浅析金属箔拉伸测试标准

【摘要】近年来,金属箔板在电子工业、微机电系统、医疗以及新能源领域中的应用日渐广泛。因而对金属箔的测试也越来越多。而金属箔的拉伸测试条件以及尺寸与金属板材有不少差异，通过对相关标准的研读，总结了一些对于金属箔拉伸测试的一些要求。

【关键词】金属箔，铜箔，拉伸测试

1.金属箔定义

在金属箔室温拉伸试验中，金属箔通常是指厚度低于0.150mm（约0.006in）的金属样品。

2.试样类型以及尺寸要求

试样类型通常有两种：

A型试样：（见下图，图中数值仅为参考值，并不适用于所有的测试）

不同的标准有不同的规定，以ASTM E-345为例，要求如下：

试样总长度L_t≥200 mm

原始标距L_o=50.0±0.1 mm

平行长度L_c=60 mm

试样平行长度的原始宽度b₀=12.50±0.25 mm

B型试样：（见下图，图中数值仅为参考值，并不适用于所有的测试）

不同的标准有不同的规定，以ASTM E-345为例，要求如下：

试样总长度L_t≥230 mm

原始标距L_o=125 mm

试样宽度b₀=12.50 mm

3.试验仪器以及夹具的选择

试验仪器：微机控制电子万能试验机（如下图所示）

型号：ETM 204C

两种夹具：在金属板材拉伸的时候通常用到楔形夹具，对应有不同尺寸的夹头。在金属箔拉伸的测试中，对于相对较厚的金属箔（厚度≥0.076mm，约0.003in）可以采用同样形状的夹具。而对于相对较薄的金属箔（厚度＜0.076mm），楔形夹具夹紧时产生的应力对于试样表面的平整度影响较大，应采用另一种带有磨面的夹具。这种夹具在夹紧时，最好能够在每0.001in的厚度内产生100psi的压强，也就是在每0.025mm厚度产生约0.7MPa的压强（例如，如果金属箔的厚度为0.050mm，相应的压强应该是1.4MPa）。

注意：左图为楔形夹具及其夹头，右图为带有磨面的夹具

4.拉伸速度的选择

对于金属的拉伸测试，通常有两种拉伸控制方式，一种是应力控制，一种是应变控制。在实际测试过程中，应变控制较为普遍。许多标准中，对于应变控制的速率，通常会以应变百分比的形式写出。例如，在ASTM E-345中提到，在不测量屈服强度的前提下，应变速率可以为0.06~0.5in./in./min;如果需要测屈服强度时，应变速率应该在0.002~0.010in./in./min。在实际操作中，设置参数时，需要将应变速率换算成试验机两个夹头之间的位移速率。这就涉及到夹头之间距离的设置，对于A型试样，夹头之间的距离一般与试样的平行长度相近或者稍微小一些；对于B型试样，该标准中推荐的距离为125mm（约为5in.）。

5.试验过程举例

金属箔拉伸的测试中，常见的是铜箔拉伸。

对于铜箔拉伸，IPC-TM-650 2.4.18.1A是我们测试中常用到的标准，该标准的一部分是参考ASTM E-345制定的。

样品尺寸要求：厚度为0.05mm~0.10mm时可以采用ASTM E-345中A型试样尺寸；也可以采用类似B型的试样，尺寸要求为13mm×150mm。从制样角度出发，第二类试样的制作较为方便，我们通常选择制作类似B型的试样来进行测试。需要制作10个试样，其中5个横向、5个纵向。

试样外观要求：不能有毛刺、裂纹，精确切割，不能有起皱。因此，考虑到制样过程中可能会出现有些样品有缺陷，不符合要求，我们通常会多制作几个试样，从中挑选符合要求的10个试样（横向、纵向各5个）来进行测试。

试样的前处理：样品切割完成后，应将样品置于125±5℃的烘箱中4~6h，目的是消除切割时产生的内应力。然后冷却至室温进行测试。

位移参数设置：在IPC-TM-650 2.4.18.1A中，规定的应变速率为0.05mm/mm/min至0.5mm/mm/min，而对于两夹头之间的距离没有作明确的要求，由于通常选择的标距为50mm，因此，夹头之间的距离要至少要大于50mm。参考GB/T 228.1中金属薄板和薄带使用的试样类型，矩形横截面非比例试样中平行长度与标距的关系，当试样宽度为12.5mm、平行长度为50mm时，平行长度为75mm。因此，两夹头之间距离选择75mm是较为适宜的。同理，用实际测试中夹头之间的距离乘以应变速率，就可以得到夹头的位移速率。从而得到相应的夹头位移速率范围。

试样处理好以后，打开仪器和电脑，打开相应的软件设置好程序以及参数以后就可以开始测试了。在放置样品时，需要注意的是，试样标距内的轴线要与拉伸方向一致，轻微的偏差都会导致实验结果不准确。其他关于仪器使用还有样品测量的一些注意事项就不再赘述。

实验结果曲线及分析：下图为拉伸测试的曲线，左边为横向拉伸取向，右边为纵向拉伸曲线。横坐标为应变，纵坐标为力值，由于试样横截面积基本相同，反应的是抗拉强度的大小关系。

对比两图中的曲线我们可以发现：相比于纵向而言，横向拉伸的应变较大，由于夹具间的位移是一致的，由此可得出横向的伸长率较大；另外，我们还能从中发现，纵向的抗拉强度明显比横向的要大一些。

也有一些公司会选择采用GB/T5230中的标准进行铜箔抗拉强度和延伸率的测定，相关参数如下：

样品总长度为200±0.5mm；宽度为15±0.25mm

画标线，标距为50mm

试验机夹头之间距离为125±0.1mm

夹头位移速率为50mm/min

该标准适用于电解铜箔。

【参考文献】

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 金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法

GB/T 5230-1995 电解铜箔

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