Ein Forschungsteam der Henan University of Science and Technology hat gezeigt, dass die Einführung einer kryogenen Umgebung während des kontinuierlichen Ziehens in mehreren Durchgängen – mit über hundert Durchgängen – das Verformungsverhalten einkristalliner Kupferdrähte grundlegend verändern kann. Der kryogene Zustand unterdrückt wirksam das Aufsteigen der Versetzungen und die dynamische Wiederherstellung, wodurch eine teilweise Dissoziation der Versetzungen und die Bildung von Stapelfehlern gefördert werden, was wiederum die Keimbildung und Ausbreitung von Nanozwillingen erleichtert. Das Ergebnis ist ein Übergang des vorherrschenden Verformungsmechanismus von einer durch Schlupf dominierten zu einer durch Schlupfzwillinge koordinierten Verformung.
Bei einem Enddurchmesser von 0,190 mm erreichte der kryogen gezogene Draht eine Zugfestigkeit von 499 MPa – eine Verbesserung um 9,7 % gegenüber bei Raumtemperatur gezogenen Proben –, während die Dehnung um 50,1 % auf 1,237 % anstieg. Die elektrische Leitfähigkeit wurde bei 95,77 % IACS gehalten. Andere Studien haben sogar noch höhere Festigkeitswerte berichtet, wobei kryogen gezogener reiner Kupferdraht 580 MPa erreichte.
Die Fähigkeit, Draht gemäß diesen Spezifikationen zu ziehen, hängt entscheidend von den verwendeten Ziehsteinen ab. Für das Ziehen von Kupferdrähten werden Matrizen typischerweise entweder aus natürlichem Diamant (ND) oder polykristallinem Diamant (PCD) hergestellt. Natürliche Diamantmatrizen bieten die höchste Oberflächenqualität für den gezogenen Draht, ihre gerichtete Härte kann jedoch zu ungleichmäßigem Verschleiß und erhöhter Ovalität führen. Im Gegensatz dazu bieten PKD-Matrizen eine isotrope Härte, die den gerichteten Verschleiß reduziert und die zylindrische Form des Drahtes bewahrt. PKD-Matrizen halten in der Regel zwei- bis viermal länger als ND-Matrizen, selbst wenn sie für feine Drahtdurchmesser von nur 0,15 mm verwendet werden.
Beim Ziehen von verzinktem Draht gelten unterschiedliche Anforderungen. PKD-Matrizen werden häufig zum Ziehen von verzinktem Stahldraht verwendet und bieten eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und die Fähigkeit, eine gute Drahtoberflächenbeschaffenheit aufrechtzuerhalten. Das Ziehen von beschichtetem Draht erfordert spezielle Düsenkonstruktionen, die die Beschichtungsmenge und -regelmäßigkeit unter Kontrolle halten. Naturdiamant wird oft bevorzugt, wenn eine perfekte Oberflächenbeschaffenheit erforderlich ist.
Die Kombination aus kryogener Ziehtechnologie und fortschrittlichen Diamantwerkzeugen – ob PKD oder Naturdiamant – eröffnet neue Möglichkeiten für Hochleistungskupferleiter in anspruchsvollen Anwendungen wie High-Fidelity-Audiogeräten und kardiovaskulären medizinischen Geräten.
