摘要：本文針對我國電工電子、新一代移動通信、新能源汽車、航空航天、軌道交通等新興產(chǎn)業(yè)和重大工程領(lǐng)域?qū)ο冗M銅合金材料的典型需求，梳理了國內(nèi)外高強高導(dǎo)銅合金、耐磨耐蝕銅合金、超高強彈性銅合金、先進銅基復(fù)合材料、高精度銅及銅合金細(xì)微絲、超薄箔材的發(fā)展現(xiàn)狀和差距。在此基礎(chǔ)上分析了上述先進銅合金的典型市場需求，論證了我國先進銅合金材料的中長期發(fā)展目標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)。研究還提出了促進“產(chǎn)學(xué)研用管”的統(tǒng)籌規(guī)劃和一體化發(fā)展，提升裝備開發(fā)、技術(shù)研發(fā)和市場拓展能力，強化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)研究與制定，建立青年科技骨干人才培養(yǎng)體系的產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議。期望以國民經(jīng)濟重點領(lǐng)域和國防建設(shè)需求為導(dǎo)向，通過銅合金材料、裝備、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化等自主創(chuàng)新體系的完善，促進我國先進銅合金材料綠色、高端、智能發(fā)展。

關(guān)鍵詞：銅合金；高強度；高精度；功能應(yīng)用；

一、前言

《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等政策文件明確提出，新一代信息技術(shù)、先進軌道交通裝備、航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車等產(chǎn)業(yè)是我國重點發(fā)展的高新技術(shù)領(lǐng)域。這些領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料之一是高性能銅合金。高性能銅合金具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高強度、高耐蝕以及可鍍性和易加工性等一系列優(yōu)異性能，是上述領(lǐng)域發(fā)展不可或缺的材料類型。

我國銅材產(chǎn)量和消費量均居世界首位。按照包括各種常用銅材在內(nèi)的總體產(chǎn)量和進口量計算，通用銅材的國內(nèi)滿足度達到了96%。先進銅合金材料與構(gòu)件在***、重大工程和經(jīng)濟建設(shè)中具有重要地位，然而各種高性能銅合金材料嚴(yán)重依賴進口，如新型高強高導(dǎo)銅合金帶材、超細(xì)絲材、超薄帶材等。

開發(fā)先進銅合金材料及其***、短流程制備加工新技術(shù)對促進戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動我國由材料大國向材料強國邁進起著重要的支撐作用。本文從國家重大工程和新興產(chǎn)業(yè)用銅合金的應(yīng)用著手，梳理諸多領(lǐng)域內(nèi)銅合金材料的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，在分析先進銅合金材料的研發(fā)趨勢與典型市場需求的基礎(chǔ)上，提出先進銅合金材料的中長期發(fā)展目標(biāo)與建議。

二、國內(nèi)外銅合金材料應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速進步，新材料朝著超高性能、高純度、高迭代方向發(fā)展，對相關(guān)產(chǎn)品的集成化、功能化、微型化、可靠性等提出了更高要求。先進銅及銅合金作為核心導(dǎo)體材料，廣泛用于電子信息產(chǎn)業(yè)超大規(guī)模集成電路引線框架，國防裝備的電子對抗、雷達、大功率微波管，高脈沖磁場導(dǎo)體材料，高速軌道交通用架空導(dǎo)線、大功率調(diào)頻調(diào)速異步牽引電動機導(dǎo)條與端環(huán)，新能源汽車用電阻焊電極、電池材料、充電樁彈性材料，冶金工業(yè)用連鑄機結(jié)晶器、電真空器件，電氣工程用開關(guān)觸橋和各種導(dǎo)線等。

1.高強高導(dǎo)銅合金

高強高導(dǎo)銅合金主要應(yīng)用于集成電路引線框架帶材、軌道交通接觸線、高壓電器觸頭等部件。國際市場上的高強高導(dǎo)銅合金材料有百余種，獲得廣泛應(yīng)用的主要是Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系等。

在Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系合金方面，國外開發(fā)了系列牌號，如美國環(huán)球金屬制品有限公司的C19400（CuFeP）和C70250（CuNiSi），日本三菱伸銅株式會社的TAMAC194（CuFeZnP）、古河電氣工業(yè)株式會社的EFTEC6（CuFeP）、神戶制鋼株式會社的KLF5（CuFeSnP）和KLF118（CuNiSiZn）、日礦金屬株式會社的NKC114（CuNiSiZn）等。關(guān)于引線框架帶材，目前應(yīng)用***廣泛的仍是美國環(huán)球金屬制品有限公司***早開發(fā)的中強高導(dǎo)型Cu-Fe-P系合金（如C19400、KFC等），具有成本低廉、強度中等、高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性和良好的釬焊性、浸潤性、加工成型性等優(yōu)良特性。中鋁洛陽銅業(yè)有限公司、中銅華中銅業(yè)有限公司、寧波興業(yè)盛泰集團有限公司和寧波博威合金材料股份有限公司等已經(jīng)實現(xiàn)了C19400合金的商品化生產(chǎn)，占據(jù)了國內(nèi)的主要市場份額。國內(nèi)高校和企業(yè)還開展了協(xié)同攻關(guān)，在保證Cu-Fe-P合金材料綜合性能的前提下，將抗軟化溫度提高了近50℃。寧波興業(yè)盛泰集團有限公司、中鋁洛陽銅業(yè)有限公司、寧波博威合金材料股份有限公司、寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司等實現(xiàn)了C70250合金帶材產(chǎn)業(yè)化。

