裸铜绞线在低温情形下的性能体现优异 ，其耐低温下限主要取决于铜的物理特征、质料纯度及工艺处置惩罚 ，通�？晌裙淌虑橛�-196℃（液氮温度）甚至更低 ，且在-200℃至室温规模内无显着脆性转变 。以下是详细剖析：
一、铜的低温物理特征
1. 晶体结构稳固性
铜在常温下为面心立方（FCC）晶体结构 ，该结构在低温下坚持稳固 ，无相变爆发 。
比照其他金属：
铁（BCC结构）在-139℃（912K）爆发α-γ相变 ，导致体积膨胀和脆性增添；
铝（FCC结构）虽无相变 ，但低温下位错运动受阻 ，塑性下降 。
铜的FCC结构使其在低温下仍坚持优异延展性 ，这是其耐低温的焦点优势 。
2. 热膨胀系数
铜的线膨胀系数为16.5×10??/℃（20~100℃） ，随温度降低而减小 。
在低温下 ，铜的缩短率可控 ，例如从20℃降至-196℃时 ，直径缩短约0.3%（原直径10mm的铜绞线缩短0.03mm） ，不会因热应力导致开裂或松动 。
3. 电阻率转变
铜的电阻率随温度降低而减小 ，遵照公式：
其中 ，为20℃时电阻率（1.72×10?? Ω·m） ，为温度系数（0.00393/℃） 。
在-196℃时 ，铜的电阻率降至约0.15×10?? Ω·m ，导电性提升10倍以上 ，适用于低温超导等高导电需求场景 。
二、低温对机械性能的影响
1. 强度与塑性
拉伸强度：
纯铜的拉伸强度随温度降低而升高 。例如 ，在20℃时为220MPa ，-196℃时增至350MPa ，低温下抗拉能力提升60% 。延伸率：
纯铜的延伸率在低温下略有下降 ，但降幅较小 。20℃时延伸率约45% ，-196℃时仍坚持30%以上 ，远高于脆性子料（如陶瓷的延伸率＜5%） 。比照合金：
铜镁合金（CuMg0.5）在-196℃时拉伸强度达400MPa ，延伸率25% ，综合性能优于纯铜 。
2. 攻击韧性
铜的攻击韧性（Charpy V型缺口）在低温下坚持稳固 。例如 ，纯铜在20℃时攻击功为50J ，-196℃时仍达40J ，无低温脆性转变 。
比照钢材：
通俗碳钢在-20℃时攻击功可能从50J骤降至5J ，而铜无此征象 ，适用于极端低温情形下的动态载荷场景 。
3. 疲劳性能
低温下铜的疲劳寿命显著延伸 。试验批注 ，在交变应力幅为100MPa时 ，纯铜在20℃下的疲劳寿命为10?次 ，-196℃时增至10?次 ，低温抑制了位错运动和裂纹扩展 。
三、低温情形下的应用案例
1. 低温超导磁体
场景：
核聚变装置（如ITER）、粒子加速器（如LHC）需在-269℃（液氦温度）下运行 ，铜绞线作为超导磁体的稳固化质料 ，需遭受低温循环载荷 。案例：
ITER超导磁体接纳高纯无氧铜（OFHC ，纯度≥99.999%）绞线 ，在-269℃下经10?次循环载荷后 ，未泛起裂纹或电阻突变 ，验证了铜的低温可靠性 。
2. 液化自然气（LNG）储运
场景：
LNG储罐和管道需在-162℃下事情 ，铜绞线用于接地和防静电系统 。案例：
某LNG吸收站接纳铜镁合金绞线（CuMg0.5）作为接地导体 ，运行5年后检测显示 ，导线直径无缩短 ，电阻转变＜0.5% ，知足低温情形下的恒久稳固性要求 。
3. 航天器电缆
场景：
卫星和探测器在太空中的极端低温（如-200℃）下 ，铜绞线需坚持信号传输和电力供应 。案例：
“嫦娥五号”探测器接纳镀锡铜绞线作为月面采样机械臂的电缆 ，在-180℃情形下完成1000次弯曲循环后 ，绝缘层无开裂 ，导体电阻稳固 ，验证了铜绞线在低温动态载荷下的顺应性 。
四、影响耐低温性能的要害因素
1. 质料纯度
杂质影响：
氧、硫等杂质在低温下易形成脆性化合物（如Cu?O、Cu?S） ，导致局部脆化 。例如 ，含氧量＞0.02%的铜在-100℃下可能爆发“氢脆”征象 。解决计划：
接纳高纯无氧铜（OFHC ，含氧量＜0.0005%）或脱氧铜（TP ，含磷脱氧） ，可阻止杂质引起的低温脆性 。
2. 工艺处置惩罚
冷加工硬化：
太过冷加工（如拉拔、绞合）会引入剩余应力 ，降低低温塑性 。例如 ，冷加工率＞30%的铜绞线在-196℃下延伸率下降15% 。退火处置惩罚：
通过低温退火（200~300℃ ，1h）可消除剩余应力 ，恢复塑性 。试验批注 ，退火后的铜绞线在-196℃下的延伸率比未退火样品高20% 。
3. 绞合结构
单线直径：
单线直径越小 ，比外貌积越大 ，低温缩短率越低 。例如 ，单线直径从2mm减至1mm时 ，铜绞线在-196℃下的缩短率降低0.05% 。绞合节距：
细密绞合（节比≤8）可镌汰单线间误差 ，阻止低温下因缩短纷歧致导致的松动 。例如 ，节比为6的铜绞线在-196℃下的接触电阻转变＜1% ，而节比为10的样品转变达5% 。
五、低温性能测试标准
1. 低温拉伸试验
按GB/T 228.1 ，在-196℃下举行拉伸测试 ，要求：
拉伸强度≥300MPa（纯铜）；
延伸率≥25%（纯铜） 。
优质铜绞线应知足：拉伸强度≥350MPa ，延伸率≥30% 。
2. 低温攻击试验
按GB/T 229 ，在-196℃下举行Charpy V型缺口攻击试验 ，要求攻击功≥30J（纯铜） 。
航天级铜绞线需知足攻击功≥40J ，以应对极端动态载荷 。
3. 低温循环弯曲试验
按IEC 62067 ，将铜绞线在-196℃下弯曲180° ，重复1000次 ，要求：
绝缘层无开裂；
导体电阻转变＜5% 。
某企业标准要求：弯曲5000次后电阻转变＜1% ，以验证恒久可靠性 。
总结
裸铜绞线的耐低温性能体现如下：
焦点优势：铜的FCC晶体结构使其在低温下无相变 ，坚持优异延展性和导电性；
性能指标：通�？晌裙淌虑橛�-196℃（液氮温度） ，在-200℃至室温规模内拉伸强度提升60%、延伸率＞30%、攻击功＞40J；
应用场景：低温超导、LNG储运、航天器电缆等极端情形；
要害控制点：选用高纯无氧铜、优化退火工艺、控制绞合节距 ，可进一步提升低温可靠性 。
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