摘要：系統(tǒng)研究了高強高導銅材料的強化機理和制造技術，提出了“增強強化相”（提高彌散強化相強度）、“超飽和固溶”（提高基體中彌散強化相濃度）、 “柔性包裹銅晶界”（提高材料高溫強度等新型強化機制）的創(chuàng)新思路，為同時具有高強度和高導電、高導熱的銅基材料成份和顯微組織設計提供了理論基礎，并在材料學科權威期刊發(fā)表相關論文20余篇。發(fā)展出高強高導銅的大噸位、連續(xù)化、綠色制造技術，實現(xiàn)了全真空大噸位鉻鋯銅材料的規(guī)模生產(chǎn)，具有工藝簡單、流程短，所制備的材料結構全致密、顯微組織無偏析、性能均勻一致等優(yōu)點。高強高導銅材料生產(chǎn)項目技術評估價為1 500萬元，采用混合實施模式（支付西安交通大學300萬元現(xiàn)金，發(fā)明人技術入股1 200萬元），與陜煤集團合作成立了發(fā)明人技術入股、骨干團隊現(xiàn)金參股的混合所有制企業(yè)。建成了一期千噸量級生產(chǎn)線，產(chǎn)品在多個國家龍頭企業(yè)獲得規(guī)模應用，并即將建設萬噸量級生產(chǎn)線，對于國家高鐵、芯片、發(fā)動機等多個領域關鍵材料的升級換代具有重要意義。

關鍵詞：高強高導銅；強化機制；綠色生產(chǎn)；技術轉化

中圖分類號：TG136.文獻標志碼：A

DOI：10.7652/xjtuxb202405003.文章編號：0253-987X（2024）05-0019-12

High Strength and High Conductivity Copper Materials Fabricated by Continuous Green Method in Tonnage Scale

Abstract：The research conducted focused on the development of strengthening mechanism and manufacturing technique for copper-based materials with high-strength and high conductivity. These new mechanisms were proposed， namely the “strengthening second phase” to enhance the strength of the dispersion-strengthening phase， “super-saturated solid solution” to increase the concentration of the dispersion-strengthening phase in the matrix， and “flexible coating in copper grain boundaries” to improve the high temperature strength of these materials. These findings provide a theoretical foundation for the composition and microstructure design of high-strength and high-conductivity copper alloys. Over 20 relevant research papers on this topic were published in reputable journals. Furthermore， a continuous fabrication technique was developed for the scale green manufacture of high-strength and high-conductivity copper materials. This manufacturing process is characterized by its simplicity， with short duration， and the resulting copper materials exhibiting a fully compact structure， with no segregation in microstructure， and high performance uniformity. The implementation of this project was assessed to be worth 15 million RMB， and a new company was established with an investment structure consisting of 3 million RMB cash payment to Xi’an Jiaotong University and a 12 million RMB investment owned by the inventor. A mixed ownership enterprise was formed in collaboration with Shaanxi Coal Group， and the first production line of 1 000 tons has already been completed. The result products have been utilized by a number of national leading enterprises. Additionally， plans are underway to construct a 10 000 ton production line in the near future. These achievements have great significance implications for the advancement of key materials in various fields such as national high-speed rail， chips， and engines.

Keywords：high strength and high conductivity copper; strengthen mechanism; green manufacture; technical transfer

1.研究背景

銅具有良好的導電、導熱、耐腐蝕性能和優(yōu)越的冷變形能力，是電力電子、航空航天和機械制造業(yè)不可或缺的關鍵材料。一般情況下，純銅的強度低于200 MPa，冷變形后強度不超過400 MPa。但是，銅材冷變形后塑性下降嚴重，且增加的強度在使用溫度略高于室溫時會下降至冷變形前的水平。高強高導銅材料生產(chǎn)項目系統(tǒng)研究了提高銅基材料的室溫強度及高溫強度的理論方法，提出了“增強強化相”（提高彌散強化相的強度）、“超飽和固溶”（提高彌散強化相濃度）、 “柔性包裹銅晶界”（提高材料高溫強度等理論模型）［1-16］的創(chuàng)新思想，為獲得兼具高強度、高導電導熱率的高強高導銅材料提供了理論基礎。在工程技術上，針對當前銅基材料生產(chǎn)過程中的高污染、高耗能問題和產(chǎn)品中存在大量夾雜物而無法獲得超薄、超細純凈化高強高導銅合金問題，在國內(nèi)首次自主研制出了全真空高強高導銅生產(chǎn)裝備，發(fā)明了大噸位、高性能、高品質(zhì)的高強高導銅基合金的綠色連續(xù)化制造技術。通過了小試、中試和工業(yè)化生產(chǎn)驗證，實現(xiàn)了批量銷售和回款，解決了國內(nèi)外銅基合金規(guī)模生產(chǎn)中普遍存在的污染難題，獲得了高品質(zhì)的高強高導銅材料系列產(chǎn)品，滿足了國家芯片、高鐵、航空航天以及軍事工業(yè)領域的迫切需求。

