铝导电材料的研究进展-材料科学与工艺2014
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【摘要】铝由于其具有质轻、导电性能良好等优点被广泛用于电线电缆行业 中，并且由于其成本较低，成为取代铜导线的首选材料。本
文本预览
第 卷 第 期 材 料 科 学 与 工 艺
２２ ６ Ｖｏｌ?２２ Ｎｏ?６
年 月
２０１４ １２ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｄｅｃ．２０１４
铝导电材料的研究进展
王天资，巫瑞智，张景怀，刘 滨
哈尔滨工程大学 超轻材料与表面技术教育部重点实验室 哈尔滨
（ ， １５０００１）
摘 要： 铝由于其具有质轻、导电性能良好等优点被广泛用于电线电缆行业中，并且由于其成本较低，成为取代铜导线
的首选材料本文综述了国内外铝导电材料的研究进展，分析了铝材导电的基本原理，提出了提高铝材导电能力的几种
．
方法，并对铝导电材料的发展进行了展望
．
关键词： 铝导电材料；纯度；合金化；复合；电导率
中图分类号： 文献标志码： 文章编号：
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
铝是地壳中含量最多的金属元素 具有较高 美 德等国也纷纷将铝合金导线应用于高压输电
， 、
的导电导热性 良好的加工成型性和抗腐蚀性能 线路中 我国对于铝导电材料的研究始于 世纪
、 ， ； ２０
在电器行业中广泛用于制作电线 电缆和电导原 年代 经过几十年的发展也取得了许多辉煌的
、 ６０ ，
件等 ［１－３］ 近年来 国内外许多科研工作者对铝导 成就 ［５－６］ 据统计 目前发达国家平均每年导电用
． ， ． ，
电材料进行了大量的研究 取得了丰硕的成果 使 铝量约占铝消耗总量的 左右 而我国导电用
， ， １４％ ，
其逐渐成为取代导电铜材的廉价可选材料 铝导 铝的占有量高达
， ２５％［７］ ．
电材料的应用也日趋广泛
［４］ 铝导电材料主要包括 大类 纯度较高的纯
．
３ ：
本文综述了当今几类主要的铝导电材料 并
铝 添加有其他合金元素的铝合金以及通过各种
，
，
对其导电原理和影响因素进行了着重分析
物理化学方法同其他材料复合而成的铝复合
．
铝导电材料分类 材料
．
１
１．１ 纯铝材料
世纪末 世纪初 随着铝材冶炼技术走
１９ ２０ ， 导电用纯铝的纯度为 其导
向成熟 铝材逐渐被人们认识并应用于电力电讯 ９９．００％～９９．９９％，
， 电导热性较高 耐蚀性和焊接性能优异 材料塑性
行业中 年 日本率先使用全铝导线 随后 ， ，
．１９１０ ， ； ， 加工成型性能好 逐步发展成为主要的导电材料
， ，
导电率 但通常强度较低 常见的
收稿日期：
２０１３－０８－１２． ６１％～６３％ＩＡＣＳ， ，
基金项目：国家自然科学基金资助项目 牌号有 等 铝的导电性与
（５１００１０３４）． １０３５、１０５０、１０７０、１Ａ９７ ．
作者简介：王天资 男 博士研究生
（１９８９－）， ， ； 其纯度有着密切的关系 近年来 随着铝冶炼技术
巫瑞智 男 教授 博士生导师 ， ，
（１９７７－）， ， ， ． 的不断提高 铝材导电能力逐渐增强 是目
通信作者：巫瑞智
，Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｚｗｕ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． ， ．１Ａ９９第 期 王天资 等 铝导电材料的研究进展
６ ， ： ·５５·
超过 广泛应用于架空导线中 电性能最好 等 向工业纯铝中加入
［２９］
６０％ＩＡＣＳ， ． ．Ｌｉ ０．０５％～
近年来 随着高压线路的快速发展和电力需 的稀土元素 并对材料进行
， ０．１６％ Ｃｅ， ＳＥＭ、ＴＥＭ、
求的急剧增加 对输配电线和电站的大容量要求 和电导率测试分析同样得到 稀土元素
， ＥＤＳ ， Ｃｅ
也越来越高 提高导体材料的耐热性便是行之有 的加入显著提高了合金的抗拉强度 明显减弱了
， ，
效的方法之一 耐热铝合金导线应运而生 在合金中的有害作用 使得工业纯铝的导电率
， ． Ｓｉ ，
合金是一种强度较高的耐热导电铝合 升高
Ａｌ－Ｚｒ ．
金材料 它能够通过提高导线的连续使用温度提 国外提高铝材导电能力的方法主要是硼化处
，
高导线输电效率 使导电率维持在 左 理 此方法对于含 等元素较高的铝
， ６０％ＩＡＣＳ ， Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ
右 王秀芳等 通过向铝合金中加入金属元 合金十分有效 但对 含量较高的铝合金导电性
［２１－２２］ ［２３］
． ， Ｓｉ
素 使合金的晶粒组织得到细化 抗拉强度提 能改善作用不明显 等 通过向铝熔体中加
［３０］
Ｚｒ 、 ．Ｐａｕｌ
高 同时合金的再结晶温度提高 铝材耐热能力增 入硼来精炼铝 结果表明 与杂质元素形成金属
， ， ， ，Ｂ
强 但由于 的加入使基体的晶体点阵发生畸 硼化物 净化了金属铝液 得到导电性能较好的铝
２２ ６ Ｖｏｌ?２２ Ｎｏ?６
年 月
２０１４ １２ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｄｅｃ．２０１４
铝导电材料的研究进展
王天资，巫瑞智，张景怀，刘 滨
