楊?yuàn)^為

(上海航天技術(shù)研究院808研究所)

1 引言

材料的準(zhǔn)確選用和質(zhì)量控制是研制開(kāi)發(fā)和成功應(yīng)用電連接器的基礎(chǔ)。電連接器材料質(zhì)量和可靠性直接關(guān)系到航天等高可靠電連接器的優(yōu)劣。

目前，我國(guó)對(duì)電連接器接觸件、絕緣體等關(guān)鍵零件的材料標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法以及應(yīng)用等基礎(chǔ)技術(shù)很不重視，至今還沒(méi)有一個(gè)單位在系統(tǒng)研究。面對(duì)眾多用于高可靠電連接器進(jìn)口材料，我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)能等效替代進(jìn)口材料的創(chuàng)新研究嚴(yán)重滯后。我國(guó)用于高可靠電連接器的鈹銅材料至今仍依賴(lài)進(jìn)口。感觸頗深的是，每年三月在上海慕尼黑國(guó)際電子展同期舉辦的國(guó)際電連接器技術(shù)論壇，上臺(tái)演講的總是一些國(guó)外著名品牌電連接器和相關(guān)的銅合金、髙分子聚合物等關(guān)鍵原材料廠商。例如，德國(guó)維蘭德公司每年演講宣傳其高性能銅合金及其在連接器領(lǐng)域的應(yīng)用，而至今還沒(méi)有一家國(guó)產(chǎn)原材料廠商在論壇上宣傳推介產(chǎn)品。

筆者作為一位上世紀(jì)六、七十年代曾致力于導(dǎo)彈、火箭等尖端武器材料國(guó)產(chǎn)化的老航天科技工作者，深為國(guó)家不重視材料基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀而擔(dān)擾。

筆者認(rèn)為，目前選擇進(jìn)口材料雖能完全滿足高可靠電連接器技術(shù)要求，但往往受價(jià)格和交貨期影響，特別是受?chē)?guó)際形勢(shì)影響較大。而選擇國(guó)產(chǎn)材料，雖目前某些質(zhì)量性能指標(biāo)有待提高和更加穩(wěn)定，短期內(nèi)尚不能達(dá)到髙可靠電連接器產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，但從戰(zhàn)略發(fā)展分析，我們必須大力扶植國(guó)產(chǎn)材料的創(chuàng)新發(fā)展，解決制約我國(guó)電連接器發(fā)展的瓶頸之一，即解決國(guó)產(chǎn)材料替代進(jìn)口的問(wèn)題。

2 鈹銅材料在高可靠電連接器上的應(yīng)用

2.1 鈹銅是制作高可靠電連接器彈性接觸件的首選材料

接觸件是連接器中的導(dǎo)電部分和核心零件。它將來(lái)自連接器尾部所連電線和電纜的能量或信號(hào)傳遞到與其相配的連接器對(duì)應(yīng)接觸件上，通常要求插孔與插針一一對(duì)應(yīng)。接觸件要保證良好的電接觸，連接器接觸界面必須要保持低而穩(wěn)定的接觸電阻。大量電接觸研究表明，連接器的接觸電阻與垂直于接觸界面的正壓力有關(guān)，正壓力增大，接觸電阻減小，且耐振動(dòng)和沖擊能力增強(qiáng)。

為確保電連接器接觸件接觸界面合適的正壓力，接觸件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必須遵循以下原則:

1)接觸件的最大變形量不應(yīng)超過(guò)材料的屈服極限。鈹靑銅和磷青銅材料應(yīng)力應(yīng)變曲線中屈服極限不明顯，常用塑性變形量為0.2%處的應(yīng)力作為屈服極限。

2)接觸件插合接觸時(shí)的最大圧力不應(yīng)造成過(guò)大的插拔力。接觸件插拔力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致接觸件摩擦和磨損加劇，影響使用壽命，還會(huì)導(dǎo)致連接器總分離力過(guò)大，影響可操作性。

為此，接觸件選材時(shí)應(yīng)以性能要求為依據(jù)，從彈性極限、彈性模量、強(qiáng)度、延伸率、疲勞強(qiáng)度、成型性、導(dǎo)電性、耐蝕性、耐熱性、表面質(zhì)量、尺寸偏差和可焊性等方面進(jìn)行綜合考慮。為防止插針插拔時(shí)彎曲損傷，插針應(yīng)選用具有較高機(jī)械強(qiáng)度的材料。為保證插孔插合時(shí)接觸可靠，防止塑性變形和應(yīng)力松弛，插孔應(yīng)選用具有較高彈性極限與疲勞極限和適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ康牟牧稀?/p>

