摘要 鈹铜是制作高可靠电连接器接触件的关键材料，鈹铜及其替代材料创新一直是业界关注的研究课题。本文在阐述铍铜材料制作高可靠电连接器弹性接触件、国产铍铜生产现状和与进口铍铜差距根源基础上，分析开展铍铜及其替代材料产业链创新的必要性，並提出组织举办接触件用铍铜“现场学习考察”、“产业链技术集成创新论坛”和“产品质量一致性团体赛”等活动建议。

关键词 接触件 鈹铜 产业链 创新

1问题的提出

今年5月10日在文昌成功发射运力达7.8吨的天舟6号，新闻报道其全部使用了国产电子元器件。作为三十年前我国载人航天工程启动初期，曾参与过当时不得不进口的太阳能帆板、复合材料模块化和玻璃烧结密封等连接器验收的老航天人内心无比兴奋和激动!但兴奋同时深感到我国重点系统工程用连接器虽实现了替代进口，但连接器关键原材料对国外依存度仍很高，在产业链、供应链“自主、可控”方面和发达国家存在明显差距。尤其是连接器接触件关键弹性金属材料―“铍铜”长期依赖进口，具有自主知识产权能等效替代进口铍铜材料创新研究严重滞后。

早在十年前我撰写的“高可靠电连接器接触件材料的联合创新研讨”一文中就指出：“目前选择进口材料虽能完全满足高可靠电连接器技术要求，但往往受价格和交货期影响，特别是受国际形势影响较大。而选择国产材料，虽目前某些质量性能指标有待提高和更加稳定，短期内尚不能达到髙可靠电连接器产品设计要求，但从战略发展分析：必须大力扶植国产材料的创新发展，解决制约我国电连接器发展的瓶颈之一，即解决国产材料替代进口的问题”^[1]。

2 铍铜在高可靠电连接器上应用

电连接器是一种为电线和电缆端头提供快速接通和断开的装置。通过电连接器将电线电缆一端的信号或能量传输到另一端，是连接各类电气、电子系统不可缺少的基础器件。例如新能源汽车需大功率电驱动能量，通过连接器电缆组件(俗称线束)，将电池、电控、电机连成电源驱动系统(图1)。连接器用量由传统汽车500个增至800-1000个。电压由传统汽车14V蹿升至60V-800V甚至更高，需提供10A-380A电流等级传输(图2)。

图1 新能源汽车高压线车内布线示图

图2 大功率电流充电枪

接触件是连接器的导电核心零件。它将来自连接器尾部所连电线和电缆的能量或信号传递到与其相配的连接器对应接触件上，通常要求插孔与插针一一对应。和人的血液和神经系统一样，组成整机系统每个连接器的每个接触件都必须接触良好，保持低而稳定的接触电阻，才能保证整机系统安全可靠运行。伴随新能源汽车、大数据、绿色能源、5G通讯、人工智能等新基建项目发展，不仅各类连接器用量剧增，而且为保证电接触可靠性，对接触件材料选用也提出苛严要求。

铍铜是力学、物理、化学综合性能良好的一种合金。经淬火时效处理后，具有髙的强度、弹性、耐磨性、耐疲劳性和耐蚀性。同时铍铜还具有较高的导电性、导热性、耐寒性和无磁性，碰击时无火花，易于焊接和钎焊，在大气、淡水和海水中耐腐蝕性极好。鉴于鈹铜具有比一般青铜和黄铜更高的强度水平和良好的综合性能，能满足电连接器弹性接触件设计选材的一系列要求，承受高应力时能无屈服变形或断裂，维持长期的高应力状态而不松弛,在有限的空间内能承受最大的力。并且具有高的导电率和导热率、优良的抗腐蚀性、良好的工艺性能。退火或冷轧状态带材任何方向都能冲压成形。故它是制作高可靠电连接器弹性接触件的首选材料。例如高可靠射频同轴连接器通用规范GJB5021A规定：插孔接触件选用鈹铜合金。射频同轴连接器总规范GJB681(MIL39012)规定：除非另有规定，中心接触件的弹性零件应采用鈹青铜制成。常用的铍铜合金成分见表1：

表1 常用的铍铜合金成分

目前GJB598、GJB599等国军标生产用于航空、航天等领域的高可靠军用电连接器，通常用铍铜棒线车制圆形直开槽插孔(图3)或侧开槽插孔(图4)。

图3 直开槽插孔(铍铜棒车制)