Cu-Cr-Zr系合金是高速軌道交通接觸線和超大規(guī)模集成電路引線框架的理想材料。日本奈川株式會社研發(fā)的PHC-120接觸導(dǎo)線就屬于該合金體系。近年來，美國、日本和德國企業(yè)相繼開發(fā)了耐熱Cu-Cr-X系合金引線框架帶材，如KME集團的C18160、維蘭德集團的C18080、三菱伸銅株式會社的C18141等，抗拉強度為540~630MPa，導(dǎo)電率為79%~84%IACS（國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)）。國內(nèi)在Cu-Cr-Zr系合金的成分優(yōu)化和組織結(jié)構(gòu)調(diào)控等方面進行了系統(tǒng)研究，寧波博威合金材料股份有限公司等實現(xiàn)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Cu-Cr-Zr系合金帶材產(chǎn)業(yè)化。

2.耐磨耐蝕銅合金

常用耐磨耐蝕銅合金包括錫青銅、鋁青銅、錳白銅和復(fù)雜黃銅，鑄件的抗拉強度為400~500MPa，硬度為100~200HBS（布氏硬度），延伸率為6%~10%；擠壓材的抗拉強度可達600MPa，硬度超過200HBS。國外主要生產(chǎn)商有日本三寶伸銅株式會社、住友重機械工業(yè)株式會社，國內(nèi)有中鋁洛陽銅業(yè)有限公司、洛陽雙瑞達特銅有限公司。

海洋工程用CuNi系耐蝕銅合金主要是B10（Cu-10Ni-1Fe-1Mn）和B30（Cu-30Ni-1Fe-1Mn）合金。德國、韓國生產(chǎn)的海洋工程用無縫耐蝕白銅排水管的***大直徑超過520mm，壁厚***薄達0.7mm。國內(nèi)在大口徑耐蝕白銅管研制方面起步較晚，存在耐蝕性不穩(wěn)定、使用壽命低的問題，部分高端耐蝕Cu-Ni-Fe合金管材產(chǎn)品依賴進口。CuNiSn系合金的抗拉強度可達1000MPa，且耐蝕性能優(yōu)異，在海水或酸性、油氣環(huán)境下的耐蝕性能以及高負(fù)載條件下的耐磨性能均優(yōu)于鈹銅、鋁青銅。目前國內(nèi)所用的高端超高強CuNiSn系合金全部依賴進口，其中美國Materion集團、日本永木精械株式會社、克拉爾特種金屬（法國）有限公司的產(chǎn)品處于市場主導(dǎo)地位。國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)正在聯(lián)合攻關(guān)大規(guī)格CuNiSn合金特殊鑄造環(huán)境下的鑄坯連續(xù)鑄造技術(shù)及成套裝備、合金形變熱處理制度、變形組織結(jié)構(gòu)和內(nèi)應(yīng)力分布特征及其調(diào)控技術(shù)，奠定了該合金的國產(chǎn)化基礎(chǔ)。

3.超高強彈性銅合金

超高強彈性銅合金一般指具有1000MPa以上強度、125GPa以上彈性模量的銅合金。高可靠性連接器用彈性銅合金主要是鈹銅合金。工業(yè)發(fā)達國家在鈹銅合金材料的生產(chǎn)和應(yīng)用方面達到了極高水平，且相關(guān)裝備與生產(chǎn)技術(shù)仍在革新；尤其是美國（以Materion集團為代表）和日本（以永木精械株式會社為代表）企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模都很大，生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平處于世界***地位。

