造方法，目的是解决现有的电缆导体的电性能和机械性能两大性能指标不能同步提高的问题。

为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案是：一种梯度铜基合金电缆导体，主要由芯层和皮层两部分组成，所述芯层和皮层构成双金属同心圆结构，其中，芯层为铜基合金，皮层为纯铜。

为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案是：一种梯度铜基合金电缆导体的制造方法，

有一个双层复合材料一次铸造成型装置，该装置由上熔铸子系统和下熔铸子系统组成；所述上熔铸子系统由上熔炉、上电感应加热器、氧化保护套和上结晶器组成；所述下熔铸子系统由下熔炉、下电感应加热器和下结晶器组成；所述上熔炉上设有上电感应加热器，上熔炉的出口处与上结晶器的上端连接，所述上结晶器的下端与所述氧化防护套的上端连接，氧化防护套的下端伸入下熔炉的熔液之中；所述下熔炉上设有下电感应加热器，下熔炉的出口与下结晶器的上端连接，下结晶器的下端口作为线坯排出口；并且，所述上结晶器和下结晶器同轴线设置；