图4 侧开槽插孔(铍铜棒车制)

用铍铜带冲制“方形簧片插孔”(图5)、分体式鹰爪插孔“鹰爪”(图6)、超小型簧爪插孔“簧爪”(图7)、 300A转簧插孔“转簧”(图8)、大电流冠簧插孔“冠簧”(图9)，以及连接器绝缘体(上下安装板)内固定接触件位置的“卡爪”(图10)等零件。

图5方形簧片插孔

图6 鹰爪插孔“鹰爪”(铍铜带冲制鹰爪)

图7 0.26mm冠簧插孔(铍铜带冲制冠簧)

图8 300A转簧插孔(铍铜带冲制转簧)

图9 大电流冠簧插孔(铍铜带冲制冠簧)

图10 绝缘体中卡爪(铍铜带冲制卡爪)

用铍铜丝绕制线簧插孔中线簧(图11)、绞线插针中缆束(图12)以及绕制毛钮扣(图13)等零件。毛钮扣作用是将其插入绝缘基板的孔中，上、下层基板导体通过凸包挤压，实现多块微波多芯片组件基板上导体可靠连接(图14)。

图11 线簧插孔(鈹铜丝绕制线簧

图12 0.20mm绞线插针(鈹铜丝绕制缆束)

图11 毛钮扣(鈹铜丝绕制)

图12 毛钮扣工作原理图

3 鈹铜及其替代材料创新研究

铍铜在生产冶炼过程中对环境存在污染。工业上用碳和氧化铍热还原法制取铍-铜中间合金是在电弧炉中进行的，电弧炉置于密封容器内，操作人员戴防毒口罩。许多企业领导和专家都提及铍铜材料今后在国际上是否会逐步禁用的问题。为此，我专门向我国最大的铍铜研制生产企业—宁夏东方集团公司铍铜分公司咨询。答复是“当今世界上还没有对铍铜合金在使用的禁止和限制上有任何法律规定。在欧洲的法律中 (WEEE指令、RoHS指令、ELV指令、REACH规则等) ，没有对于铍铜合金使用上的限制。这是因为即使在进行对废弃的电气电子设备，废旧汽车处理，回收的时候，对于人体健康和环境的影响小得几乎可以不考虑。即使在日美，包括整个亚洲，对于铍铜合金材料使用上也没有法律限制”。但从铍铜材料今后发展趋势分析：虽制作高可靠电连接器接触件的铍铜本身无毒对环境没有污染，但铍铜在生产冶炼过程中对环境存在污染。在环境要求越来越严格今天，研发铍铜替代材料一直是业界关注的课题。

我国要开发出能与美国Brushwellman、日本NGK等著名品牌抗衡的国产铍铜及其替代材料，迫切需要由国家层面科研机构组织开展铍铜及其替代材料创新研究。必须将髙可靠连接器铍铜及其替代材料创新和应用视为一项系统工程。从整体的特性、功能、目标出发，紧密结合应用去研制设计系统各组成部分的参数和性能，以求得最佳组合。必须通过运行机制改革，将产业链上的材料研究、生产与应用等单位组成创新联盟。以改变目前材料生产与应用脱节，造成材料研究和标准制定流于表面化，使材料很难适应不同应用领域的差异化工艺技术要求的现状。

铍铜及其替代材料的创新目标不仅是设计出具有一定电性能和机械性能的材料，更重要是要以满足我国航空、航天等高可靠电连接器接触件的设计要求和等效替代进口材料为主要导向和目标，以带动和提升我国民族材料工业水平和软实力，达到性能、经济、环境和资源的相互协调。系统工程除整体性考虑外，还应最优化考虑其性能、经济效益、环境和社会效益等因素，遵循最优化原则，使之综合性能最优^[2]。

近年来博威合金、兴业盛泰、陕西斯瑞等铜加工厂龙头企业相继研究开发能替代铍铜的铜镍锡系、铜镍硅系、钛铜合金系列等材料，并已部分成功应用于民用产品。但其综合性能仍无法与铍铜合金媲美。航空、航天等军用电连接器产品由于设计都引用国外标准，定型产品接触件原选用铍铜，未经严格验证试验不能用其它合金替代。