1.1.高強高導銅基材料的強化理論與存在的問題

銅合金的電導率和強度通常呈現(xiàn)反比例關系，加入合金元素或者增強相粒子會引起銅基體的晶格畸變，對自由電子產(chǎn)生散射作用，導致銅合金的導電性能降低，使得銅基材料中存在著強度和導電導熱性能此消彼長的特征。高強高導銅合金要求在提高其強度的同時盡量減少對電導率的影響，目前國內(nèi)外對銅的強化方式主要有兩種思路：一是引入合金元素強化銅基體形成合金；二是引入第二相形成復合材料。經(jīng)典的強化機制包括固溶強化［17］、沉淀強化［18］、細晶強化［19-21］、形變強化［22］和復合強化，其本質(zhì)均是通過阻止位錯的運動實現(xiàn)材料強化。當前，研究者采用上述經(jīng)典理論強化銅基材料過程中仍存在增強效果不足、材料導電導熱性能損失嚴重等問題。

1.2.高強高導銅生產(chǎn)應用中的問題

目前，銅合金材料如中強中導銅鐵磷系合金、高強中導銅鎳硅系合金及高強高導鉻鋯銅系合金，繼承了純銅的優(yōu)越導電、導熱性能。強度能夠提高到450～1 000 MPa，電導率能夠保持到約40%～80% IACS（國際退火（軟）銅標準），其作為關鍵材料在電氣化鐵路（接觸線、牽引電機導條）［23-24］、高壓開關（導電桿、觸指、切換開關）［25］、大型高速渦輪發(fā)電機材料［26］、核聚變系統(tǒng)材料［27］等工業(yè)領域得到廣泛應用。雖然當前的銅合金材料強度較純銅有明顯提升，但仍難以滿足人類快速發(fā)展的需求，一些領域不得不采用昂貴的結構復合材料或者采取顯著增加材料體積的方式來解決。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的高強高導銅類合金材料普遍存在環(huán)境污染大、材料內(nèi)含大量氧化物夾雜缺陷、無法加工制造出超薄超細材料、性能不能滿足高鐵接觸線、芯片引線框架等關鍵產(chǎn)業(yè)領域的需求等瓶頸問題。

2.難點問題

困擾高強高導銅材料發(fā)展的主要問題包括應用基礎研究和工程技術發(fā)展兩個方面。

2.1.銅基材料強化機制研究中的科學難點問題

銅合金中存在著強度和導電率此消彼長的矛盾，提高銅合金強度的同時會造成電導率不同程度的下降。尋求同時具有超高強度、高導電導熱性以及良好抗軟化性能的銅材是眾多材料從業(yè)者追求的目標。國內(nèi)外學者針對當前具有最優(yōu)綜合性能的鉻鋯銅材料展開了大量的研究工作，取得了一系列成果的同時仍存在以下關鍵科學問題亟需解決。

（1）目前研究主要是采用向Cu-Cr合金體系材料中添加合金元素，提高材料力學性能，然而添加合金元素的同時會造成材料電導率顯著下降。

（2）提高鉻的濃度并未使Cu-Cr合金強度顯著提升。超過極限固溶度的過剩Cr相由于尺寸較大且自身硬度不足，無法有效阻礙位錯運動，不能有效發(fā)揮提升Cu-Cr合金強度的作用。Cu、Cr兩組元之間的微合金化，使Cu基體中的Cr析出相濃度不足，限制了高Cr含量Cu-Cr合金力學性能的有效提升。如何在不影響合金電導率的情況下提高過剩Cr相的強度，提升其對Cu基體的強化效果是當前迫切需要解決的問題。