鈹銅是力學(xué)、物理、化學(xué)綜合性能良好的一種合金。經(jīng)淬火時(shí)效處理后，具有較高的強(qiáng)度、彈性、耐磨性、耐疲勞性和耐蝕性。同時(shí)，鈹銅還具有較高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐寒性和無(wú)磁性，碰擊時(shí)無(wú)火花，易于焊接和釬焊，在大氣、淡水和海水中耐腐蝕性極好。鑒于鈹銅具有比一般青銅和黃銅更高的強(qiáng)度水平和良好的綜合性能，能滿足電連接器彈性接觸件設(shè)計(jì)選材的一系列要求，故它是制作高可靠電連接器彈性接觸件的首選材料。例如，高可靠射頻同軸連接器通用規(guī)范GJB5021A規(guī)定，插孔接觸件選用鈹銅合金;射頻同軸連接器總規(guī)范GJB681(MIL39012)也規(guī)定，除非另有規(guī)定，中心接觸件的彈性零件應(yīng)采用鈹青銅制成。

2.2 鈹銅在高可靠電連接器上的應(yīng)用現(xiàn)狀

通常用鈹銅棒可制作圓形側(cè)開(kāi)槽或直開(kāi)槽插孔。用鈹銅帶可沖制方形簧片式插孔。用鈹銅絲可制作雙曲線簧插孔或絞線式插針，承受高應(yīng)力時(shí)能無(wú)屈服變形或斷裂，維持長(zhǎng)期的高應(yīng)力狀態(tài)而不松弛，在有限的空間內(nèi)能承受最大的力，并且具有高的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率、優(yōu)良的抗腐蝕性、良好的工藝性能。退火或冷軋狀態(tài)帶材任何方向都能沖壓成形。

目前，按GJB598、GJB599等國(guó)軍標(biāo)生產(chǎn)用于航空、航天等領(lǐng)域的高可靠軍用電連接器，廣泛選用國(guó)產(chǎn)鈹銅QBe2或進(jìn)口C17200鈹銅絲、棒或帶材，制作接觸可靠性要求較髙的電連接器彈性接觸件，通常是加工成形后進(jìn)行時(shí)效硬化處理，獲得所需的綜合物理特性。

彈性接觸件按截面形狀可分為圓形和方形兩類(lèi)。圓形插孔選用鈹銅棒或絲材經(jīng)自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床車(chē)削加工而成。通常車(chē)制圓形插孔是釆用打孔、劈槽、收口(或收口后劈槽)，使之具有彈性。劈槽有側(cè)開(kāi)槽(圖1)、直開(kāi)槽(圖2)等型式。目前，越來(lái)越多的電連接器正在用一次成形工藝代替過(guò)去單工序切削加工，采用一次成形加工插(孔)，可在一臺(tái)設(shè)備上加工成形，裝夾次數(shù)少，加工精度和生產(chǎn)效率均相應(yīng)提高，也可釆用鈹銅帶經(jīng)多工位沖制成帶有內(nèi)外簧片的方形插孔(圖3)。方形插孔內(nèi)簧片與插孔緊密接觸產(chǎn)生正壓力，保證低而穩(wěn)定的接觸電阻，外簧片卡在絕緣體臺(tái)階上，起到將接觸件固定在絕緣體內(nèi)位置的作用。

圖1 鈹銅棒車(chē)制側(cè)開(kāi)槽插孔

圖2 鈹銅棒車(chē)制直開(kāi)槽插孔

圖3 鈹銅帶沖制方形插孔

圖4 鈹銅絲制作矩形連接器雙曲線插孔

雙曲線簧插孔是由多根彈性鈹銅絲按單葉回轉(zhuǎn)雙曲面的直母線排列，形成兩端大、中間小的鼠籠式插孔，見(jiàn)圖4。當(dāng)插針插入這種插孔內(nèi)，多根彈性鈹銅絲均勻而緊緊地包絡(luò)在插針?biāo)闹鼙砻嫔稀椥遭斻~絲在插孔中起重要作用。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使得絲所形成的雙曲面最小包絡(luò)直徑小于所配的插針直徑。當(dāng)插針插入雙曲線插孔時(shí)，插針和插孔中多根獨(dú)立的鈹銅絲同時(shí)接觸，構(gòu)成多個(gè)導(dǎo)電通路［1］。雙曲線插孔與其它插孔相比，接觸電阻低，插入和拔出力低，耐磨損，機(jī)械壽命高，在振動(dòng)、沖擊條件下性能可靠，質(zhì)量一致性高。

由于雙曲線簧插孔內(nèi)彈性絲既要導(dǎo)電、有一定的硬度和耐磨，又要有彈性和足夠高的強(qiáng)度，故常選用鈹銅絲［2］。例如，800A大電流電連接器設(shè)計(jì)要求:工作電壓380V、工作電流800A、使用壽命8年、溫升不高于60℃，且要求連接方便、迅速和插拔力小。該電連接器插孔接觸件選用鈹青銅絲制作高可靠雙曲線簧插孔，具有接觸電阻小、插拔柔和、抗振動(dòng)、耐沖擊、壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)，滿足了工作電流800A、溫升不超過(guò)60℃、接觸電阻小于7.95 ×10－4Ω 的要求。

目前，我國(guó)航空、航天等電連接器企業(yè)研制生產(chǎn)的超微矩形電連接器，絞線式插針是該連接器的關(guān)鍵部件，其性能特點(diǎn)決定了超微矩形電連接器的可靠性。