哈尔滨工程大学 超轻材料与表面技术教育部重点实验室 哈尔滨
（ ， １５０００１）
摘 要： 铝由于其具有质轻、导电性能良好等优点被广泛用于电线电缆行业中，并且由于其成本较低，成为取代铜导线
的首选材料本文综述了国内外铝导电材料的研究进展，分析了铝材导电的基本原理，提出了提高铝材导电能力的几种
．
方法，并对铝导电材料的发展进行了展望
．
关键词： 铝导电材料；纯度；合金化；复合；电导率
中图分类号： 文献标志码： 文章编号：
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
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
： ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ｐｕｒｉｔｙ； ａｌｌｏｙｉｎｇ； ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ； ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
铝是地壳中含量最多的金属元素 具有较高 美 德等国也纷纷将铝合金导线应用于高压输电
， 、
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、 ， ； ２０
在电器行业中广泛用于制作电线 电缆和电导原 年代 经过几十年的发展也取得了许多辉煌的
、 ６０ ，
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． ， ． ，
电材料进行了大量的研究 取得了丰硕的成果 使 铝量约占铝消耗总量的 左右 而我国导电用
， ， １４％ ，
其逐渐成为取代导电铜材的廉价可选材料 铝导 铝的占有量高达
， ２５％［７］ ．
电材料的应用也日趋广泛
［４］ 铝导电材料主要包括 大类 纯度较高的纯
．
３ ：
本文综述了当今几类主要的铝导电材料 并
铝 添加有其他合金元素的铝合金以及通过各种
，
，
对其导电原理和影响因素进行了着重分析
物理化学方法同其他材料复合而成的铝复合
．
铝导电材料分类 材料
．
１
１．１ 纯铝材料
世纪末 世纪初 随着铝材冶炼技术走
１９ ２０ ， 导电用纯铝的纯度为 其导
向成熟 铝材逐渐被人们认识并应用于电力电讯 ９９．００％～９９．９９％，
， 电导热性较高 耐蚀性和焊接性能优异 材料塑性
行业中 年 日本率先使用全铝导线 随后 ， ，
．１９１０ ， ； ， 加工成型性能好 逐步发展成为主要的导电材料
， ，
导电率 但通常强度较低 常见的
收稿日期：
２０１３－０８－１２． ６１％～６３％ＩＡＣＳ， ，
基金项目：国家自然科学基金资助项目 牌号有 等 铝的导电性与
（５１００１０３４）． １０３５、１０５０、１０７０、１Ａ９７ ．
作者简介：王天资 男 博士研究生
（１９８９－）， ， ； 其纯度有着密切的关系 近年来 随着铝冶炼技术
巫瑞智 男 教授 博士生导师 ， ，
（１９７７－）， ， ， ． 的不断提高 铝材导电能力逐渐增强 是目
通信作者：巫瑞智
，Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｚｗｕ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． ， ．１Ａ９９第 期 王天资 等 铝导电材料的研究进展
６ ， ： ·５５·
超过 广泛应用于架空导线中 电性能最好 等 向工业纯铝中加入
［２９］
６０％ＩＡＣＳ， ． ．Ｌｉ ０．０５％～
近年来 随着高压线路的快速发展和电力需 的稀土元素 并对材料进行
， ０．１６％ Ｃｅ， ＳＥＭ、ＴＥＭ、
求的急剧增加 对输配电线和电站的大容量要求 和电导率测试分析同样得到 稀土元素
， ＥＤＳ ， Ｃｅ
也越来越高 提高导体材料的耐热性便是行之有 的加入显著提高了合金的抗拉强度 明显减弱了
， ，
效的方法之一 耐热铝合金导线应运而生 在合金中的有害作用 使得工业纯铝的导电率
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合金是一种强度较高的耐热导电铝合 升高
Ａｌ－Ｚｒ ．
金材料 它能够通过提高导线的连续使用温度提 国外提高铝材导电能力的方法主要是硼化处
，
高导线输电效率 使导电率维持在 左 理 此方法对于含 等元素较高的铝
， ６０％ＩＡＣＳ ， Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ
右 王秀芳等 通过向铝合金中加入金属元 合金十分有效 但对 含量较高的铝合金导电性
［２１－２２］ ［２３］
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素 使合金的晶粒组织得到细化 抗拉强度提 能改善作用不明显 等 通过向铝熔体中加
［３０］
Ｚｒ 、 ．Ｐａｕｌ
高 同时合金的再结晶温度提高 铝材耐热能力增 入硼来精炼铝 结果表明 与杂质元素形成金属
， ， ， ，Ｂ
强 但由于 的加入使基体的晶体点阵发生畸 硼化物 净化了金属铝液 得到导电性能较好的铝
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