鈹銅合金含劇毒物質(zhì)鈹，在高于150℃環(huán)境下的應(yīng)力松弛率急劇增大，極易導(dǎo)致彈性元器件在工作狀態(tài)下的接觸壓力發(fā)生改變，致使連接器工作失效。開發(fā)新型的環(huán)保超高強、高抗應(yīng)力松弛、成形性能優(yōu)良、可靠性高的導(dǎo)電彈性銅合金成為彈性材料研究熱點。Cu-Ni-Mn、Cu-Ti和Cu-Ni-Sn等合金均屬于時效強化型合金，經(jīng)過形變熱處理后，可獲得與鈹銅合金相媲美的強度和彈性性能以及更加優(yōu)越的耐腐蝕和抗應(yīng)力松弛性能。這些合金相繼由法國、美國、日本等企業(yè)研究開發(fā)，已部分替代鈹銅合金的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。國內(nèi)部分銅加工企業(yè)正在試制Cu-Ti合金產(chǎn)品，但規(guī)模化生產(chǎn)的關(guān)鍵加工制備技術(shù)仍待***突破，導(dǎo)致現(xiàn)有Cu-Ti合金材料無法實現(xiàn)自給。

4.先進銅基復(fù)合材料

先進銅基復(fù)合材料是液氫/液氧火箭發(fā)動機內(nèi)襯、超高壓開關(guān)、電極等部件的關(guān)鍵用材。在高導(dǎo)銅基復(fù)合材料方面，引入碳納米管和石墨烯，發(fā)展高強度、高電導(dǎo)率的碳納米管/石墨烯增強銅基復(fù)合材料成為國內(nèi)外研發(fā)的前沿方向之一。實驗室制備的該系列銅基復(fù)合材料樣品，抗拉強度大于500MPa，導(dǎo)電率達到115%IACS。在抗電磁屏蔽銅基復(fù)合材料方面，日本企業(yè)開發(fā)了系列CFA合金，如CFA95對磁場具有50~80dB的屏蔽效果，對電場具有超過80dB的屏蔽效果，同時自身導(dǎo)電率為60%~70%IACS。陜西斯瑞新材料股份有限公司、寧波金田銅業(yè)（集團）股份有限公司等國內(nèi)企業(yè)也在興建CuFe合金制造基地。

在高強高導(dǎo)抗高溫退火軟化銅基復(fù)合材料方面，美國SCM金屬制品有限公司開發(fā)了多種Cu-Al2O3彌散強化銅合金的牌號（如C15710、C15720、C15760等），具有較大的生產(chǎn)規(guī)模。Cu-Al2O3彌散強化銅合金材料的耐熱溫度高達900℃，主要用作電焊電極、醫(yī)療影像器件和電真空器件材料。中鋁洛陽銅業(yè)有限公司、有研工程技術(shù)研究院有限公司等國內(nèi)機構(gòu)也分別推出了自主研發(fā)的彌散強化銅合金產(chǎn)品，主要用于汽車鍍層鋼板、電池鎳片、鋁及鋁合金的焊接電極等。此外，一些特種功能的銅基復(fù)合材料也得到應(yīng)用，如抗電蝕CuCr觸頭材料、高導(dǎo)熱低膨脹CuW電子封裝材料、超高強高導(dǎo)Cu-Nb復(fù)合材料（室溫抗拉強度可大于1400MPa，導(dǎo)電率高于70%IACS）等。

5.高精度銅及銅合金細(xì)微絲、超薄箔材

微電子及超微電子、新一代移動通信、智能機器人等產(chǎn)品的普及率不斷提升，對超精細(xì)高性能銅絲、高性能超薄銅箔的需求越來越大。在細(xì)微絲方面，國內(nèi)市場不同規(guī)格銅細(xì)微線的供需關(guān)系存在巨大差別：直徑0.04mm以上的銅導(dǎo)線供大于求，價格低廉、競爭激烈；超細(xì)（直徑為0.015~0.04mm）銅導(dǎo)線的國內(nèi)需求大于生產(chǎn)能力，60%以上依靠進口；直徑在0.015mm以下的超精細(xì)銅導(dǎo)線則基本依賴進口。近年來，國內(nèi)一些廠家啟動了銅細(xì)微絲研發(fā)工作，但受限于設(shè)備和技術(shù)，產(chǎn)品成材率低、性能不均一，尚不能滿足微電子行業(yè)的需求。

在超薄箔材方面，國內(nèi)許多***覆銅板、印制電路板生產(chǎn)企業(yè)所必需的高撓曲性、高機械強度壓延銅箔，多數(shù)供應(yīng)被日礦金屬株式會社、福田金屬箔粉工業(yè)株式會社、美國環(huán)球金屬制品有限公司和日立電線株式會社等國外企業(yè)所主導(dǎo)。目前，高撓曲性壓延銅箔已實現(xiàn)箔材厚度≤33μm時、室溫下的抗拉強度≥500MPa，在135℃、30min熱處理條件下的抗拉強度≥150MPa、延伸率≥10%、撓曲次數(shù)≥7.6×108次。中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司、靈寶華鑫銅箔有限責(zé)任公司等國內(nèi)企業(yè)可以規(guī)模化生產(chǎn)部分規(guī)格的高品質(zhì)壓延銅箔。在壓延銅箔的表面處理方面，國內(nèi)企業(yè)僅初步掌握灰化處理技術(shù)，而黑化處理技術(shù)仍待研發(fā)。