與雙曲線插孔相反的絞線性插針，絞線式插針是在三股芯纜銅線外包著七股鈹銅線構(gòu)成的彈性線纜做成一段纜束，再壓接到套筒上，最后鼓腰而形成絞線式插針。配合的插孔為非彈性管。由于插入時(shí)絞線式插針外面七股鈹銅線變形，緊密接觸插孔管壁，產(chǎn)生可靠的電接觸。插合后能耐振動(dòng)、沖擊和加速度的作用，不會(huì)出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象。

0.635 mm間距的超微矩形電連接器的絞線式式插針(麻花針)釆用三股0.06mm鈹銅線外包著七股0.038mm鈹銅線，繞成的纜束直徑僅0.2mm，見(jiàn)圖5。經(jīng)280℃、2h時(shí)效處理后，顯微硬度明顯提高，與未經(jīng)時(shí)效處理相比，硬度提高70%，且絞線式插針針頭性能穩(wěn)定，不易磨損。絞線式插針生產(chǎn)加工難度較大，成形困難，絞線式插針內(nèi)外圈均由細(xì)金屬絲組成，金屬絲的特性直接決定了絞線式插針的性能，由于內(nèi)外圈的金屬絲非常細(xì)，其尺寸的微小變化就能引起絞線式插針性能的較大變化，因此對(duì)金屬絲的尺寸精度要求極高。例如，外面用七股直徑0.13mm鈹銅絲繞制的絞線式插針，鈹銅絲直徑偏差0.01mm，將影響絞線式插針剛度26%。

為提高經(jīng)濟(jì)性和降低成本，0.635mm間距的超微矩形電連接器的接觸件，也可采用鈹銅帶經(jīng)連續(xù)沖壓精密成型，制成有三根相互間隔120°、前端相連的觸條，即叉觸簧的微型Y型插針，見(jiàn)圖6。這種結(jié)構(gòu)可保證在沖壓振動(dòng)條件下接觸連續(xù)可靠，無(wú)論施加何種外力，至少有一根叉觸簧能和插孔壁保持接觸。該接觸件工作電流為750mA、耐壓300V(AC)、接觸電阻在750mA電流下不大于40mΩ［3］。

圖5 鈹銅絲繞制0.2mm絞線式插針

圖6 鈹銅帶沖制0.457mmY型插針

鈹銅絲、帶材還可用于制作油田專(zhuān)用的多芯旋轉(zhuǎn)電連接器接觸件。多芯旋轉(zhuǎn)電連接器具有在高溫、高壓、高振動(dòng)惡劣環(huán)境下接觸安全可靠的特點(diǎn)，適用于隨鉆井下傳感器或儀器設(shè)備的連接。圖7為用鈹銅帶制作的4芯滑環(huán)接觸件旋轉(zhuǎn)電連接器。圖8為用鈹銅絲制作的8芯可更換彈簧接觸件旋轉(zhuǎn)電連接器?？捎糜诠ぷ鳒囟?204℃、工作壓力:20000－25000Psi、工作電流:2－5A、工作電壓:500VDC、耐受振動(dòng)的惡劣環(huán)境。8芯旋轉(zhuǎn)連接器創(chuàng)新設(shè)計(jì)采用鈹銅絲繞制的可更換的彈簧環(huán)狀接觸件，出現(xiàn)損壞易于更換維修。

圖7 4芯滑環(huán)旋轉(zhuǎn)電連接器

圖8 8芯可更換彈簧旋轉(zhuǎn)電連接器

3 國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口鈹銅材料的主要差距

由于發(fā)達(dá)國(guó)家冶煉水平高于我國(guó)，美國(guó)Brushwellman、日本NGK等進(jìn)口品牌鈹銅材料在尺寸精度、表面質(zhì)量和機(jī)械性能等質(zhì)量一致性指標(biāo)方面明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)鈹銅材料，導(dǎo)致我國(guó)高可靠軍用電連接器接觸件材料至今仍只得選用進(jìn)口材料。鈹銅材料制造和應(yīng)用技術(shù)，已成為制約我國(guó)高可靠電連接器創(chuàng)新發(fā)展的瓶頸。

要改變國(guó)產(chǎn)鈹銅的生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)鈹銅替代進(jìn)口的材料夢(mèng)，必須首先分析目前國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口鈹銅材料存在的主要差距。

1)標(biāo)準(zhǔn)研究落后

我國(guó)制定或修改行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)往往直接照搬照抄國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)外制定標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)理解甚少或根本不理解。例如，我國(guó)現(xiàn)行的鈹銅棒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T334－1995是參照ASTM B196M －90、ASTM B441－85制定的，鈹銅絲行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T571－2009是參照ASTM B197/197M 01制定的。用于制作高可靠電連接器彈性接觸件的鈹銅棒材和絲材等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制定已明顯滯后于囯民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

