鋁導電材料的研究進展-材料科學與工藝2014
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鋁導電材料的研究進展-材料科學與工藝2014
【摘要】鋁由于其具有質(zhì)輕、導電性能良好等優(yōu)點被廣泛用于電線電纜行業(yè) 中，并且由于其成本較低，成為取代銅導線的首選材料。本
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第 卷 第 期 材 料 科 學 與 工 藝
２２ ６ Ｖｏｌ?２２ Ｎｏ?６
年 月
２０１４ １２ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｄｅｃ．２０１４
鋁導電材料的研究進展
王天資，巫瑞智，張景懷，劉 濱
哈爾濱工程大學 超輕材料與表面技術教育部重點實驗室 哈爾濱
（ ， １５０００１）
摘 要： 鋁由于其具有質(zhì)輕、導電性能良好等優(yōu)點被廣泛用于電線電纜行業(yè)中，并且由于其成本較低，成為取代銅導線
的首選材料本文綜述了國內(nèi)外鋁導電材料的研究進展，分析了鋁材導電的基本原理，提出了提高鋁材導電能力的幾種
．
方法，并對鋁導電材料的發(fā)展進行了展望
．
關鍵詞： 鋁導電材料；純度；合金化；復合；電導率
中圖分類號： 文獻標志碼： 文章編號：
ＴＧ１４６．２１ Ａ １００５－０２９９（２０１４）０６－００５３－０９
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＷＡＮＧ Ｔｉａｎｚｉ， ＷＵ Ｒｕｉｚｈｉ， ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇｈｕａｉ， ＬＩＵ Ｂｉｎ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｌｉｇｈｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ
Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
： Ｓｉｎｃｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｉｓ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ， ｉｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗｉｒｅ
ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｓｔｉｎｇ， ａｌｕｍｉｎｕｍ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｈｏｉｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ． Ｉｎ ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｔｈｅ
ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｒｅ ｒａｉｓｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
： ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ｐｕｒｉｔｙ； ａｌｌｏｙｉｎｇ； ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ； ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
鋁是地殼中含量最多的金屬元素 具有較高 美 德等國也紛紛將鋁合金導線應用于高壓輸電
， 、
的導電導熱性 良好的加工成型性和抗腐蝕性能 線路中 我國對于鋁導電材料的研究始于 世紀
、 ， ； ２０
在電器行業(yè)中廣泛用于制作電線 電纜和電導原 年代 經(jīng)過幾十年的發(fā)展也取得了許多輝煌的
、 ６０ ，
件等 ［１－３］ 近年來 國內(nèi)外許多科研工作者對鋁導 成就 ［５－６］ 據(jù)統(tǒng)計 目前發(fā)達國家平均每年導電用
． ， ． ，
電材料進行了大量的研究 取得了豐碩的成果 使 鋁量約占鋁消耗總量的 左右 而我國導電用
， ， １４％ ，
其逐漸成為取代導電銅材的廉價可選材料 鋁導 鋁的占有量高達
， ２５％［７］ ．
電材料的應用也日趨廣泛
［４］ 鋁導電材料主要包括 大類 純度較高的純
．
３ ：
本文綜述了當今幾類主要的鋁導電材料 并
鋁 添加有其他合金元素的鋁合金以及通過各種
，
，
對其導電原理和影響因素進行了著重分析
物理化學方法同其他材料復合而成的鋁復合
．
鋁導電材料分類 材料
．
１
１．１ 純鋁材料
世紀末 世紀初 隨著鋁材冶煉技術走