（3）銅基合金的高溫強度不足。Cu-Cr系列合金是典型的時效強化型合金，高溫環(huán)境中時效析出的納米Cr顆粒易粗化，同時會發(fā)生部分Cr顆粒溶解于Cu基體中，使合金中作為抑制位錯運動的Cr析出相濃度降低，導致合金的高溫強度顯著衰退。

2.2.高強高導銅材料的生產(chǎn)技術難題

目前，國內(nèi)銅基材料的規(guī)?；a(chǎn)普遍采用常壓熔煉方法。為防止氧化，需要在熔池液面和結晶器液面采用木炭或熔渣等材料進行保護，上述保護材料在高溫工藝過程中產(chǎn)生粉塵和煙霧，嚴重污染環(huán)境、危害車間人員健康。此外，保護劑和坩堝沖刷物易在澆鑄過程中混入鑄錠材料內(nèi)部，形成高濃度夾雜，影響材料性能，難以保證材料在壓力加工過程中實現(xiàn)超薄化、超細化，限制其在引線框架、高鐵導線等高性能領域的應用。目前，國內(nèi)僅引線框架每年需求高強高導銅材料25萬t以上，但國內(nèi)只能供應性能較低的銅鐵磷系產(chǎn)品，對于高端的鉻鋯銅材料全部依賴進口；另一方面，國際社會雖然經(jīng)過大規(guī)模的研發(fā)和投入，然而鉻鋯銅材料在高鐵導線中的應用仍然處于起步階段，難以實現(xiàn)規(guī)模應用。制備出高性能純凈化的鉻鋯銅材料是國家多個關鍵技術領域的緊迫需求。國內(nèi)難以實現(xiàn)采用真空裝備生產(chǎn)高強高導系銅合金的主要原因在于生產(chǎn)裝備的限制，國內(nèi)尚無法生產(chǎn)制造全連續(xù)、大噸位真空熔煉設備。目前，國外10 t量級單錠真空熔煉和澆鑄裝備的價格約1億元/臺，而對于能實現(xiàn)連鑄功能的大噸位真空熔煉裝備完全限制對我國出口，我國迫切需要制造出具有自主知識產(chǎn)權的大容量真空熔煉和連鑄裝備。

3.主要科技創(chuàng)新

3.1.提出銅鉻系合金強化新方式

銅鉻合金（Cu-Cr）強度不足是影響其在超薄集成電路引線框架、高鐵接觸線等領域應用的難題，發(fā)展具有高強度兼高電導率、高抗軟化性能的Cu-Cr合金是國內(nèi)外關于銅合金領域的競爭焦點。針對目前研究中存在的強度與電導率不可兼得的瓶頸問題，團隊提出以下兩種增強Cu-Cr合金強度的同時不降低材料的電導率調(diào)控思路：第一種是通過向強化相Cr相固溶銅元素，提高強化相的本征強度；第二種是通過非平衡方法實現(xiàn)Cr相在銅基體中超飽和固溶。上述兩種策略均是通過調(diào)控Cu-Cr合金元素的本征性能，調(diào)控過程無外加元素引入，因此強化過程不影響合金電導率，為實現(xiàn)高強高導銅合金提供全新的研究思路。

3.1.1.強化過剩相Cr 及其對Cu-Cr合金強化機理研究

Cu-Cr合金中未固溶到銅基體的過剩Cr相，由于顆粒尺寸大且自身硬度不足，無法有效阻礙位錯的運動，無法充分發(fā)揮過剩Cr相對Cu-Cr合金的強化效果。團隊另辟蹊徑，利用Cu基體元素固溶于Cr相中，實現(xiàn)Cr相強度提升，然后用經(jīng)過強化的Cr相強化Cu基體。該強化方式未引入第3種合金元素，實現(xiàn)了Cu基體元素與第二相的交互作用，對第二相的內(nèi)部結構無影響，可有效保證合金的電導率，見圖1（a），圖中LM表示懸浮熔煉。團隊利用特種熔煉技術在國際上首次實現(xiàn)在Cr中固溶質(zhì)量分數(shù)約0.46%～0.54%的Cu，相較于純Cr相，溶解了Cu元素的Cr相硬度提高了約38%～56%，耐磨性能也大幅提升，見圖1（b），圖中AT表示時效處理。理論計算結果表明，Cu對Cr相的強化機制以固溶強化為主，究其原因主要是，Cu的時效析出溫度較高，使Cu納米顆粒易粗化，同時Cu顆粒較軟，易變形，易被位錯切過，造成彌散強化效果減弱。當Cu-Cr合金中含有強化的Cr相時，合金的硬度可提高約57%、抗拉強度提高了300 MPa，見圖1（d），圖中MI表示熔滲。含強化Cr相的Cu-Cr合金經(jīng)時效處理后，力學性能遠高于商用Cu-Cr合金，證明Cu元素對Cr相的固溶強化效果顯著高于Cu納米析出粒子的彌散強化效果，見圖1（c）。含有強化Cr相的Cu-Cr合金電導率與商用Cu-Cr合金相當（52% IACS），表明強化的Cr相對Cu基體晶體結構的影響可忽略，上述方法在大幅提升Cu-Cr合金力學強度的同時有效保持合金的電導率，為設計和制備高強高導銅合金提供了全新設計思路［5］。