三、我國先進銅合金材料應(yīng)用需求分析

1.高強高導(dǎo)銅合金

近年來，以銅鎂、銅銀、銅鉻系合金為代表的高強高導(dǎo)銅合金的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)取得了突破，在導(dǎo)電率保持在80%IACS以上水平的同時，強度較純銅提高數(shù)十倍，大幅提升產(chǎn)品性能；在超大規(guī)模集成電路引線框架、電氣化鐵道接觸網(wǎng)用接觸線、高端精密電線電纜等方面獲得廣泛應(yīng)用。例如，高強高導(dǎo)Cu-Ni-Si-(Co)系合金的抗拉強度為700~900MPa、導(dǎo)電率為45%~55%IACS；國內(nèi)部分銅加工企業(yè)已經(jīng)開展試生產(chǎn)及小批量市場供貨，預(yù)計2020年后得到大量應(yīng)用。

高強高導(dǎo)Cu-Cr-Zr系合金是軌道交通接觸網(wǎng)線、航空航天線纜、大規(guī)模集成電路引線框架、汽車工業(yè)和電子控制系統(tǒng)、電焊電極、高脈沖磁場導(dǎo)體、大型高速渦輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)線等部件的理想材料。我國300km/h及以下速度的高速鐵路接觸網(wǎng)線主要有Cu-Ag線、Cu-Sn線、Cu-Mg線，已實現(xiàn)自給自足；380km/h及以上速度的高速鐵路接觸網(wǎng)線試驗線路采用Cu-Cr-Zr合金接觸線，包括京滬高速鐵路棗莊至蚌埠高速試驗段、大西高速鐵路太原北至原平西高速試驗段。鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T2809—2017《電氣化鐵道用銅及銅合金接觸線》明確了Cu-Cr-Zr系合金接觸線產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)推廣應(yīng)用掃清了障礙。

新一代電子信息技術(shù)集成電路引線框架、未來柔性電網(wǎng)材料都對高導(dǎo)高強的Cu-Cr-Zr系合金板/帶/箔提出了迫切需求。引線框架帶材是集成電路的芯片載體，是電子信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。預(yù)計到2035年，Cu-Cr系合金在高速鐵路接觸線應(yīng)用可替代超過60%的同類普通材料，在引線框架銅合金應(yīng)用可替代超過30%的同類普通材料。

2.耐磨耐蝕銅合金

耐蝕銅合金廣泛應(yīng)用于海水淡化、艦船、海上石油平臺等領(lǐng)域用冷凝器、熱交換器管材和各種高強耐蝕件（閥體、法蘭、接頭等）。隨著我國航空航天、機械制造行業(yè)的快速發(fā)展，航空發(fā)動機、高速軸承等部件對高強耐磨耐蝕耐熱銅合金的性能要求和需求量顯著提高。Cu-Ni-Sn系合金抗拉強度可達1000MPa，耐蝕性能優(yōu)于鈹銅、鋁青銅，是航空、重載裝備、石油化工、***數(shù)控機床、機器人等核心零組件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。這類材料的應(yīng)用對象有：民航飛機起落架、翼型控制軸承、軸套及液壓系統(tǒng)耐磨部件，重型裝備、數(shù)控機床和汽車的氣門導(dǎo)管、凸輪滾動銷軸、滾子軸承，液壓柱塞泵的缸體、配流盤、柱塞、軸套、磨耗增強板、成形輥/沖頭等。

3.超高強彈性銅合金

超高強彈性銅合金一般要求材料抗拉強度≥1000MPa，彈性模量≥130GPa。對于鈹銅（如QBe2和C17200等）板帶材產(chǎn)品，有60%用于制造彈性元件，如膜片、波紋管、發(fā)電機刷彈簧、繼電器彈簧、彈簧接觸片、斷路器彈簧、航空儀表用各類彈簧；還用于精密儀器制造，軸承、齒輪、雙輥連續(xù)鑄軋鋁板坯用輥套、特殊的無火花工具制造等；在電動車充電樁、海洋工程用通信裝備方面也有廣闊的市場需求。目前全球鈹銅板帶材供不應(yīng)求的形勢更顯突出，年需求量以約12%的速度增長；國內(nèi)市場年需求量更是以20%~39%的速度增長，且高精度板帶材（厚度小于0.4mm）仍然依賴進口。