１９ ２０ ， 導電用純鋁的純度為 其導
向成熟 鋁材逐漸被人們認識并應用于電力電訊 ９９．００％～９９．９９％，
， 電導熱性較高 耐蝕性和焊接性能優(yōu)異 材料塑性
行業(yè)中 年 日本率先使用全鋁導線 隨后 ， ，
．１９１０ ， ； ， 加工成型性能好 逐步發(fā)展成為主要的導電材料
， ，
導電率 但通常強度較低 常見的
收稿日期：
２０１３－０８－１２． ６１％～６３％ＩＡＣＳ， ，
基金項目：國家自然科學基金資助項目 牌號有 等 鋁的導電性與
（５１００１０３４）． １０３５、１０５０、１０７０、１Ａ９７ ．
作者簡介：王天資 男 博士研究生
（１９８９－）， ， ； 其純度有著密切的關系 近年來 隨著鋁冶煉技術
巫瑞智 男 教授 博士生導師 ， ，
（１９７７－）， ， ， ． 的不斷提高 鋁材導電能力逐漸增強 是目
通信作者：巫瑞智
，Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｚｗｕ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． ， ．１Ａ９９第 期 王天資 等 鋁導電材料的研究進展
６ ， ： ·５５·
超過 廣泛應用于架空導線中 電性能最好 等 向工業(yè)純鋁中加入
［２９］
６０％ＩＡＣＳ， ． ．Ｌｉ ０．０５％～
近年來 隨著高壓線路的快速發(fā)展和電力需 的稀土元素 并對材料進行
， ０．１６％ Ｃｅ， ＳＥＭ、ＴＥＭ、
求的急劇增加 對輸配電線和電站的大容量要求 和電導率測試分析同樣得到 稀土元素
， ＥＤＳ ， Ｃｅ
也越來越高 提高導體材料的耐熱性便是行之有 的加入顯著提高了合金的抗拉強度 明顯減弱了
， ，
效的方法之一 耐熱鋁合金導線應運而生 在合金中的有害作用 使得工業(yè)純鋁的導電率
， ． Ｓｉ ，
合金是一種強度較高的耐熱導電鋁合 升高
Ａｌ－Ｚｒ ．
金材料 它能夠通過提高導線的連續(xù)使用溫度提 國外提高鋁材導電能力的方法主要是硼化處
，
高導線輸電效率 使導電率維持在 左 理 此方法對于含 等元素較高的鋁
， ６０％ＩＡＣＳ ， Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ
右 王秀芳等 通過向鋁合金中加入金屬元 合金十分有效 但對 含量較高的鋁合金導電性
［２１－２２］ ［２３］
． ， Ｓｉ
素 使合金的晶粒組織得到細化 抗拉強度提 能改善作用不明顯 等 通過向鋁熔體中加
［３０］
Ｚｒ 、 ．Ｐａｕｌ
高 同時合金的再結晶溫度提高 鋁材耐熱能力增 入硼來精煉鋁 結果表明 與雜質(zhì)元素形成金屬
， ， ， ，Ｂ
強 但由于 的加入使基體的晶體點陣發(fā)生畸 硼化物 凈化了金屬鋁液 得到導電性能較好的鋁
２２ ６ Ｖｏｌ?２２ Ｎｏ?６
年 月
２０１４ １２ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｄｅｃ．２０１４
鋁導電材料的研究進展
王天資，巫瑞智，張景懷，劉 濱
哈爾濱工程大學 超輕材料與表面技術教育部重點實驗室 哈爾濱
（ ， １５０００１）
摘 要： 鋁由于其具有質(zhì)輕、導電性能良好等優(yōu)點被廣泛用于電線電纜行業(yè)中，并且由于其成本較低，成為取代銅導線
的首選材料本文綜述了國內(nèi)外鋁導電材料的研究進展，分析了鋁材導電的基本原理，提出了提高鋁材導電能力的幾種
．
方法，并對鋁導電材料的發(fā)展進行了展望
．
關鍵詞： 鋁導電材料；純度；合金化；復合；電導率
中圖分類號： 文獻標志碼： 文章編號：
ＴＧ１４６．２１ Ａ １００５－０２９９（２０１４）０６－００５３－０９
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＷＡＮＧ Ｔｉａｎｚｉ， ＷＵ Ｒｕｉｚｈｉ， ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇｈｕａｉ， ＬＩＵ Ｂｉｎ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｌｉｇｈｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ
Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
： Ｓｉｎｃｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｉｓ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ， ｉｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗｉｒｅ
ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｓｔｉｎｇ， ａｌｕｍｉｎｕｍ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｈｏｉｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ． Ｉｎ ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｔｈｅ
ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｒｅ ｒａｉｓｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
： ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ｐｕｒｉｔｙ； ａｌｌｏｙｉｎｇ； ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ； ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
鋁是地殼中含量最多的金屬元素 具有較高 美 德等國也紛紛將鋁合金導線應用于高壓輸電
， 、
的導電導熱性 良好的加工成型性和抗腐蝕性能 線路中 我國對于鋁導電材料的研究始于 世紀
、 ， ； ２０
在電器行業(yè)中廣泛用于制作電線 電纜和電導原 年代 經(jīng)過幾十年的發(fā)展也取得了許多輝煌的
、 ６０ ，
件等 ［１－３］ 近年來 國內(nèi)外許多科研工作者對鋁導 成就 ［５－６］ 據(jù)統(tǒng)計 目前發(fā)達國家平均每年導電用
． ， ． ，
電材料進行了大量的研究 取得了豐碩的成果 使 鋁量約占鋁消耗總量的 左右 而我國導電用
， ， １４％ ，
其逐漸成為取代導電銅材的廉價可選材料 鋁導 鋁的占有量高達
， ２５％［７］ ．
電材料的應用也日趨廣泛
［４］ 鋁導電材料主要包括 大類 純度較高的純
．
３ ：
本文綜述了當今幾類主要的鋁導電材料 并
鋁 添加有其他合金元素的鋁合金以及通過各種
，
，
對其導電原理和影響因素進行了著重分析
物理化學方法同其他材料復合而成的鋁復合
．
鋁導電材料分類 材料
．
１
１．１ 純鋁材料
世紀末 世紀初 隨著鋁材冶煉技術走
１９ ２０ ， 導電用純鋁的純度為 其導
向成熟 鋁材逐漸被人們認識并應用于電力電訊 ９９．００％～９９．９９％，
， 電導熱性較高 耐蝕性和焊接性能優(yōu)異 材料塑性
行業(yè)中 年 日本率先使用全鋁導線 隨后 ， ，
．１９１０ ， ； ， 加工成型性能好 逐步發(fā)展成為主要的導電材料
， ，
導電率 但通常強度較低 常見的
收稿日期：
２０１３－０８－１２． ６１％～６３％ＩＡＣＳ， ，
基金項目：國家自然科學基金資助項目 牌號有 等 鋁的導電性與
（５１００１０３４）． １０３５、１０５０、１０７０、１Ａ９７ ．
作者簡介：王天資 男 博士研究生
（１９８９－）， ， ； 其純度有著密切的關系 近年來 隨著鋁冶煉技術
巫瑞智 男 教授 博士生導師 ， ，
（１９７７－）， ， ， ． 的不斷提高 鋁材導電能力逐漸增強 是目
通信作者：巫瑞智
，Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｚｗｕ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． ， ．１Ａ９９第 期 王天資 等 鋁導電材料的研究進展
６ ， ： ·５５·
超過 廣泛應用于架空導線中 電性能最好 等 向工業(yè)純鋁中加入
［２９］
６０％ＩＡＣＳ， ． ．Ｌｉ ０．０５％～
近年來 隨著高壓線路的快速發(fā)展和電力需 的稀土元素 并對材料進行
， ０．１６％ Ｃｅ， ＳＥＭ、ＴＥＭ、
求的急劇增加 對輸配電線和電站的大容量要求 和電導率測試分析同樣得到 稀土元素
， ＥＤＳ ， Ｃｅ
也越來越高 提高導體材料的耐熱性便是行之有 的加入顯著提高了合金的抗拉強度 明顯減弱了
， ，
效的方法之一 耐熱鋁合金導線應運而生 在合金中的有害作用 使得工業(yè)純鋁的導電率
， ． Ｓｉ ，
合金是一種強度較高的耐熱導電鋁合 升高
Ａｌ－Ｚｒ ．
金材料 它能夠通過提高導線的連續(xù)使用溫度提 國外提高鋁材導電能力的方法主要是硼化處
，
高導線輸電效率 使導電率維持在 左 理 此方法對于含 等元素較高的鋁
， ６０％ＩＡＣＳ ， Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ
右 王秀芳等 通過向鋁合金中加入金屬元 合金十分有效 但對 含量較高的鋁合金導電性
［２１－２２］ ［２３］
． ， Ｓｉ
素 使合金的晶粒組織得到細化 抗拉強度提 能改善作用不明顯 等 通過向鋁熔體中加
［３０］
Ｚｒ 、 ．Ｐａｕｌ
高 同時合金的再結晶溫度提高 鋁材耐熱能力增 入硼來精煉鋁 結果表明 與雜質(zhì)元素形成金屬
， ， ， ，Ｂ
強 但由于 的加入使基體的晶體點陣發(fā)生畸 硼化物 凈化了金屬鋁液 得到導電性能較好的鋁