3.1.2.超飽和固溶Cr強化Cu-Cr合金機理研究

針對低Cr含量的Cu-Cr合金強度不足的問題，目前常用的思路為通過添加合金元素、快速凝固、機械合金化及大塑性變形等多種方式來提高合金的強度。然而，上述方法僅研究了超飽和析出的Cr相對Cu基體的增強作用，對于超飽和析出Cr相在高溫下長大過程、二次回溶后殘余的Cr析出相數(shù)量、尺寸及分布對Cu基體高溫強度影響機制并沒有相關研究報道。

針對上述研究背景，團隊提出利用超飽和固溶的思路來增強Cu基體的力學強度，調(diào)控機制見圖2。通過制備超飽和固溶的Cu-5% （質(zhì)量分數(shù)） Cr合金（Cu-5Cr），分析了Cr相固溶度變化對合金力學性能的影響規(guī)律，重點探究了合金的高溫穩(wěn)定性、不同熱處理溫度下殘余Cr析出相的含量、尺寸及形貌對合金高溫力學性能的影響，見圖2（a）。研究發(fā)現(xiàn)，Cr的固溶度比共晶點溫度下Cr的固溶度（質(zhì)量分數(shù)）高0.24%，見圖2（b）。時效處理結果表明，與細晶Cu-Cr合金相比，Cr的固溶度（質(zhì)量分數(shù)）提升0.24%時，合金室溫硬度提升13%，大量彌散分布的Cr納米析出顆粒阻礙位錯及晶界運動，使合金室溫強度大幅提升；同時超飽和固溶Cu-Cr合金的電導率可與商用Cu-Cr合金相媲美（～60% IACS），見圖2（d）、（e）。微觀結構表明，超飽和固溶合金中的Cr析出粒子呈條形及圓點狀分布在Cu晶粒內(nèi)及缺陷處（位錯壁、晶界）。超飽和固溶Cu-5Cr合金的軟化溫度達到了800 ℃，接近熔點的74%；同時在升溫過程中可保持較高硬度（59 HV @873 K），表明超飽和固溶Cu-Cr合金在高溫下可保持較高的結構穩(wěn)定性，見圖2（c）。上述研究為高效調(diào)控Cu-Cr合金室溫力學性能及高溫力學穩(wěn)定性提供了設計依據(jù)［6-8］。

3.2.銅基復合材料界面“熱-力”調(diào)控機制

銅石墨烯復合材料因為結合了石墨烯與銅基體優(yōu)異的導電導熱性能和力學性能而受到了廣泛的研究，其作為新型高導電率材料和電子封裝散熱材料具有巨大的潛力。石墨烯由于其高比表面積，在銅基體中形成大量相界面，通過界面載荷傳遞，實現(xiàn)對銅基體力學性能強化；然而，由于銅碳的非共格界面特征，導致銅基體的導電傳熱自由電子在相界面處產(chǎn)生嚴重的界面散射，顯著抑制復合材料的導電導熱性能提升。銅石墨烯復合材料作為新興高導電率材料和電子封裝散熱材料，需要具備高導電導熱性、低膨脹系數(shù)和高溫力學強度等關鍵性能。因此，通過對銅石墨烯相界面結構與性能進行調(diào)控，進而優(yōu)化界面“熱-力-電”傳遞性能，對實現(xiàn)復合材料綜合性能全面提升具有重要意義。

