Qu'est-ce que les composites en alliage de cuivre à haute performance ?

Le cuivre et ses alliages possèdent d'excellentes propriétés mécaniques et une processabilité supérieure, facilitant le moulage et le travail plastique. Plus important encore, ils présentent une bonne résistance à la corrosion, une conductivité thermique et une conductivité électrique, permettant leur large application dans des industries telles que l'électronique, l'ingénierie électrique et la fabrication mécanique. Par conséquent, ces matériaux ont un potentiel immense pour des applications dans de nombreux domaines de haute technologie.

Le cuivre et ses alliages sont connus pour leurs propriétés mécaniques favorables et leur excellente usinabilité, ce qui les rend faciles à couler et à subir une déformation plastique. Leur remarquable résistance à la corrosion, leur conductivité thermique et leur conductivité électrique élargissent encore leur champ d'application aux industries de l'électronique, de l'ingénierie électrique et de la fabrication mécanique. Cependant, les limitations de la résistance à température ambiante du cuivre, de ses performances à haute température et de sa résistance à l'usure restreignent son utilisation plus large. Avec le développement rapide des technologies modernes aérospatiales et électroniques, des exigences plus élevées sont imposées à l'utilisation du cuivre. Plus précisément, le cuivre doit maintenir une haute résistance, en particulier d'excellentes propriétés mécaniques à haute température, tout en préservant sa bonne conductivité électrique et thermique. De plus, des matériaux avec de faibles coefficients d'expansion thermique et de bonnes propriétés de friction et d'usure sont souhaités.

Par exemple, la première ligne de train à grande vitesse de la Chine, la ligne Pékin-Shanghai, avec un investissement total d'environ 20 milliards de dollars, a commencé sa construction en 2008. La demande annuelle en fils de contact est presque de 10 000 tonnes, soulignant le marché national et international significatif pour le développement de matériaux fonctionnels en alliage de cuivre à haute résistance, haute conductivité et haute résistance à l'usure. Les électrodes de soudage par résistance, les rouleaux de soudage à l'arc et les cadres de circuits intégrés nécessitent également des alliages de cuivre à haute résistance et haute conductivité. Cependant, les grades existants de cuivre et d'alliages de cuivre ont du mal à équilibrer haute résistance et haute conductivité. Par conséquent, le développement de composites fonctionnels à base de cuivre (alliage) haute performance par l'introduction de phases de renforcement appropriées et en tirant parti des effets synergiques de la matrice et des phases de renforcement fonctionnelles est devenu un sujet brûlant dans le monde entier.

Les alliages de cuivre à haute résistance et à haute conductivité font généralement référence à des alliages de cuivre ayant des résistances à la traction (Gb) allant de 2 à 10 fois celle du cuivre pur (350-2000 MPa) et une conductivité électrique typiquement comprise entre 50 % et 95 % du cuivre (50-95 % IACS). Les indicateurs idéaux reconnus internationalement sont une résistance à la traction (δb) de 600-800 MPa et une conductivité électrique d'au moins 80 % IACS. Les principaux domaines d'application des alliages de cuivre à haute résistance et à haute conductivité comprennent les cadres de connexion de circuits intégrés ultra-grands dans l'industrie électronique et de l'information, les contre-mesures électroniques, le radar, les tubes micro-ondes militaires haute puissance, les conducteurs de champ magnétique à haute impulsion pour les applications de défense et militaires, les équipements nucléaires et les fusées porteuses, les conducteurs aériens pour le transport ferroviaire à grande vitesse, les barres conductrices et les anneaux d'extrémité pour les moteurs de traction asynchrone à haute puissance à fréquence variable de 300-1250 kW, les pointes d'électrodes de soudage par résistance pour l'industrie automobile, les moules de machines de coulée continue pour l'industrie métallurgique, et les ponts de contact de commutation pour les dispositifs à vide et l'ingénierie électrique. Ainsi, ces matériaux ont un potentiel immense pour des applications dans de nombreux domaines de haute technologie.