近年來，超高強彈性銅合金朝著高抗應(yīng)力松弛環(huán)保型彈性銅合金方向發(fā)展，如Cu-Ni-Co-Si、Cu-Ti、Cu-Ni-Sn系合金等。國內(nèi)團隊研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)多級形變熱處理后的Cu-Ni-Co-Si系合金抗拉強度可達1086MPa、導(dǎo)電率超過30%IACS。鈦青銅具有高的強度和彈性、優(yōu)良的耐磨性，無磁性、易軟釬焊和電鍍，碰擊時不產(chǎn)生火花，可用于高強度、高彈性、高耐磨性元件，如電器開關(guān)、繼電器彈性元件、精密小型齒輪、各種軸承等。QTi6-1合金耐高溫性能優(yōu)于鈹青銅，可代替用作精密儀器和儀表的彈性元件，如振動變流器的振動片和膜片、超高頻標(biāo)準(zhǔn)器的接觸彈性元件、行程開關(guān)彈片、新能源汽車/電子產(chǎn)品用高性能連接器等。預(yù)計到2035年，QTi6-1合金可實現(xiàn)對鈹銅合金材料約70%的替代。

4.先進銅基復(fù)合材料

具有高強、高導(dǎo)、耐高溫、耐電蝕、抗電磁屏蔽等特性的銅基復(fù)合材料成為眾多高端裝備的亟需材料，包括相控陣?yán)走_、大功率高頻脈沖磁場、大功率電子器件封裝、液氫/液氧火箭發(fā)動機內(nèi)襯、超高壓開關(guān)觸頭、電焊電極觸頭等。

新一代銅鐵電磁屏蔽材料（Fe含量為5%~40%）是新型顯示器的關(guān)鍵材料，導(dǎo)電率高、散熱性好，具有電磁屏蔽功能，在計算機、通信、汽車、電子、航天、航空等領(lǐng)域的電磁兼容方面應(yīng)用廣泛；在醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)院等場所用于電磁場屏蔽，在通信、電力等領(lǐng)域用作電磁屏蔽材料。

通過引入石墨烯或納米陶瓷顆粒形成具有特種功能的銅基復(fù)合材料也進一步獲得應(yīng)用。Cu-Al2O3彌散強化銅合金具有優(yōu)異的抗高溫軟化性能，在雷達、電子對抗、遙控遙測、粒子加速器等設(shè)備中的微波管內(nèi)腔體、發(fā)射管柵支持桿、行波管慢波線、電阻焊電極等方面具有廣闊應(yīng)用前景。

在電加工領(lǐng)域，采用鎢銅合金作為觸頭材料成為主流。鎢銅合金成本相對低廉，具備高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電、高耐熱、低熱膨脹、高耐電流侵蝕的特性，滿足高功率、高電壓、大電流接觸類材料的性能要求，廣泛用作大規(guī)模集成電路中的基片材料和芯片散熱材料。

5.高品質(zhì)超細(xì)導(dǎo)電銅合金線

超細(xì)導(dǎo)電銅合金線作為關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，用于制備集成電路封裝導(dǎo)線、微型電機輸電線、高頻超細(xì)同軸電線、高速寬頻傳輸線纜、通信終端傳輸線和醫(yī)用精密導(dǎo)線等。目前超細(xì)銅線材主要有Cu-Ag、Cu-Sn系合金。微細(xì)電磁線是電子元器件中極為重要的電流載體，其導(dǎo)電線芯要求有極高的導(dǎo)電率和良好的力學(xué)性能以滿足電子元器件的制造工藝要求；主要用于微特電機、繼電器、電子變壓器、互感器、電磁閥等電子元器件，涉及智能機器人、交通運輸、儀器儀表、國防軍工等裝備應(yīng)用。

無氧銅、銀銅合金等超細(xì)絲材是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)用微型電機的關(guān)鍵材料。例如，對于微型電機線圈繞組、電磁線芯等，絲材直徑普遍小于80μm，制備加工難度較大。隨著國內(nèi)原材料制備技術(shù)和裝備能力的提升，直徑小于30μm的超細(xì)線制備技術(shù)研究有所進展。預(yù)計到2035年，國產(chǎn)同類產(chǎn)品對進口產(chǎn)品的替代率超過50%。

6.高強高導(dǎo)壓鑄銅合金材料

目前我國各類電動機的耗電量占社會總用電量的60%左右。大多數(shù)鼠籠型三相異步電動機使用的鑄鋁轉(zhuǎn)子，體積大、能耗高、效率低，是電動機功率損失的重要部件，嚴(yán)重制約了電動機效率提升。銅具有良好的導(dǎo)電性、散熱性和耐磨性，以鑄銅轉(zhuǎn)子來替代鑄鋁轉(zhuǎn)子成為研發(fā)超***率電動機的可行方向。在研的鑄銅轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于3000r/min，可用于減速機、水泵等工業(yè)電機；但相關(guān)制備工藝尚不穩(wěn)定，成材率低、缺陷多，涉及的關(guān)鍵技術(shù)有待攻克。在電動汽車及中主軸用電動機方面，因轉(zhuǎn)速高于8000r/min，對銅轉(zhuǎn)子提出了高致密、高強度等更嚴(yán)格要求，后續(xù)需進一步開發(fā)保持高導(dǎo)電率、兼具高屈服強度和抗拉強度的銅合金壓鑄材料。