3.2.1.銅石墨烯相界面熱錯配

高含量石墨烯在銅基體中的分散均勻性問題是影響復合材料組織與性能的關鍵，團隊提出采用化學共還原方法，構建多層石墨烯（MLG）負載銅顆粒復合粉體，改善了石墨烯在銅基體中的分散均勻性?；谏鲜鏊悸吩O計和制備了石墨烯體積分數(shù)分別為18%、30%和48%的3種復合材料?？紤]到石墨烯二維各向異性特征對復合材料性能的影響，分別探究了平行熱壓方向（軸向）和垂直熱壓方向（徑向）復合材料的結構與性能。隨石墨烯含量的增加，其在銅基體中的分布由彌散狀分布演變?yōu)檫B續(xù)分布和聯(lián)通分布特征，尤其在徑向的分布呈現(xiàn)強烈的各向異性特征，見圖3（a）。熱膨脹系數(shù)測試也呈現(xiàn)明顯的各向異性特征，具體表現(xiàn)為，同一石墨烯含量的復合材料徑向熱膨脹系數(shù)顯著低于軸向，且隨著石墨烯含量的增加各向異性逐漸增強，見圖3（b）～3（d）［9］。

對高石墨烯含量銅基復合材料的熱膨脹行為進行表征，見圖3（e），圖中E30、E48、S39、S48、C48、C50中E表示膨脹、S表示加權值、C表示壓縮，數(shù)值為石墨烯體積分數(shù)。結果顯示，相比于多晶純銅樣品，Cu-30MLG和Cu-48MLG的熱膨脹系數(shù)明顯降低。其中值得注意的是，Cu-48MLG的熱膨脹系數(shù)隨溫度上升呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，這種變化趨勢與純銅和Cu-30MLG截然不同。進一步對上述復合材料中石墨烯的分布特征和微觀組織進行表征發(fā)現(xiàn)，石墨烯對復合材料相界面的曲率半徑影響顯著。其中Cu-30MLG的曲率半徑為18 μm，而Cu-48MLG相界面曲率半徑為6 μm。熱膨脹測試升溫過程中，相界面曲率半徑越小，石墨烯對銅基體的膨脹抑制效果越顯著。基于上述實驗觀察到的現(xiàn)象與預判，采用數(shù)值模擬方法，對不同曲率半徑的銅石墨烯相界面區(qū)域升溫條件下的應力、應變特征進行探究。結果顯示，隨著溫度逐漸上升，曲率半徑越小的相界面區(qū)域銅基體的殘余熱應力越大。界面區(qū)域瞬態(tài)熱膨脹系數(shù)結果顯示：在曲率半徑為6 μm的銅石墨烯相界面區(qū)域，熱膨脹系數(shù)隨溫度逐漸升高呈現(xiàn)趨于0的穩(wěn)定狀態(tài)；而在曲率半徑為18 μm的銅石墨烯相界面區(qū)域，熱膨脹系數(shù)隨溫度升高呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢。上述模擬結果證明，實驗中隨溫度升高呈現(xiàn)逐漸降低的熱膨脹系數(shù)主要原因是，石墨烯在銅基體中形成的聯(lián)通結果，對銅基體的膨脹變形產(chǎn)生更加有效的抑制作用。研究結果為精確高效調(diào)控銅石墨烯復合材料的熱膨脹性能提供理論依據(jù)和調(diào)控準則，為制備具有匹配電子元件的低熱膨脹系數(shù)電子封裝散熱材料提供了研究基礎［5-6］。

3.2.2.銅石墨烯相界面?zhèn)鳠釓娀?/p>

石墨烯在銅基體中形成大量非共格相界面，對銅基體的載流子運動產(chǎn)生嚴重散射，進而影響復合材料的導熱性能。團隊采用分子模擬方法，在銅石墨烯相界面引入合金元素，構建導熱聲子“高速橋梁”，探究不同類型金屬元素對銅石墨烯相界面熱傳導影響規(guī)律，見圖4。選取合適元素強化銅石墨烯相界面熱傳導性能，界面分子模型見圖4（a），圖中Z為與界面模型熱端的距離。該工作以銅石墨烯相界面分子模型為參比，分別引入可以與銅/碳發(fā)生反應的金屬元素（鈦和鈷）及無反應的金屬元素（金和鈀）。通過長時間的弛豫后觀察相界面區(qū)域界面結構（原子擴散）演變特征，結果顯示，相比于參比模型中銅石墨烯（Cu-G）相界面和添加了金和鈀的復合向界面（Cu-Au-G和Cu-Pd-G），添加鈦和鈷元素的復合相界面中金屬元素，分別與銅基體中的銅原子和石墨烯中的碳原子發(fā)生固溶擴散，形成了穩(wěn)定的化學界面，見圖4（b），圖中TLG表示三層石墨烯。相界面區(qū)域的溫度梯度和界面熱導的計算結果顯示，相比于Cu-G相界區(qū)域，Cu-Au-G和Cu-Pd-G相界區(qū)域的溫度梯度顯著增大、界面熱導有所降低；而Cu-Ti-G和Cu-Co-G相界區(qū)域的溫度梯度有所降低，同時界面熱導顯著增加，見圖4（c）、4（d）。