雖然參照ASTM B197/197M 01修訂的鈹銅絲行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T571－2009與原YS/T571－2006相比，增加了 QBe1.9、C17200 和 C17300 等牌號(hào)，供應(yīng)狀態(tài)增加了 1/4硬(Y4)、3/4硬(Y1)、軟時(shí)效(TF00)、1/4 硬時(shí)效(TH01)、1/2 硬時(shí)效(TH02)、3/4硬時(shí)效(TH03)和硬時(shí)效(TH04)等狀態(tài)，力學(xué)性能增加了1/4硬(Y4)、3/4硬(Y1)的性能，并提高了冷加工狀態(tài)的性能范圍，增加了部分拉抗強(qiáng)度上限。但據(jù)筆者了解，國(guó)產(chǎn)鈹銅絲實(shí)際生產(chǎn)目前嚴(yán)重滯后于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，往往是"有標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)產(chǎn)品"。國(guó)產(chǎn)鈹銅生產(chǎn)企業(yè)尚難提供現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各牌號(hào)的所有規(guī)格、狀態(tài)和性能，用戶(hù)由于難以訂購(gòu)到所需的規(guī)格、狀態(tài)的國(guó)產(chǎn)鈹銅絲，只得選購(gòu)進(jìn)口鈹銅絲。

2)缺少系統(tǒng)研究

表1列出了進(jìn)口C17200和國(guó)產(chǎn)QBe2牌號(hào)的化學(xué)成分。由表1可見(jiàn)，進(jìn)口鈹銅主要元素中添加了鈷元素，而國(guó)產(chǎn)QBe2只含鎳，不含鈷。鈷和鎳在周期表位置相鄰，化學(xué)性質(zhì)相近，添加進(jìn)鈹銅中的作用和效果基本相同，能降低鈹在固態(tài)銅中的溶解度，抑制相變過(guò)程，延緩淬火及時(shí)效過(guò)程中過(guò)飽和固溶體的分解，并有細(xì)化α固溶體晶粒作用。鈷是較稀缺元素，價(jià)格比鎳約高三倍，故我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)QBe2鈹銅牌號(hào)中只含鎳，不含鈷［4］。

表1 進(jìn)口C17200和國(guó)產(chǎn)QBe2牌號(hào)的化學(xué)成分

根據(jù)有關(guān)單位對(duì)相同狀態(tài)的進(jìn)口C17200和國(guó)產(chǎn)QBe2鈹銅合金的金相觀察發(fā)現(xiàn):進(jìn)口的C17200HT合金顯微組織細(xì)小均勻，晶內(nèi)滑移帶比國(guó)產(chǎn)QBe2CY合金要少，在晶界上不連續(xù)析出相明顯比國(guó)產(chǎn)QBe2CY合金要少一些［5］。

故從合金化機(jī)理分析:國(guó)產(chǎn)QBe2能否與添加鈷的進(jìn)口C17200作用相當(dāng)，尚需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。能否用添加其它元素達(dá)到與添加鈷相同，甚至比添加鈷更好的效果，是一個(gè)很值得研究的課題。

3)冶煉水平低，質(zhì)量一致性差

國(guó)產(chǎn)鈹銅由于受冶煉技術(shù)水平的限制，常含有一定的Al、Si、Pb、Fe等雜質(zhì)元素。若雜質(zhì)元素與銅形成脆性化合物分布于晶界，則會(huì)產(chǎn)生冷脆，即金屬冷變形時(shí)容易斷裂。金相對(duì)比觀察也證實(shí)，國(guó)產(chǎn)鈹銅沿晶界分布的脆性雜質(zhì)相要比進(jìn)口鈹銅多，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口鈹銅材料相比，雖原材料供應(yīng)狀態(tài)相同的情況下，硬度和抗拉強(qiáng)度相同，但國(guó)產(chǎn)鈹銅材料在生產(chǎn)加工過(guò)程中容易產(chǎn)生脆斷。

筆者調(diào)查多家電連接器生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量管理部門(mén)后得知，目前生產(chǎn)一般用途電連接器接觸件選用國(guó)產(chǎn)鈹銅，而生產(chǎn)高可靠電連接器接觸件選用進(jìn)口鈹銅。由于國(guó)產(chǎn)鈹銅冶煉水平低，與進(jìn)口鈹銅相比雜質(zhì)多、易脆斷、質(zhì)量一致性差。這是導(dǎo)致高可靠電連接器接觸件選用進(jìn)口鈹銅的主要原因。

4)生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)集成度低

改革開(kāi)放初期，我國(guó)寧夏東方集團(tuán)公司鈹銅分公司等國(guó)產(chǎn)鈹銅生產(chǎn)企業(yè)也曾給航空、航天等國(guó)內(nèi)著名電連接器企業(yè)供應(yīng)過(guò)鈹銅絲、棒、帶材，后因這些企業(yè)要求供應(yīng)的鈹銅材料品種規(guī)格多、數(shù)量少，而國(guó)產(chǎn)鈹銅生產(chǎn)的品種規(guī)格少和技術(shù)集成度低，競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)進(jìn)口鈹銅而逐漸退出市場(chǎng)。