7.電子用超薄壓延銅箔

柔性電路板是有機發(fā)光二級管（OLED）屏幕中不可或缺的配件，而壓延銅箔是制造屏蔽材料、柔性印刷線路板、石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的重要材料。目前，OLED屏幕已被手機廣泛采用，未來隨著可穿戴電子設(shè)備、高分辨率顯示裝置、折疊顯示屏、智能醫(yī)療、無人駕駛等科技的普及，鑒于柔性電路板的極高性能要求，壓延銅箔的使用比例將會越來越高。

根據(jù)中國電子材料協(xié)會統(tǒng)計，2016年全國柔性覆銅板（FCCL）產(chǎn)量達到5.464×107m2，其中壓延銅箔使用量約為4600t，年均增長率為19.9%。2017年全球壓延銅箔產(chǎn)量為6.9×104t，而我國4家主要企業(yè)（中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司、山東天和壓延銅箔有限公司、靈寶金源朝輝銅業(yè)有限公司、蘇州福田金屬有限公司）的總產(chǎn)量僅約為7×103t。按此估算，到2035年，我國高性能壓延銅箔替代國外材料的比例有望達到40%。

8.環(huán)保易切削系列銅合金材料

鉛黃銅廣泛應(yīng)用于電子電氣、水管龍頭、閥體、鐘表、鎖具、玩具、接插件、耐磨件等方面。鉛為有毒元素，眾多國家設(shè)立相關(guān)法案對鉛黃銅在電子電氣設(shè)備、供水系統(tǒng)方面的使用進行了***，開發(fā)環(huán)保易切削銅合金成為必然發(fā)展趨勢。現(xiàn)有的供應(yīng)替代有鉍黃銅、硅黃銅等。鉍黃銅，如C89XXX（美國）、BZ5/BZ3（日本三越金屬株式會社）、HB-20（浙江海亮股份有限公司）、HBi60（四川鑫炬礦業(yè)資源開發(fā)股份有限公司）、ZHBi87（寧波博威合金材料股份有限公司）等，材料成本高，易出現(xiàn)應(yīng)力開裂和應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。硅黃銅的銅含量為70%~80%，成本較高，如ECOBRASS（日本三菱伸銅株式會社），HSi80-3、HSi75-3（中國）等。其他材料，如銻黃銅、鎂黃銅、磷鈣黃銅、石墨黃銅等尚未得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

環(huán)保易切削銅合金未來發(fā)展趨勢是開發(fā)切削性優(yōu)異的低成本銅合金。預(yù)計到2035年，在電子電氣設(shè)備、供水系統(tǒng)方面的環(huán)保易切削銅合金替代量將達到60%。

    四、我國先進銅合金材料的研發(fā)趨勢與面臨問題

  1.技術(shù)研發(fā)趨勢

近年來，我國高性能銅合金及其制備技術(shù)的整體水平取得了長足進步，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能銅合金產(chǎn)品種類不斷增加，銅合金材料加工裝機水平已接近國際先進水平。先進銅合金材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)如下特點。

（1）由單一性能要求朝著多功能特性要求的方向發(fā)展。例如，兼具高導(dǎo)熱、高電磁屏蔽性能的銅基材料應(yīng)滿足脈沖強磁場系統(tǒng)、粒子加速電磁發(fā)射器等高精尖領(lǐng)域中對導(dǎo)體材料的需求；380km/h速度的高速鐵路電網(wǎng)接觸線，除了需要高導(dǎo)電性能外，還應(yīng)具有更高的強度、耐磨性和抗疲勞特性；超大規(guī)模集成電路用銅合金要求具有高強高導(dǎo)、耐熱、耐彎折、易刻蝕等特性。

（2）銅加工材料向細(xì)、薄、長和高精度的方向發(fā)展。超細(xì)線、超薄帶、薄壁管、超長管、超長帶、螺紋管、異形管、異形棒、異形帶等產(chǎn)品的需求持續(xù)增加，如引線框架體現(xiàn)了多腳化、高密度化、超薄、微型化的發(fā)展趨勢。

（3）銅的高純化。工業(yè)用銅的含銅量由99.9%提高到99.95%，再提高到99.99%甚至更高，目的是盡可能地提高材料的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。含銅量為99.9999%的超純銅，將***大限度地減少雜質(zhì)對導(dǎo)電和導(dǎo)熱性的影響。