4 国产铍铜生产现状和进口材料差距分析

中色宁夏东方集团是我国最早建立、专业研制生产军用铍铜的重要基地。该公司生产的铍铜带成功应用于制作航天等军用电连接器卡爪等关键零件^[3]。广东珠海大华是具有相当规模、专业生产铍铜带的民企。苏州富耐佳引进二条月产千吨的低铍高导铍铜带生产线。株州艾美专门生产易切削铍铜棒线有数十年历史，产品远销欧美等国。苏州金江仿制日本NGK 0.038mm铍铜细丝，成功应用于制作微矩形电连接器线簧插孔和绞线插针。上述企业生产的国产C17200高强度板带、C17510、C17530高导电板带或棒线以及C17300易切削铍铜棒线等材料，己部分应用于制作接触可靠性要求较髙的电连接器弹性接触件(表2)。

表2 部分国产铍铜企业生产的材料牌号和品种规格

由于发达国家铍铜的冶炼、轧制、精整等生产过程控制总体水平领先，进口铍铜材料在尺寸精度、表面质量、机械性能、工艺性能和显微组织等质量一致性指标方面优于国产，导致许多高可靠连接器弹性接触件仍只得选用进口。要改变国产铍铜生产现状，实现替代进口目标，必须首先深刻认识与进口铍铜存在差距的根源：

1)产业链缺乏顶层设计

国家对铍铜材料应用基础研究不重视，接触件用铍铜产业链发展不协调，整机系统成套设备与连接器接触件用铍铜材料基础研究和发展脱节。 改革开放初期选择依靠整机组装生产为主发展路径，导致政府和市场“重主机，轻配套”。进入世贸组织后关税降低，政府对进口铍铜材料给予补贴鼓励，进口铍铜代理商迅速占领市场，国产铍铜企业缺乏市场应用发展机会。

2)院所转制造成铍铜材料基础共性技术研究不夠

院所转制造成接触件用铍铜基础共性技术研究薄弱，不能满足连接器行业高质量发展需求。长期处于跟踪模仿 ，高水平自主创新很少。科技和经济融合不足。改革开放初期，军用电连接器生产企业选用进口铍铜材料满足国家重点工程配套急需。但伴随经济发展和政治形势变化，国外“封锁”、“垄断”加剧，暴露接触件材料的“短板”和“卡脖子”问题。

3) 冶炼水平低，质量一致性差

目前全国铍铜用量约300吨/月。江苏多家生产铍铜的民企生产规模都不大，设备相对落后，但销量却占用量70%。因中间合金采购渠道困难，采用回收废料为主。由于受冶炼技术水平的限制，常含有一定的Al、Si、Pb、Fe等杂质元素，若杂质元素与铜形成脆性化合物分布于晶界，则会产生冷脆，即金属冷变形时容易断裂。金相对比观察也证实：国产铍铜沿晶界分布的脆性杂质相要比进口铍铜多，导致和进口铍铜材料相比，供应状态相同的情况下，硬度和抗拉强度虽相同，但国产铍铜材料在生产加工过程中易产生脆断。

4) 生产规模和技术集成度低

改革开放初期，中色宁夏东方集团公司铍铜分公司等国产铍铜生产企业，也曾给航空、航天等国内著名电连接器企业供应过鈹铜丝、棒、带材。后因这些企业要求供应的铍铜材料品种规格多、数量少，例如某航天电连接器企业仅生产绞线式插针用的铍铜丝直径有0.038mm、0.06mm、0.07mm、0.09mm、0.12mm、0.15mm、0.20mm等许多规格，每种规格每年耗量仅几公斤。用户订货时往往所需重量低于国产铍铜丝行业标准规定的每卷重量下限，且无法订到上述所需规格的国产铍铜丝。国产铍铜生产的品种规格少和技术集成度低，竞爭不过进口铍铜而逐渐退出市场。

5) 专业人才流失严重

企业考核体系存在弊端，核心技术知识产权欠缺。技术人员待遇偏低，人才流失严重，难以聚集高端高层次人才。许多原在有色金属研究院或国有铍铜生产企业从事数十年铍铜研究的专业人员纷纷下海，导致国家层面专业科研机构专业人才流失严重，没有能力开展铍铜及其替代材料系统深入的研究。并对现行的鈹铜材料标准进行适合我国国情和用户需求修订。

