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淺析金屬箔拉伸測試標準


摘要:

近年來,金屬箔板在電子工業、微機電系統、醫療以及新能源領域中的應用日漸廣泛。因而對金屬箔的測試也越來越多。而金屬箔的拉伸測試條件以及尺寸與金屬板材有不少差異,通過對相關標準的研讀,總結了一些對于金屬箔拉伸測試的一些要求。







關鍵詞:

金屬箔,銅箔,拉伸測試







案例正文

1.金屬箔定義

在金屬箔室溫拉伸試驗中,金屬箔通常是指厚度低于0.150mm(約0.006in)的金屬樣品。

 

2.試樣類型以及尺寸要求

試樣類型通常有兩種:

A型試樣:(見下圖,圖中數值僅為參考值,并不適用于所有的測試)

不同的標準有不同的規定,以ASTM E-345為例,要求如下:

試樣總長度Lt≥200 mm

原始標距Lo=50.0±0.1 mm

平行長度Lc=60 mm

試樣平行長度的原始寬度b0=12.50±0.25 mm

 

拉伸試驗

 

B型試樣:(見下圖,圖中數值僅為參考值,并不適用于所有的測試)

不同的標準有不同的規定,以ASTM E-345為例,要求如下:

試樣總長度Lt≥230 mm

原始標距Lo=125 mm

試樣寬度b0=12.50 mm

 

拉伸試驗

 

3.試驗儀器以及夾具的選擇

試驗儀器:微機控制電子萬能試驗機(如下圖所示)

型號:ETM 204C

 

拉伸試驗

 

兩種夾具:在金屬板材拉伸的時候通常用到楔形夾具,對應有不同尺寸的夾頭。在金屬箔拉伸的測試中,對于相對較厚的金屬箔(厚度≥0.076mm,約0.003in)可以采用同樣形狀的夾具。而對于相對較薄的金屬箔(厚度<0.076mm),楔形夾具夾緊時產生的應力對于試樣表面的平整度影響較大,應采用另一種帶有磨面的夾具。這種夾具在夾緊時,最好能夠在每0.001in的厚度內產生100psi的壓強,也就是在每0.025mm厚度產生約0.7MPa的壓強(例如,如果金屬箔的厚度為0.050mm,相應的壓強應該是1.4MPa)。

 

拉伸試驗 拉伸試驗

注意:左圖為楔形夾具及其夾頭,右圖為帶有磨面的夾具

 

4.拉伸速度的選擇

對于金屬的拉伸測試,通常有兩種拉伸控制方式,一種是應力控制,一種是應變控制。在實際測試過程中,應變控制較為普遍。許多標準中,對于應變控制的速率,通常會以應變百分比的形式寫出。例如,在ASTM E-345中提到,在不測量屈服強度的前提下,應變速率可以為0.06~0.5in./in./min;如果需要測屈服強度時,應變速率應該在0.002~0.010in./in./min。在實際操作中,設置參數時,需要將應變速率換算成試驗機兩個夾頭之間的位移速率。這就涉及到夾頭之間距離的設置,對于A型試樣,夾頭之間的距離一般與試樣的平行長度相近或者稍微小一些;對于B型試樣,該標準中推薦的距離為125mm(約為5in.)。

 

5.試驗過程舉例

金屬箔拉伸的測試中,常見的是銅箔拉伸。

對于銅箔拉伸,IPC-TM-650 2.4.18.1A是我們測試中常用到的標準,該標準的一部分是參考ASTM E-345制定的。

樣品尺寸要求:厚度為0.05mm~0.10mm時可以采用ASTM E-345中A型試樣尺寸;也可以采用類似B型的試樣,尺寸要求為13mm×150mm。從制樣角度出發,第二類試樣的制作較為方便,我們通常選擇制作類似B型的試樣來進行測試。需要制作10個試樣,其中5個橫向、5個縱向。

試樣外觀要求:不能有毛刺、裂紋,精確切割,不能有起皺。因此,考慮到制樣過程中可能會出現有些樣品有缺陷,不符合要求,我們通常會多制作幾個試樣,從中挑選符合要求的10個試樣(橫向、縱向各5個)來進行測試。

試樣的前處理:樣品切割完成后,應將樣品置于125±5℃的烘箱中4~6h,目的是消除切割時產生的內應力。然后冷卻至室溫進行測試。

位移參數設置:在IPC-TM-650 2.4.18.1A中,規定的應變速率為0.05mm/mm/min至0.5mm/mm/min,而對于兩夾頭之間的距離沒有作明確的要求,由于通常選擇的標距為50mm,因此,夾頭之間的距離要至少要大于50mm。參考GB/T 228.1中金屬薄板和薄帶使用的試樣類型,矩形橫截面非比例試樣中平行長度與標距的關系,當試樣寬度為12.5mm、平行長度為50mm時,平行長度為75mm。因此,兩夾頭之間距離選擇75mm是較為適宜的。同理,用實際測試中夾頭之間的距離乘以應變速率,就可以得到夾頭的位移速率。從而得到相應的夾頭位移速率范圍。

試樣處理好以后,打開儀器和電腦,打開相應的軟件設置好程序以及參數以后就可以開始測試了。在放置樣品時,需要注意的是,試樣標距內的軸線要與拉伸方向一致,輕微的偏差都會導致實驗結果不準確。其他關于儀器使用還有樣品測量的一些注意事項就不再贅述。

實驗結果曲線及分析:下圖為拉伸測試的曲線,左邊為橫向拉伸取向,右邊為縱向拉伸曲線。橫坐標為應變,縱坐標為力值,由于試樣橫截面積基本相同,反應的是抗拉強度的大小關系。

對比兩圖中的曲線我們可以發現:相比于縱向而言,橫向拉伸的應變較大,由于夾具間的位移是一致的,由此可得出橫向的伸長率較大;另外,我們還能從中發現,縱向的抗拉強度明顯比橫向的要大一些。

 

拉伸試驗 拉伸試驗

 

也有一些公司會選擇采用GB/T5230中的標準進行銅箔抗拉強度和延伸率的測定,相關參數如下:

樣品總長度為200±0.5mm;寬度為15±0.25mm

畫標線,標距為50mm

試驗機夾頭之間距離為125±0.1mm

夾頭位移速率為50mm/min

該標準適用于電解銅箔。

 

【參考文獻】

1.ASTM E345-93(Reapproved 2013) Standard Test Methods of  Tensile Testing of Metallic Foil

2.IPC-TM-650 2.4.18.1A Tensile Strength and Elongation, In-House Plating

3.GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法

GB/T 5230-1995 電解銅箔

 

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