（4）材料復(fù)合化。單一的材料強化方式潛力有限，采用復(fù)合化的方法使銅材的綜合性能得到進一步提升成為研究熱點。例如，在銅合金中加入第二相顆粒、晶須或纖維對銅基體進行復(fù)合強化，開發(fā)新型多功能銅基復(fù)合材料，對高性能銅合金的設(shè)計理論與高新技術(shù)領(lǐng)域中的實際應(yīng)用具有重要價值。

2.面臨的問題

我國雖是世界銅合金材料***大生產(chǎn)國，但依然不是銅合金材料強國。我國航空航天、電子信息、海洋工程、高端裝備等眾多高新技術(shù)領(lǐng)域亟需的高性能銅合金仍較多依賴進口；銅合金材料生產(chǎn)企業(yè)眾多、產(chǎn)業(yè)集中度低、產(chǎn)品競爭力弱、行業(yè)利潤微薄，無法支撐高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。涉及的銅合金材料產(chǎn)業(yè)問題主要如下。

（1）高性能銅合金材料的品種和牌號少，部分高性能銅合金綜合性能普遍低于同類進口產(chǎn)品，如自主研發(fā)生產(chǎn)的Cu-Ni-Si、Cu-Cr-Zr引線框架帶材牌號極少。

（2）大規(guī)格高品質(zhì)銅合金產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)能力亟待提高，如高精度彈性銅合金帶材產(chǎn)品性能穩(wěn)定性、表面質(zhì)量、綜合成材仍待取得突破。

（3）高性能銅合金的加工過程環(huán)境污染大，資源浪費較為嚴(yán)重；***短流程制備技術(shù)還不成熟，產(chǎn)品質(zhì)量和性能也待提高。

（4）部分高端生產(chǎn)裝備的自主制造技術(shù)缺乏，使得新產(chǎn)品開發(fā)受限，如大部分高精度箔材生產(chǎn)裝備依賴進口。

（5）部分高端銅合金材料缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)和公共研發(fā)平臺，材料性能、生產(chǎn)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面的數(shù)據(jù)庫建設(shè)滯后。

（6）超高純、超低氧含量的無氧銅大規(guī)格均質(zhì)化制備技術(shù)仍待進一步完善，高精度大口徑長壽命的耐蝕白銅制備技術(shù)有待深化突破。
    五、我國先進銅合金材料的發(fā)展路徑

 1.中長期發(fā)展目標(biāo)

“十四五”時期，針對高端裝備對于高性能、高精度銅及銅合金板/帶/箔材與管、棒、線的重大需求，在先進銅合金材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品性能提升、綠色制造、產(chǎn)業(yè)升級、集成創(chuàng)新等方面進行重點突破，促進先進銅合金材料在國民經(jīng)濟關(guān)鍵領(lǐng)域的示范和推廣應(yīng)用。重點開發(fā)新一代超高強高導(dǎo)電銅合金及其復(fù)合材料，進一步提升高端銅合金產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性和產(chǎn)量。預(yù)期經(jīng)過5~15年的努力，構(gòu)建完整的先進銅合金材料綠色、高性能化制造產(chǎn)業(yè)體系，整體技術(shù)水平邁入國際先進行列。

調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進先進銅合金材料的綠色、高端、智能化發(fā)展。①注重產(chǎn)品的定位調(diào)整優(yōu)化，堅持走綠色、高端發(fā)展之路，向高性能化、高精細(xì)化靠攏，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保障國內(nèi)高端市場并推動出口。②實現(xiàn)碎片化技術(shù)的集成，建立銅合金材料設(shè)計、加工、設(shè)備、應(yīng)用等系統(tǒng)大數(shù)據(jù)庫。③通過技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，實現(xiàn)高端銅合金產(chǎn)品的國產(chǎn)化，擺脫先進銅合金原材料受制于人的局面；提高產(chǎn)品在重大工程領(lǐng)域中的應(yīng)用比例，提升產(chǎn)品附加值。

完善自主創(chuàng)新體系，促進高性能銅合金材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。①通過自主研發(fā)先進銅合金的體系、制備和加工技術(shù)，完善配套產(chǎn)業(yè)鏈，建立自主創(chuàng)新型的研發(fā)生產(chǎn)平臺。②進一步整合資源，加強先進銅合金產(chǎn)業(yè)文化建設(shè)，形成有效的“產(chǎn)學(xué)研用管”互動機制；提高先進銅合金產(chǎn)業(yè)集群的國際化運營水平，實現(xiàn)健康、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定發(fā)展。