例如，某航天電連接器企業(yè)僅生產(chǎn)絞線式插針用的鈹銅絲直徑有 0.038mm、0.06mm、0.07mm、0.09mm、0.12mm、0.15mm、0.20mm 等許多規(guī)格，每種規(guī)格每年耗量?jī)H幾公斤。用戶(hù)訂貨時(shí)往往所需重量低于國(guó)產(chǎn)鈹銅絲行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的每卷重量下限，且無(wú)法訂到上述所需規(guī)格的國(guó)產(chǎn)鈹銅絲。

該企業(yè)在成功研制間距0.635mm超微矩形電連接器基礎(chǔ)上，正在創(chuàng)新比其更小的超微矩形電連接器，繞制比直徑0.2mm更小的絞線式插針，外層需選用比0.038mm更細(xì)的鈹銅絲。由于目前國(guó)內(nèi)外鈹銅絲標(biāo)準(zhǔn)的最小規(guī)格直徑為0.038mm，該企業(yè)只得自行再拉拔改制，質(zhì)量得不到保證。

另外，材料供應(yīng)狀態(tài)往往不能滿足用戶(hù)要求。例如，研制間距0.635mm超微矩形電連接器時(shí)，按YS/T571－2006鈹銅絲行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，僅有1/2Y(半冷作硬化)和Y(冷作硬化)兩種狀態(tài)，而生產(chǎn)絞線式插針用的鈹銅絲要選用1/4Y(1/4冷作硬化)狀態(tài)繞制，最后只得選用進(jìn)口C17200鈹銅絲材。

5)專(zhuān)業(yè)人才流失嚴(yán)重

造成上述差距最重要原因是，國(guó)家層面專(zhuān)業(yè)科研機(jī)構(gòu)對(duì)材料基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用研究不重視，原有管理模式已不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展給人們思想觀念帶來(lái)變化和影響。許多原在有色金屬研究院或國(guó)有鈹銅生產(chǎn)企業(yè)從事數(shù)十年鈹銅研究的專(zhuān)業(yè)人員紛紛下海，合伙自籌資金創(chuàng)辦如西安科耐威爾合金有限公司等專(zhuān)門(mén)從事鈹銅生產(chǎn)研發(fā)的高新民營(yíng)技術(shù)企業(yè)，導(dǎo)致國(guó)家層面專(zhuān)業(yè)科研機(jī)構(gòu)專(zhuān)業(yè)人才流失嚴(yán)重，沒(méi)有能力對(duì)鈹銅及其替代材料開(kāi)展系統(tǒng)深入的研究，并對(duì)我國(guó)現(xiàn)行的鈹銅材料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適合我國(guó)國(guó)情和用戶(hù)需求修訂。

4 開(kāi)展鈹銅及其替代材料創(chuàng)新研究必要性分析

最近筆者在和行業(yè)內(nèi)電連接器專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家就鈹銅及其替代材料創(chuàng)新必要性研討時(shí)，許多領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家都提及該材料今后在國(guó)際上是否會(huì)逐步禁用的問(wèn)題。為此，專(zhuān)門(mén)向我國(guó)最大的鈹銅研制生產(chǎn)企業(yè)－寧夏東方集團(tuán)公司鈹銅分公司咨詢(xún)。

寧夏東方集團(tuán)公司鈹銅分公司答復(fù)是:當(dāng)今，世界上還沒(méi)有對(duì)鈹銅合金在使用的禁止和限制上作出任何法律規(guī)定。在歐洲的法律中(WEEE指令、RoHS指令、ELV指令、REACH規(guī)則等)，沒(méi)有對(duì)于鈹銅合金使用上的限制。這是因?yàn)榧词乖谶M(jìn)行對(duì)廢棄的電氣電子設(shè)備，廢舊汽車(chē)處理，回收的時(shí)候，對(duì)于人體健康和環(huán)境的影響小得幾乎可以不考慮。即使在日美，包括整個(gè)亞洲，對(duì)于鈹銅合金材料使用上也沒(méi)有法律限制。在歐洲的相關(guān)業(yè)界團(tuán)體中，也發(fā)表有對(duì)于鈹銅合金使用上認(rèn)可為主旨的書(shū)面說(shuō)明。由歐洲主要產(chǎn)業(yè)組織的C4E(CEFICEECA－EICTA－EUROMETAUX)在使用指南上明確了以下內(nèi)容:"鈹銅合金被分類(lèi)為非有害物質(zhì)"，"鈹銅合金在現(xiàn)行管理下，能夠繼續(xù)安全地使用"。

但從鈹銅材料今后發(fā)展趨勢(shì)分析:雖制作高可靠電連接器接觸件的鈹銅本身無(wú)毒對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，但鈹銅在生產(chǎn)冶煉過(guò)程中對(duì)環(huán)境存在污染。工業(yè)上用碳和氧化鈹熱還原法制取鈹－銅中間合金是在電弧爐中進(jìn)行的，電弧爐置于密封容器內(nèi)，操作人員戴防毒口罩。在對(duì)環(huán)境要求越來(lái)越嚴(yán)格的今天，研發(fā)鈹銅替代材料一直是業(yè)界關(guān)注的課題。近年來(lái)加上鈹銅的價(jià)格因素，世界各大銅加工企業(yè)，包括鈹銅最大生產(chǎn)商Brush Wellman公司，研究開(kāi)發(fā)了許多希望替代鈹銅的銅合金材料，包括銅鎳錫系、銅鎳硅系、鈦銅合金系列等，但其綜合性能均無(wú)法與鈹銅合金媲美。