上述結果表明，金屬元素鈦和鈷有利于改善銅石墨烯非共格相結構特征，提高相界面的導熱能力；引入金和鈀元素加劇了銅石墨烯相界面散射效應，不利于界面熱傳導。對Cu-G、Cu-Ti-G和Cu-Pd-G相界面區(qū)域的聲子態(tài)密度特征進行表征，相比于銅/碳的聲子態(tài)密度匹配度，添加鈦金屬元素可提高相界面區(qū)域的聲子態(tài)密度匹配度，見圖4（e），其中STi、SCu、SPd為圖中兩條曲線的重疊面積比。研究結果為調(diào)控銅石墨烯相界面的傳熱性能提供了理論基礎和調(diào)控方法，闡明了引入金屬元素調(diào)控銅碳相界面結構與導熱性能的作用機制［10-11］。

3.2.3.銅石墨烯相界面載荷傳遞

石墨烯對銅基體的力學性能強化效果非常顯著，目前關于石墨烯對銅基體的強化機理主要是圍繞經(jīng)典的界面強化效應，然而石墨烯在銅基體中的具體作用機理與強化機制仍缺乏詳細的研究。團隊利用微納尺度表征技術，對銅石墨烯相界區(qū)域（interface boundary，IB）的力學特性進行研究，為了進一步區(qū)分相界區(qū)域石墨烯的強化效果與銅晶界本征強化效果，分別選取了銅晶內(nèi)區(qū)域（grain interior，GI）和銅晶界區(qū)域（grain boundary，GB）作為對比。相比于GI和GB區(qū)域，IB區(qū)域中的壓痕在卸載過程中呈現(xiàn)顯著的位移回彈特征，證明石墨烯對相界區(qū)域，銅基體塑性變形具有強烈的抑制效果，見圖5（a）?；趬汉鄣妮d荷與位移指數(shù)關系以及載荷與對應位移的積分面積，評估石墨烯對銅基體的彈性變形能力影響。結果顯示，相比于GI與GB區(qū)域，銅基體所呈現(xiàn)的低彈性變形特征，IB區(qū)域銅基體的彈性變形顯著增強，見圖5（b）。相比遠離石墨烯一側的凹坑輪廓，靠近石墨烯一側的壓痕凹坑輪廓形變受到石墨烯明顯的抑制作用見圖5（c）。分子模擬IB與GB區(qū)域壓痕的堆垛形貌，再次驗證了石墨烯對銅基體的塑性變形抑制效果，利用石墨烯的高彈性模量，實現(xiàn)對相界區(qū)域銅基體的彈性回復強化效果，見圖5（d）～（e）。上述研究結果從微納尺度揭示了石墨烯在銅基體中的強化機理，為進一步準確和高效調(diào)控復合材料的力學性能提供新的策略和方法［12-13］。

4.國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化技術對比

目前，由于缺乏大噸位真空連續(xù)化制造裝備，為了降低生產(chǎn)成本，國內(nèi)外高強高導銅的熔煉多在空氣環(huán)境中進行，尚沒有在真空環(huán)境中實現(xiàn)大噸位熔煉和原位連續(xù)凝固成鑄錠的技術報導和產(chǎn)品供應。團隊采用自主研制的大噸位真空熔煉和原位成型裝備、實現(xiàn)了大噸位鉻鋯銅材料的全真空綠色生產(chǎn)，具有無三廢排放、工藝流程短、產(chǎn)品純凈化（近零夾雜）的優(yōu)勢，其中關鍵技術如下。

