[发明专利]一种稀土掺杂的Cu-Cr-Zr合金材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种稀土掺杂的Cu‑Cr‑Zr合金材料及其制备方法和应用，属于有色金属合金及其制备技术领域。其特征是:由Cu‑Cr50、Cu‑Zr40、Cu‑La50、Cu‑Y25、纯度99.99％以上的优质电解铜板组成，各组分按质量百分数如下：La：0.01％～0.03％，Y：0.02％～0.04％，Cr：0.5％～1.2％，Zr：0.05％～0.10％其余为纯度99.99％以上的优质电解铜。将Cu‑Cr50中间合金和电解铜溶化，使用二次加料盒将Cu‑Zr40中间合金和稀土金属中间合金原料加入,减少易挥发元素的烧损。真空中频感应熔炼炉中,待坩埚中溶液均匀后,关闭中频加热，在氩气保护下浇铸。本发明所得产品金属材料净化效果好，能把氢、氧、氮等气体除去，合金氧化物杂质少，合金氧化损失率小，提高了金属及合金材料的性能。

技术领域

本发明涉及一种稀土掺杂的Cu-Cr-Zr合金材料及其制备方法，属于有色金属合金及其制备技术领域。

背景技术

高强高导电铜合金可以应用于集成电路的引线框架，各种点焊、滚焊机的电极、触头材料，电枢、电动工具的换向器，大型高速涡轮发电机的转子导线、大型的电气机车的架空导线等要求高导电率、高强度的领域，也可以用于与其导电性无直接关系的热交换环境中。引线框架是集成电路封装中的关键部件，也是集成电路芯片内、外电路连接电通路的必要组成部分。自集成电路于上世纪60年代问世以来，在很长的时间内，国际上选用的都是Fe-Ni-Co合金，但70年代由于Co价暴涨开发了FeNi42合金，随后又逐步被具有优异性能的铜合金所代替，目前国内外60％～85％的集成电路引线框架材料均采用铜合金。

从铜合金强化和导电机制方面分析，高强度和高导电性之间存在着矛盾，无论采用何种方法使铜合金得到强化，其导电率都将出现一定程度的下降这一矛盾贯穿于高强高导铜合金研究与开发的始终，因此，如何保证在导电率允许降低的范围内最大程度地提高铜合金的强度成为此类铜合金研究开发的关键，稀土元素最外两层的电子组态基本相似，易失去电子而表现出典型的金属性质，化学活性很强，能与许多元素发生相互作用，往铜熔体中添加适量的稀土，可净化铜的基体和晶界并细化基体组织，力学性能得到改善。

近年来，国内外研究开发的铜合金引线框架材料主要有中强高导型Cu-Fe-P系合金、高强中导型Cu-Ni-Si系合金及高强高导型Cu-Cr-Zr系合金等。中强高导系列的抗拉强度为400～450MPa，电导率80％～85％IACS；高强中导系列的抗拉强度在450～550MPa，电导率55％～65％IACS；高强高导系列的抗拉强度一般在600MPa以上，电导率大于80％IACS。Cu-Cr-Zr系合金具有高的强度和良好的导电导热性能，被广泛应用于高强、高导领域,如:制备电阻焊电极、电气工程开关触桥、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、电车及电力机车架空导线等。Cu-Cr-Zr系合金是目前研制出的唯一能够满足超大规模集成电路性能要求的高强高导引线框架材料(一般含0.15％～0.35％Cr,0.08％～0.25％Zr)，因而成为最具魅力的高强高导型铜合金，已受到国内外的广泛关注，是世界工业发达国家为满足大规模集成电路的发展而竞相研究和开发的重点，其中NY Tang和Motohiro Kanno对Zr对Cu-Cr合金的性能影响进行了早期的研究。

国际市场上，引线框架及其材料主要由日本厂商供货。日本的铜合金引线框架带材年产量超过5万吨，形成高导、高强中导、高强高导三大合金系列，品种牌号77个。日本产品除满足内需外，还大量出口海外市场，其中新光、大日本印制、凸板印刷、住友、三井等5大制造商独占全球50％左右的引线框架市场。其它主要生产商还包括美国的奥林黄铜，德国的维兰德、KME、德马克，法国的格里赛，韩国的丰山等。美、日、欧盟、俄罗斯等国为适应电子信息产业和众多高新技术的发展，一直把包括Cu-Cr-Zr系合金在内的引线框架铜合金材料作为研发的重点。日本早已开发出采用非真空生产技术生产Cu-Cr-Zr系合金的方法，已成功开发出几种高强高导Cu-Cr-Zr系引线框架材料，并已形成了产业化规模。具有代表性的有OMCL-1及NK120。OMCL-1抗拉强度和电导率分别为592MPa、82.7％IACS；NK120合金的抗拉强度和电导率分别为580MPa、80％IACS。