5 接触件用鈹铜产业链创新的必要性分析

最近聆听了工信部产业基础专家委员会主任陈学东院士有关我国制造业产业链创新的专题报告感受颇深。他报告中指出：制造业由“制造”转型为“创造”大国有六大指标(图13)。

图13 制造业由“制造”转型为“创造”大国六大指标

根据上述六大指标，对照我国接触件用铍铜研究生产现状，存在自主创新能力低、对外依存度高，质量效益指数低、没有世界著名品牌，生产与应用脱节、产业链应用基础研究薄弱，制造方式不能做到“绿色、智能”，供应链不能做到“自主、可控”，产业质量体系还很不完善，尚未形成生产与应用相结合的合作研究机制等诸多问题。急需通过改革体制机制和培育跨界人才改变目前现状。

技术集成创新是指将公知技术、有效专利和部分自创技术, 系统化地组合集成为一个新的具有创造性的技术方案直至获得实际应用, 并产生良好的经济和社会效益的商业化全过程的活动。技术集成创新是自主创新的一个重要内容, 它通过把各个已有的技术单项有机地组合起来融会贯通, 集成一种新产品或新的工艺生产方式。技术集成创新的主体是企业, 其目的在于有效集成各种技术要素, 提高技术创新水平, 为企业建立起真正高层次的竞争优势。技术集成是集成创新的基础和核心。处于不同技术能力阶段的企业选择和整合已有技术资源与新领域知识，开展技术集成创新活动方式也不尽相同^[4]。

高可靠电连接器关键零件接触件是若干技术组合的结果，按生产流程或中间产品的上下游关系往往形成一个技术链。技术集成创新的重要特征是寻求最大限度满足整机装备配套连接器的市场需求和可供的最优技术资源匹配性，实现技术链上的材料技术、工艺技术、装备技术和检测技术等全部技术的优化组合(图13)。

其中材料技术(铍青铜及其替代材料质量一致性)是优化组合的源头和基础。电连接器生产企业必须通过接触件用铍铜产业链创新，和设计、材料和工艺设备等外部资源全面整合，掌握接触件等关键零件核心技术，才能使电连接器质量和可靠性水平逐步接近和达到世界一流水平。

图13 电连接器接触件生产流程形成的技术链

6 建议

面对接触件用铍铜产业链上下游企业数字化转型升级的新形势，迫切需要有人能静下心来，去梳理分析目前产业链现状和存在问题，扬长避短研究产业链创新解决方案。设计、材料、工艺等多种因素都会影响产品质量一致性，企业要争创世界一流品牌产品，必须深刻认识与发达国家同类产品质量一致性差距根源，这是实现替代进口目标、提升企业竞争力的第一步。特提出以下四点建议：

6.1 组织接触件用铍铜“现场学习考察”和“产业链技术集成创新论坛”活动

“中小企业特色产业群认定标准(2022年版)指出：区域性产业集群己成为当前工作的中坚力量，促进培育中小企业特色产业集群，可以更好下沉高水平服务资源，优化中小企业发展环境。也有利于促进各种产业资源快速流动，放大产业协作效应，将集群嵌入全国乃至全球产业体系中，从而在产业链关键环节实现“卡位”、“补位”。增强产业链供应链韧性^[5]。例如洛阳将持续做强做优光电元器件产业，全力推动产业链供应链现代化、高端化，依托中航光电国家企业技术中心等创新平台打造全国重要的光电元器件产业基地。

中色宁夏东方集团公司是由国家化巨资建设、专业研究生产铍铜的重要基地。理应成为解决“卡脖子”关键材料铍铜替代进口难题的领头羊。建议中国铜加工行业协会征求中色宁夏东方集团公司等产业链企业领导意见后，组织长期致力于接触件用铍铜应用基础研究专家、学者赴宁夏东方集团铍分公司、苏州金江、中国探针、贵州航天电器、中航光电等生产和应用现场学习考察。并举办“接触件用铍铜技术集成创新论坛”，各自发表如何创建接触件用铍铜产业集群的真知灼见。从中寻觅和培育今后能积极组织策划接触件用铍铜产业链创新活动和发起创建接触件用铍铜产业集群的优秀人才。

6.2 举办“接触件用铍铜质量一致性”团体赛

“工业互联网发展行动计划(2021-2023)”指出:要推动形成各方积极参与的团体赛模式。企业不能单打独斗。要充分调动工业企业、基础电信企业、工业软件企业、工业控制企业、设备制造企业、解决方案提供商等各方积极性，推动形成主体多元、协同创新的产业生态和“团体赛”模式。

