【摘要】近年來,金屬箔板在電子工業(yè)、微機(jī)電系統(tǒng)、醫(yī)療以及新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用日漸廣泛。因而對(duì)金屬箔的測(cè)試也越來越多。而金屬箔的拉伸測(cè)試條件以及尺寸與金屬板材有不少差異，通過對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研讀，總結(jié)了一些對(duì)于金屬箔拉伸測(cè)試的一些要求。

【關(guān)鍵詞】金屬箔，銅箔，拉伸測(cè)試

1.金屬箔定義

在金屬箔室溫拉伸試驗(yàn)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(shù)值僅為參考值，并不適用于所有的測(cè)試）

不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的規(guī)定，以ASTM E-345為例，要求如下：

試樣總長(zhǎng)度L_t≥200 mm

原始標(biāo)距L_o=50.0±0.1 mm

平行長(zhǎng)度L_c=60 mm

試樣平行長(zhǎng)度的原始寬度b₀=12.50±0.25 mm

B型試樣：（見下圖，圖中數(shù)值僅為參考值，并不適用于所有的測(cè)試）

不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的規(guī)定，以ASTM E-345為例，要求如下：

試樣總長(zhǎng)度L_t≥230 mm

原始標(biāo)距L_o=125 mm

試樣寬度b₀=12.50 mm

3.試驗(yàn)儀器以及夾具的選擇

試驗(yàn)儀器：微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)（如下圖所示）

型號(hào)：ETM 204C

兩種夾具：在金屬板材拉伸的時(shí)候通常用到楔形夾具，對(duì)應(yīng)有不同尺寸的夾頭。在金屬箔拉伸的測(cè)試中，對(duì)于相對(duì)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(duì)于相對(duì)較薄的金屬箔（厚度＜0.076mm），楔形夾具夾緊時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)于試樣表面的平整度影響較大，應(yīng)采用另一種帶有磨面的夾具。這種夾具在夾緊時(shí)，最好能夠在每0.001in的厚度內(nèi)產(chǎn)生100psi的壓強(qiáng)，也就是在每0.025mm厚度產(chǎn)生約0.7MPa的壓強(qiáng)（例如，如果金屬箔的厚度為0.050mm，相應(yīng)的壓強(qiáng)應(yīng)該是1.4MPa）。

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(duì)于金屬的拉伸測(cè)試，通常有兩種拉伸控制方式，一種是應(yīng)力控制，一種是應(yīng)變控制。在實(shí)際測(cè)試過程中，應(yīng)變控制較為普遍。許多標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于應(yīng)變控制的速率，通常會(huì)以應(yīng)變百分比的形式寫出。例如，在ASTM E-345中提到，在不測(cè)量屈服強(qiáng)度的前提下，應(yīng)變速率可以為0.06~0.5in./in./min;如果需要測(cè)屈服強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)變速率應(yīng)該在0.002~0.010in./in./min。在實(shí)際操作中，設(shè)置參數(shù)時(shí)，需要將應(yīng)變速率換算成試驗(yàn)機(jī)兩個(gè)夾頭之間的位移速率。這就涉及到夾頭之間距離的設(shè)置，對(duì)于A型試樣，夾頭之間的距離一般與試樣的平行長(zhǎng)度相近或者稍微小一些；對(duì)于B型試樣，該標(biāo)準(zhǔn)中推薦的距離為125mm（約為5in.）。

5.試驗(yàn)過程舉例

金屬箔拉伸的測(cè)試中，常見的是銅箔拉伸。

對(duì)于銅箔拉伸，IPC-TM-650 2.4.18.1A是我們測(cè)試中常用到的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(fā)，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(jìn)行測(cè)試。需要制作10個(gè)試樣，其中5個(gè)橫向、5個(gè)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(huì)出現(xiàn)有些樣品有缺陷，不符合要求，我們通常會(huì)多制作幾個(gè)試樣，從中挑選符合要求的10個(gè)試樣（橫向、縱向各5個(gè)）來進(jìn)行測(cè)試。

試樣的前處理：樣品切割完成后，應(yīng)將樣品置于125±5℃的烘箱中4~6h，目的是消除切割時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。然后冷卻至室溫進(jìn)行測(cè)試。

位移參數(shù)設(shè)置：在IPC-TM-650 2.4.18.1A中，規(guī)定的應(yīng)變速率為0.05mm/mm/min至0.5mm/mm/min，而對(duì)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(biāo)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(zhǎng)度與標(biāo)距的關(guān)系，當(dāng)試樣寬度為12.5mm、平行長(zhǎng)度為50mm時(shí)，平行長(zhǎng)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(shí)際測(cè)試中夾頭之間的距離乘以應(yīng)變速率，就可以得到夾頭的位移速率。從而得到相應(yīng)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(yīng)的軟件設(shè)置好程序以及參數(shù)以后就可以開始測(cè)試了。在放置樣品時(shí)，需要注意的是，試樣標(biāo)距內(nèi)的軸線要與拉伸方向一致，輕微的偏差都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。其他關(guān)于儀器使用還有樣品測(cè)量的一些注意事項(xiàng)就不再贅述。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線及分析：下圖為拉伸測(cè)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(biāo)為應(yīng)變，縱坐標(biāo)為力值，由于試樣橫截面積基本相同，反應(yīng)的是抗拉強(qiáng)度的大小關(guān)系。

對(duì)比兩圖中的曲線我們可以發(fā)現(xiàn)：相比于縱向而言，橫向拉伸的應(yīng)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(zhǎng)率較大；另外，我們還能從中發(fā)現(xiàn)，縱向的抗拉強(qiáng)度明顯比橫向的要大一些。

也有一些公司會(huì)選擇采用GB/T5230中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行銅箔抗拉強(qiáng)度和延伸率的測(cè)定，相關(guān)參數(shù)如下：

樣品總長(zhǎng)度為200±0.5mm；寬度為15±0.25mm

畫標(biāo)線，標(biāo)距為50mm

試驗(yàn)機(jī)夾頭之間距離為125±0.1mm

夾頭位移速率為50mm/min

該標(biāo)準(zhǔn)適用于電解銅箔。

【參考文獻(xiàn)】

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(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法

GB/T 5230-1995 電解銅箔

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