由此可見(jiàn)，為逐步縮小我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平鈹銅及其替代材料的差距，實(shí)現(xiàn)用國(guó)產(chǎn)鈹銅材料替代進(jìn)口的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，由國(guó)家層面科研機(jī)構(gòu)組織開(kāi)展鈹銅及其替代材料創(chuàng)新研究是十分必要的。

5 鈹銅及其替代材料創(chuàng)新是一項(xiàng)系統(tǒng)工程

我國(guó)要開(kāi)發(fā)出能與美國(guó) Brushwellman、日本NGK等著名品牌抗衡的國(guó)產(chǎn)鈹銅及其替代材料，必須從整體的特性、功能、目標(biāo)出發(fā)，緊密結(jié)合應(yīng)用去研制設(shè)計(jì)系統(tǒng)各組成部分的參數(shù)和性能，以求得最佳組合。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)共同的創(chuàng)新目標(biāo)，必須通過(guò)運(yùn)行機(jī)制改革，將產(chǎn)業(yè)鏈上的材料研究、生產(chǎn)與應(yīng)用等單位組成創(chuàng)新聯(lián)盟，以改變目前材料生產(chǎn)與材料應(yīng)用脫節(jié)，造成材料研究和標(biāo)準(zhǔn)制定流于表面化，使材料很難適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的差異化工藝技術(shù)要求的現(xiàn)狀，必須將髙可靠電連接器鈹銅及其替代材料創(chuàng)新和應(yīng)用視為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需經(jīng)歷系統(tǒng)目標(biāo)確定、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、初步模擬試驗(yàn)、擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用等六個(gè)階段，見(jiàn)圖9所示。

圖9 接觸件材料聯(lián)合創(chuàng)新系統(tǒng)工程過(guò)程示意圖

鈹銅及其替代材料的創(chuàng)新目標(biāo)不僅是設(shè)計(jì)出具有一定電性能和機(jī)械性能的材料，更重要是要以滿足我國(guó)航空、航天等高可靠電連接器接觸件的設(shè)計(jì)要求和等效替代進(jìn)口材料為主要導(dǎo)向和目標(biāo)，以帶動(dòng)和提升我國(guó)民族材料工業(yè)水平和軟實(shí)力，達(dá)到性能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和資源的相互協(xié)調(diào)。系統(tǒng)工程除整體性考慮外，還應(yīng)最優(yōu)化考慮其性能、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境和社會(huì)效益等因素，遵循最優(yōu)化原則，使之綜合性能最優(yōu)［6］。

1)確定系統(tǒng)目標(biāo)

必須首先明確系統(tǒng)所要達(dá)到的目標(biāo)、工作內(nèi)容和具體要求。對(duì)接觸件材料而言，其要素有合金含量、添加元素、制造工藝和性能參數(shù)。目標(biāo)是要逐步縮小和進(jìn)口材料的差距，使國(guó)產(chǎn)接觸件材料趕上或超過(guò)進(jìn)口材料的生產(chǎn)質(zhì)量水平，使高可靠電連接器接觸件選用國(guó)產(chǎn)材料。接觸件材料創(chuàng)新除考慮其優(yōu)良性能外，還應(yīng)考慮其對(duì)環(huán)境污染程度、人身安全影響和制造工藝經(jīng)濟(jì)性(包括添加元素、工藝設(shè)備價(jià)格和工藝過(guò)程費(fèi)用等)。應(yīng)根據(jù)高可靠電連接器接觸件的負(fù)載性質(zhì)、工作環(huán)境制定高可靠電連接器接觸件材料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)性能可用機(jī)械壽命和電壽命等工作壽命衡量，標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)性可用費(fèi)用和對(duì)環(huán)境影響衡量。

2)系統(tǒng)分析

信息資料的收集是系統(tǒng)分析的前提和基礎(chǔ)。信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性將影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的精確和優(yōu)化。通?？山柚诓殚啲F(xiàn)有國(guó)內(nèi)外接觸件材料生產(chǎn)和應(yīng)用的文獻(xiàn)資料，收集或組織國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口接觸件材料(包括加工成彈性接觸件或成品)對(duì)比觀察試驗(yàn)和建立系統(tǒng)模型，通過(guò)模型來(lái)研究材料性能與材料成分和制造工藝等關(guān)系。

3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)是充分利用系統(tǒng)分析的各項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行決策并設(shè)計(jì)出幾個(gè)可選方案，然后再進(jìn)行系統(tǒng)方案的優(yōu)化選擇。由于系統(tǒng)影響因素多，可先建立幾個(gè)子模型，如材料性質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，即合金元素Be、Ni、Co等組成與材料性能的關(guān)系模型，建立材料性能與制造工藝的關(guān)系模型，然后將幾個(gè)子模型逐塊疊加聯(lián)接構(gòu)成系統(tǒng)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋求模型的最優(yōu)解，理論上可獲悉給定研制接觸件材料成分預(yù)測(cè)材料性能，或給定接觸件材料性能推薦材料的成分設(shè)計(jì)和工藝方案。