2.關(guān)鍵技術(shù)分析

在先進銅合金材料的創(chuàng)新和制備技術(shù)方面，為實施有效趕超并突破國產(chǎn)材料的制備技術(shù)瓶頸，應(yīng)進一步加強高端產(chǎn)品、先進制備加工裝備及技術(shù)的自主研發(fā)力度。這其中涉及了一系列關(guān)鍵技術(shù)。

（1）先進銅合金材料體系建設(shè)。開展先進銅合金材料/工藝/結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計，基本形成具有知識產(chǎn)權(quán)的先進銅合金材料體系和制備新技術(shù)體系。以國家重點實驗室、工程技術(shù)中心、檢測中心的形式建設(shè)先進銅合金創(chuàng)新平臺、分析測試評價（標(biāo)準(zhǔn)）平臺、產(chǎn)業(yè)化示范平臺，支持構(gòu)建先進銅合金自主創(chuàng)新能力。

（2）基于國家重大工程和新型產(chǎn)業(yè)需求、具有先進銅合金自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵制備加工技術(shù)開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化。主要內(nèi)容包括：高精度高純無氧銅板/帶/箔材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)、Cu-Cr-Zr系合金大盤重超長（＞1500m）接觸線產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)、Cu-Ni-Si系與Cu-Cr-Zr系合金大卷重（＞8t）高精度超薄框架帶材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)、彌散強化銅合金及高導(dǎo)熱低膨脹電子封裝材料高致密無泄漏可靠特種制備技術(shù)、高精度大規(guī)格高耐蝕銅合金產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)、長壽命高耐磨環(huán)境友好型銅合金產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)等。自主突破一批具有國際***水平的先進銅合金***短流程制備加工技術(shù)，推動銅加工業(yè)的整體技術(shù)進步。

六、對策建議

1.促進“產(chǎn)學(xué)研用管”統(tǒng)籌規(guī)劃和一體化發(fā)展

在政策引導(dǎo)與支持下，依據(jù)國家科技領(lǐng)域布局，聯(lián)合銅合金制備加工企業(yè)、科研院所、應(yīng)用單位實施“產(chǎn)學(xué)研用管”協(xié)同機制。集中“產(chǎn)學(xué)研用”優(yōu)勢力量，突破制約我國重大工程和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高端銅合金基礎(chǔ)原材料產(chǎn)品的關(guān)鍵制備加工技術(shù)，解決“卡脖子”問題，推進先進銅合金制造強國的建設(shè)。建立和完善“技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新”“人才培養(yǎng)與引進”“信息與交流”“政策支持與保障”4類平臺，為先進銅合金產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展提供可靠且持續(xù)的技術(shù)和人才支撐，為創(chuàng)建***產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)提供示范。

2.提升裝備開發(fā)、技術(shù)研發(fā)和市場拓展能力

借鑒國際先進經(jīng)驗和發(fā)展過程，依靠自主科技創(chuàng)新，建立行業(yè)大數(shù)據(jù)來驅(qū)動銅及銅合金材料制造全流程的智能控制工藝。以產(chǎn)業(yè)有關(guān)裝備開發(fā)為核心，涵蓋先進連鑄連軋（連擠）機組、連拉連退機組、連拉連鍍機組、超細(xì)拉絲和絲退火鍍覆/涂覆機組等；提高生產(chǎn)能力與生產(chǎn)效率，降低能耗與原材料損耗率，提升產(chǎn)品性能與質(zhì)量穩(wěn)定性，提高市場競爭力與占有率。

3.強化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)研究與制定

面向高端制造對先進銅合金材料綜合性能的要求，建立和完善先進銅合金材料產(chǎn)品和生產(chǎn)技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)體系。建立超細(xì)銅線（包括鍍錫線和漆包線）、特種銅基復(fù)合材料等新產(chǎn)品的國家或行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完善銅資源回收利用的標(biāo)準(zhǔn)與方法，從源頭上規(guī)范秩序，確保行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

4.建立先進銅合金青年科技骨干人才培養(yǎng)體系

豐富學(xué)術(shù)/技術(shù)研討，加強技術(shù)專家與青年科技骨干的交流、軍民協(xié)同應(yīng)用對接、跨所有制的企業(yè)合作。推行專家團隊服務(wù)企業(yè)的“引智”模式，群策群力為企業(yè)產(chǎn)品攻關(guān)建言獻策，以攻克具體技術(shù)問題為目標(biāo)開展專家服務(wù)生產(chǎn)“精準(zhǔn)扶貧”。建設(shè)和提升“老中青”結(jié)合的先進銅合金人才隊伍。

來源：中國工程科學(xué)，2020年 第22卷 第5期 作者：姜業(yè)欣，婁花芬，解浩峰，李廷舉，宋克興，劉雪峰，運新兵，汪航，肖柱，李周