设计、材料、工艺等多种因素都会影响电连接器接触件质量一致性。企业产品要争创“世界一流品牌”或要争当细分领域“专精特新”小巨人企业。必须首先深刻理解与发达国家同类产品质量存在差距的根源。

建议以实现“产品替代进口”和“赶超世界名牌产品”为目标，以解决“卡脖子”关键材料“接触件用铍铜”为切入点。在政府主管部门领导下，工信部电子四院、五所等标准和质检第三方组织举办“接触件用铍铜质量一致性”团体赛。接触件用铍铜产业链数字化转型升级已取得成效的上下游企业都可报名参加。 可由不涉参与方利益的专家组成评委会，以NGK等世界一流品牌同类产品质量标准为标杆，按评判标准给各参与单位给予评分和评价。参赛过程可单线联系不公开。

6.3 修改接触件用铍铜质量检验标准

现在国家技术监督局执行的国家标准是产品功能性合格的入行门槛最低标准。地区(行业)团体标准要求往往高于国家标准。国际标准兼顾发展中国家现状，还不是全球行业最高标准。处于全球领先地位的世界一流企业标准，才是行业最高标准。

目前国产铍铜企业还停留以满足材料理化性能是否合格的低水平监管阶段。要实现接触件用铍铜“替代进口”和争创“世界一流品牌标准”奋斗目标，必须加强顶层设计，在政府主管部委组织领导和政策支持下，通过“政、产、学、研、用、金”结合，加强产业基础标准研究，充分利用接触件用铍铜产业链生产过程控制在线数据，通过“线上+线下”、“企业+院所”数据互联互通，建立能和数字化生产过程在线检测相适应的接触件、绝缘体等关键零件质量检验方法。例如铜带厚度偏差对插孔接触件分离力波动(质量一致性)十分敏感。铜加工厂每卷铜带生产过程中宽度、长度方向的厚度偏差实时监测数据，对产业链补短板，解决“卡脖子”材料问题，就是有用信息。应充分利用智能化生产过程中的有用信息，通过网联化建立生产过程在线检测+定时(或事后抽检，发现问题再100%筛选)的新型产品质量检验方法。

建议分二步走，第一步行业层面：组织有基础条件企业如中色宁夏东方集团、苏州金江等铍铜生产企业联合中国探针、中航光电、贵州航天电器等下游接触件生产企业先行先试，总结经验制定出行业团体标准。第二步国家层面：扩大试验应用成果制定出国家军用标准。

开展连接器行业“接触件用铍铜质量一致性团体赛”和“修改接触件用铍铜质量检验标准”是一场产业链上下游合作开展产品质量检验数字化转型的实战训练，会探索出许多经验教训。同时可有效支撑中小微企业接触件用铍铜产品高质量发展，培育出大量“专精特新”小巨人企业。

6.4 创建接触件用铍铜应用研究和生产基地

为夯实接触件用铍铜应用基础共性技术研究，破解连接器“卡脖子”关键材料对外依存度高难题，做到供应链“自主可控”和优化，满足企业工艺研发、设计到运行过程中的低碳需求，降低物流环节的能耗和碳排放，实现“多、快、好、省”集约化、绿色化、智能化生产和配送 。应借鉴瑞士等发达国家接触件技术集成创新的成功经验，在国家主管部门领导和监管下，以市场为导向，改革原有生产组织方式，在接触件用铍铜产业链上建立联合创新的合作机制，整合我国军用电连接器接触件先进的设计，优质的材料，杰出的精细加工技术，富有创新精神的研发团队等资源，组建一个能为全国各行业高可靠电连接器生产企业量身定制、一站式服务、髙度技术集成的接触件用铍铜应用研究和生产基地。

参 考 文 献

[1] 杨奋为 高可靠电连接器接触件材料的联合创新研讨 2013年第三届电接插元件及相关产业技术发展研讨会论文集

[ 2] 刘向军 费鸿俊 雷德森 电接触材料与系统工程 机电元件 1997年第2期

[3] 弓雪原等 铍青铜固定爪时效处理工艺研究 机电元件 2023年第3期

[4] 杨奋为 军用电连接器接触件技术集成创新 机电元件 2014年第4期

[5] 连接器与开关信息 2022年第5期 中国电科40所信标中心