4)初步模擬試驗(yàn)

經(jīng)專(zhuān)家對(duì)上述系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行評(píng)審，從幾個(gè)可選方案中選出最優(yōu)方案。通過(guò)國(guó)家主管創(chuàng)新的部委對(duì)該課題的可行性論證、申請(qǐng)立項(xiàng)、落實(shí)創(chuàng)新課題經(jīng)費(fèi)和組織招標(biāo)，選取國(guó)內(nèi)最優(yōu)的接觸件材料生產(chǎn)企業(yè)和國(guó)內(nèi)最優(yōu)的高可靠電連接器生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展接觸件材料創(chuàng)新的初步模擬試驗(yàn)，并由代表我國(guó)電接觸領(lǐng)域最高學(xué)術(shù)研究水平的高等院校和最權(quán)威的電連接器質(zhì)量和可靠性檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)初步模擬試驗(yàn)的材料及其加工的接觸件質(zhì)量作出評(píng)價(jià)。

5)擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)幾輪試驗(yàn)、改進(jìn)、再試驗(yàn)、再改進(jìn)，總結(jié)出最優(yōu)化的接觸件材料成分設(shè)計(jì)和工藝方案。由"官、產(chǎn)、學(xué)、研、用"結(jié)合組織開(kāi)展擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)。擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)可由國(guó)內(nèi)最優(yōu)的接觸件材料生產(chǎn)企業(yè)提供新試材料，給國(guó)內(nèi)更多的航空、航天、軍用、信息、交通、能源等領(lǐng)域高可靠電連接器生產(chǎn)企業(yè)試用，以獲取試用后的質(zhì)量信息和進(jìn)一步驗(yàn)證接觸件材料的創(chuàng)新成果。由代表我國(guó)電接觸領(lǐng)域最高學(xué)術(shù)研究水平的高等院校和最權(quán)威的電連接器質(zhì)量和可靠性檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)綜合擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)的材料及其加工的接觸件提出質(zhì)量評(píng)價(jià)和改進(jìn)建議，并報(bào)請(qǐng)國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新成果鑒定。

6)生產(chǎn)應(yīng)用

在擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)創(chuàng)新材料及其加工接觸件和成品進(jìn)行鑒定試驗(yàn)，并建議將定型后的接觸件材料創(chuàng)新成果報(bào)請(qǐng)中國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)，由國(guó)產(chǎn)接觸件材料生產(chǎn)企業(yè)和高可靠電連接器生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合起草制定"高可靠電連接器用接觸件材料"行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，正式進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段。

6 建立高可靠電連接器接觸件材料創(chuàng)新聯(lián)盟的建議

使筆者感到特別困惑的是，目前在強(qiáng)大的進(jìn)口鈹銅供應(yīng)商面前，國(guó)產(chǎn)鈹銅無(wú)論是品種規(guī)格、質(zhì)量和價(jià)格都處于劣勢(shì)。如果沒(méi)有國(guó)家政策的扶植和支持，根本無(wú)法和國(guó)外進(jìn)口鈹銅抗衡，更談不上開(kāi)展替代鈹銅的材料創(chuàng)新。作為生存于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中的高可靠電連接器生產(chǎn)企業(yè)，鑒于國(guó)產(chǎn)鈹銅與進(jìn)口鈹銅存在明顯差距，考慮到質(zhì)量、可靠性、貨源供應(yīng)和性?xún)r(jià)比等諸多因素，自然至今仍首選進(jìn)口鈹銅。

筆者認(rèn)為，接觸件材料創(chuàng)新是一項(xiàng)振興民族材料工業(yè)的系統(tǒng)工程，要經(jīng)幾代人努力才能實(shí)現(xiàn)。如果現(xiàn)在再不抓起，不重視此項(xiàng)基礎(chǔ)材料研制。我們生產(chǎn)高可靠電連接器的關(guān)鍵材料仍依賴(lài)進(jìn)口，即使到2020年我國(guó)建成自己的空間站，基于關(guān)鍵材料進(jìn)口的高科技發(fā)展再先進(jìn)，也難圓幾代人要實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)!

改革開(kāi)放發(fā)展到今天，現(xiàn)在該到國(guó)家振興發(fā)展民族材料工業(yè)的時(shí)候了!關(guān)鍵是國(guó)家層面有關(guān)部委領(lǐng)導(dǎo)和科研機(jī)構(gòu)，要通過(guò)政策和資金扶植把高可靠電連接器產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)聯(lián)合起來(lái)，建立"官、產(chǎn)、學(xué)、研、用"結(jié)合的創(chuàng)新聯(lián)盟或研發(fā)平臺(tái)，才能一致對(duì)外和進(jìn)口材料抗衡。