（1）自主知識產(chǎn)權的連續(xù)式生產(chǎn)裝備：采用自主研制的專用裝備，可實現(xiàn)大噸位（單錠質(zhì)量0.2～20 t）鉻鋯銅合金的一次成型，并可實現(xiàn)連鑄連軋、引鑄等連續(xù)生產(chǎn)方式，目前在國內(nèi)外具有唯一性。

（2）獨具特色的綠色制造技術：全真空大型裝備解決了非真空熔煉、澆鑄引發(fā)的環(huán)境污染問題；由于不用在熔池表面覆蓋木炭、熔渣等保護劑，生產(chǎn)的銅合金材料潔凈、近零夾雜物缺陷，生產(chǎn)成本顯著降低。

（3）工藝簡單易操作：實現(xiàn)了全自動控制，擺脫了銅合金產(chǎn)業(yè)中人工控制的傳統(tǒng)方式，工藝過程簡單、安全、易操作，產(chǎn)品性能穩(wěn)定性顯著提高。

5.推廣應用情況

項目轉化單位為陜西煤業(yè)化工技術研究院。陜煤集團2022年位列世界500強企業(yè)第209位，陜西煤業(yè)化工技術研究院有限責任公司是陜煤集團立足內(nèi)部、面向市場，融入“資金、技術、平臺、人才、機制”等科技創(chuàng)新核心要素；設立的高起點、高水平科技企業(yè)，主要承擔新能源、新材料方向上的科研成果試驗、專利專有產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的支撐平臺任務；以“科技成果產(chǎn)業(yè)化”為目標，著力培育實驗室技術的工程化開發(fā)，完成技術和產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化示范和推廣應用，具有強大的工程化開發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化培育能力。

陜西煤業(yè)化工技術研究院2022年3月與西安交通大學簽署1 500萬元混合實施協(xié)議：陜煤化工技術研究院支付西安交通大學300萬元，發(fā)明人技術入股1 200萬元、占24%股權。2023年4月陜煤化工技術研究院與技術發(fā)明人、管理團隊于西安市航天產(chǎn)業(yè)基地注冊成立了西安陜煤啟遠科技有限公司（注冊資金5 000萬元），并已在西安航天基地陜煤研究院新能源材料基地建成了一條千噸級高強高導銅基材料的試驗生產(chǎn)線，總投資4 350萬元、年產(chǎn)值約5 694萬元，批量生產(chǎn)的高強高導銅材料應用于湘電股份等多家上市公司企業(yè)。陜煤集團已在陜西省渭南市摘牌征地40畝（26 666.8 m2），計劃投資3.7億元建設更大規(guī)模的高強高導銅產(chǎn)業(yè)基地，進一步實施大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

西安陜煤啟遠科技有限公司計劃按照“堅持市場導向，加強技術創(chuàng)新，打造金屬復合材料第一競爭力，成為優(yōu)質(zhì)新材料應用解決方案提供商”的發(fā)展戰(zhàn)略，持續(xù)保持技術優(yōu)勢形成的戰(zhàn)略勢差，為陜煤集團乃至陜西省創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展和轉型升級提供內(nèi)生動力，努力打造國內(nèi)一流的科創(chuàng)板上市企業(yè)。目前，西安陜煤啟遠科技有限公司通過管理團隊現(xiàn)金入股的方式，形成了具有示范效應的混合持股模式，建成了以碩、博士為核心的研發(fā)團隊和資深工程師為核心的工程化團隊，積累了3年以上的研發(fā)經(jīng)驗和上百噸的銅基材料量產(chǎn)交付經(jīng)驗。公司未來會進一步將研發(fā)與生產(chǎn)相結合，致力于在銅基材料領域的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、完成升級轉型，在電子、電機、高鐵等領域?qū)崿F(xiàn)應用示范，形成10億元以上的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

6.研究前景與市場價值

高強高導銅材料是國家重點支持的高技術產(chǎn)業(yè)，發(fā)展高性能高強高導銅材的綠色制造技術具有重要的經(jīng)濟價值和社會意義。團隊將支持陜煤集團在渭南的規(guī)模產(chǎn)業(yè)基地建設，建設萬噸量級高強高導銅材料連續(xù)化綠色生產(chǎn)線，在電力、軌道交通等關鍵領域?qū)崿F(xiàn)應用示范，實現(xiàn)芯片、高鐵、航空航天等關鍵領域的規(guī)模應用。

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