為此，特提出"建立高可靠電連接器接觸件材料(鈹銅及其替代材料)創(chuàng)新聯(lián)盟的建議"。建議由能代表我國(guó)接觸件材料最高科研生產(chǎn)和學(xué)術(shù)研究水平的單位組成高可靠電連接器接觸件材料(鈹銅及其替代材料)創(chuàng)新聯(lián)盟，建立接觸件材料創(chuàng)新的合作機(jī)制?？赏ㄟ^(guò)深入的可行性立題論證，調(diào)研國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口材料生產(chǎn)質(zhì)量和應(yīng)用現(xiàn)狀，摸清我國(guó)的差距和不足，由國(guó)家投資對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和檢測(cè)手段進(jìn)行改造，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)等效替代進(jìn)口的目標(biāo)。

建議由寧夏東方集團(tuán)公司鈹銅分公司作為鈹銅及其替代材料生產(chǎn)企業(yè)，負(fù)責(zé)調(diào)研國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口鈹銅及其替代材料生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀和差距，并與代表我國(guó)高可靠電連接器最高生產(chǎn)質(zhì)量水平的貴州航天電器聯(lián)合向國(guó)家有關(guān)部門(mén)提出立題研究申請(qǐng)。寧夏東方集團(tuán)公司鈹銅分公司負(fù)責(zé)提供每輪試驗(yàn)所需的接觸件材料，貴州航天電器負(fù)責(zé)每輪試驗(yàn)的接觸件零件和成品生產(chǎn)。

北京郵電大學(xué)和工信部電子五所有許多資深的專(zhuān)業(yè)人才和豐富的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)手段。在我國(guó)電接觸基礎(chǔ)理論研究和軍用電接器質(zhì)量認(rèn)證、可靠性試驗(yàn)和失效分析等方面都享有很高聲譽(yù)和權(quán)威性。建議北京郵電大學(xué)檢索國(guó)內(nèi)外鈹銅及其替代材料情報(bào)資料，開(kāi)展國(guó)內(nèi)外鈹銅及其替代材料理化等項(xiàng)目的對(duì)比試驗(yàn)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)模型，對(duì)國(guó)內(nèi)外鈹銅及其替代材料作出科學(xué)的質(zhì)量評(píng)估。建議工信部廣州電子五所承擔(dān)每輪新試制材料加工的接觸件和成品和進(jìn)口相應(yīng)樣品對(duì)比的質(zhì)量一致性檢驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、失效分析和鑒定試驗(yàn)等工作，并作出相應(yīng)質(zhì)量評(píng)估報(bào)告。

如果向國(guó)家有關(guān)部委申請(qǐng)科研經(jīng)費(fèi)立題成功，為能代表國(guó)產(chǎn)鈹銅及其替代材料的最髙科研生產(chǎn)水平和進(jìn)口材料抗衡，也可由國(guó)家有關(guān)部委組織招標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)，明確最終承擔(dān)此項(xiàng)目單位。

建議開(kāi)始試制、對(duì)比摸底試驗(yàn)階段的參與單位應(yīng)少而精，以利于組織協(xié)調(diào)。擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)階段再擴(kuò)充到國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)高可靠電連接器的其它企業(yè)。

建立高可靠電連接器接觸件材料創(chuàng)新聯(lián)盟開(kāi)展合作研發(fā)的最終成果，應(yīng)該是制定"高可靠電連接器接觸件材料(鈹銅及其替代材料)"行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。建議可行性立題論證階段即可邀請(qǐng)中國(guó)有色金屬公司標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)、航天科技集團(tuán)公司標(biāo)準(zhǔn)化研究所和中電元協(xié)接插件分會(huì)等單位參加，聽(tīng)取有關(guān)意見(jiàn)。

7 后記

在醞釀、構(gòu)想這個(gè)材料夢(mèng)的過(guò)程中，特別是在提出建立高可靠電連接器接觸件材料創(chuàng)新聯(lián)盟的建議后，得到了寧夏東方集團(tuán)公司鈹銅分公司、貴州航天電器、北京郵電大學(xué)和工信部廣州電子五所等有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、專(zhuān)家和同行的許多指點(diǎn)幫助、支持和積極響應(yīng)。在此，謹(jǐn)向他們致以最誠(chéng)摯地謝意!

提出建立高可靠電連接器接觸件材料創(chuàng)新聯(lián)盟的建議，是出于對(duì)鈹銅及其替代材料作為軍用高可靠電連接器關(guān)鍵彈性材料的戰(zhàn)略思考。雖然鈹銅及其替代材料作為關(guān)鍵彈性材料，在我國(guó)重點(diǎn)型號(hào)系統(tǒng)工程所選用的進(jìn)口原材料中僅占很小比例，但若國(guó)家有關(guān)部委領(lǐng)導(dǎo)能對(duì)此問(wèn)題真正引起重視，并下決心組建高可靠電連接器接觸件材料(鈹銅及其替代材料)創(chuàng)新聯(lián)盟。這將對(duì)構(gòu)筑我國(guó)電連接器共性技術(shù)研究和供給平臺(tái)，推動(dòng)下一輪"創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型發(fā)展"和振興民族材料工業(yè)，具有以點(diǎn)帶面的示范作用和深遠(yuǎn)意義。

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