OCC 技术作为先进且极具实际应用价值的新型材料制备技术，将连续铸造与定向凝固有效地结合。OCC技术的基本原理，即采用热铸型铸造，将铸型加热至金属凝固温度以上，对铸型外金属实行强制冷却，使金属在铸型端口处凝固，然后在铸型外对凝固的金属进行冷却以保持端口处金属与外层金属有较大的温度梯度，使热量在铸型端口处沿杆坯牵引方向向外传输。金属在铸型内一直保持液态，在铸型出口处金属液靠表面张力维持模具形状，并在牵引过程中逐渐冷却凝固。该方法可以获得表面质量良好、纯净致密、铸造缺陷极少的高品质铸坯，材料的综合性能显著改善，同时也节省了能源，提高了生产效率。

特殊的凝固方式也使 OCC 技术具有以下特点^[8,9]：

（1）满足定向凝固的条件，可铸出长度不受限制的单晶或柱晶铸锭。铸型加热至金属的凝固温度以上，使得金属在型壁上无法形核，在铸型出口端附近对金属进行强制冷却，在铸型出口端与冷却区之间有悬殊的温差和高的正温度梯度，型内金属液的热量主要沿拉铸方向单方向传输，可以得到完全单向凝固的无限长柱状晶组织。对工艺参数进行优化控制，使其有利于晶粒的淘汰，则可实现单晶的连续铸造。

（2）是一种熔炼与成型一体化的近终形连铸技术。由于铸型温度高于合金液的凝固温度，金属液在铸型外才能实现凝固结壳，在铸型出口附近，铸锭表面与铸型之间始终有一个液相隔离，铸锭与铸型之间摩擦力小，可获得表面非常光洁的复杂截面形状的薄壁型材。可用于制备难于塑性加工的硬脆合金及金属间化合物的线材、板材及复杂管材。

（3）可制备无横向晶界、高纯致密、无夹杂、孔洞及缩松缺陷的优质铸锭。这是由于定向凝固过程补缩良好，析出的气体及排出的杂质进入液相，而不易卷入铸锭。这有利于后续的冷加工，可以减少甚至消除冷加工过程中的中间退火，节省能源，提高生产效率。

1.2  铜单晶线材的工业应用

由于铜单晶线材具有优异的加工性能和导电性能，在电子、通信、网络、音视频设备以及国防等领域具有十分广泛的应用前景。目前利用铜单晶制备的网络线、微细线及音响器材线材已商品化。随着开发工作的深入，其应用范围将会越来越广泛。以下为铜单晶线材的一些工业应用情况：

（1）信号传输。各种电信号实质上都是一种波。波通过线材的内部晶界时会发生反射、折射等现象，造成信号失真和衰减。由于铜单晶线材没有晶界，大大减少了信号的失真和衰减，使传输质量得到极大的改善。铜单晶应用于这些方面，可以大大提高信号传输质量和灵敏度。其效果是普通的多晶材料不可比拟的，具有极高的应用价值。

（2）微细线。铜单晶线材没有缩孔、气孔、夹杂等铸造缺陷，而且是定向凝固组织，其结晶方向与拉丝方向相同，拉丝性能优异，是拉制微细丝的理想材料。

目前，OCC技术所制备的单晶铜线材直径还比较粗大（一般直径都在3~6mm), 远远大于工程应用中对线材直径的要求（超细铜丝一般要求直径小于0.035mm)，因此，制备的单晶铜线材必须经过多次拉拔变形才能应用。深入研究其在塑性变形过程中微观组织和结构状态的变化规律，不仅具有重要的理论价值，在优化单晶铜线材的组织和性能方面还具有工程实用价值。

2  金属单晶连铸技术研究现状及发展趋势

日本、加拿大等国对金属单晶连铸技术的研究比较活跃。日本大阪富士公司千叶工业大学、日本轻金属株式会社、古河电器工业公司、住友电器工业公司等众多公司相继开展了单晶连铸技术的应用研究和生产。1988年加拿大多伦多大学建立了单晶连铸实验室，该实验室具有一套完整的熔炼和铸造系统，其横引式连铸设备主要用于连铸低熔点的金属Sn、Bi、Al、Zn及其合金；下引式设备主要用于连铸高熔点的金属Ni、Co以及不锈钢高温合金。目前，该实验室的研究重点是同轴异质复合材料以及对连铸工艺的检测和建立相关模型。

我国从上个世纪80年代末也开始了对单晶连铸技术的引进和研究，1985年西安交通大学刑建东教授首次将热型连铸技术介绍到中国，并进行了Sn、Al等线材的研究工作。随后广东工业大学的黎沃光教授等人在实验室也开展了这方面的研究。90年代初西北工业大学凝固技术国家重点实验室自行研制了一台水平单晶连铸设备，并且成功完成了铝、铜单晶的连续铸造，并对其组织性能进行了比较系统的研究。西安工业大学也相继开始此项工作的研究，并设计出国内第一台单晶连铸成套设备，成功的制备出直径为8mm的铜单晶线材，近年来该课题组对不同初始取向单晶铜的制备技术，以及冷加工过程中单晶铜微观组织演变进行了研究^[10,11]。此外，广东工业大学和北京科技大学也在进行金属单晶连铸技术研究。目前，各研究单位在完成实验室研发的基础上正与企业联合共同开发，旨在将其研发的单晶制品市场化。

上海大学和上大高科技发展公司合作研制出用于制备铜单晶及铜基自生复合材料的上引连续铸造机，并连铸出定向凝固自生复合材料。甘肃工业大学对工业纯铝、纯铜等的OCC法进行了工艺研究^[12,13]，并将超高梯度定向凝固技术应用到OCC法中，大大提高了固液界面位置的稳定性，降低了工艺参数的控制难度；完成了对单晶连铸技术凝固过程的数值模拟；自主设计、制造单晶连铸设备，并在该设备上成功制得表面质量良好的Al及Al-10%Cu合金的柱状晶线材；与河南省焦作钢铁有限公司合作，开展技术推广，由双方合作开发的单晶铜具有高导电性、高纯和无偏析的优异性能，用于制作高保真音视频信号传输电缆、网络传输用超五类线缆、集成电路底板、半导体元件连接线和高频通讯线的导体材料，提高了我国信号电缆的技术水平和质量等级，促进了我国电子工业技术的发展。

3  单晶连铸技术的局限性

单晶连铸技术自发明以来，得到了迅速发展，而且以其生产的铸锭具有内部组织致密、无缺陷，表面呈镜面的优良品质在实际生产中获得了广泛的应用，尤其是利用单晶连铸技术生产的铸棒具有良好的深加工性能和导电性能，更是吸引了许多科技工作者的研究热情。但是，单晶连铸技术本身也存在许多局限性，目前的研究工作也还需要进一步完善和深入。归纳起来，主要有以下几个方面:

（l）在单晶连铸试验过程中，要想获得质量良好的铸锭，必须使影响连铸过程的各个工艺参数互相匹配，达到一个稳定的工艺参数组，而且对各个工艺参数的控制精度要求非常精确。在实际试验和生产过程中，调整这些工艺参数达到最佳匹配以确保固液界面形状和位置的稳定比较困难，目前还不能很好地解决。

（2）在单晶连铸过程中，原材料的纯度也是影响铸锭性能的重要因素。一方面要尽量采用纯度较高的单晶连铸原材料；另一方面要尽可能避免在金属熔炼保温阶段再次带入新的杂质，尤其要避免在高温下对金属熔体的吸气和氧化。目前许多单晶连铸试验设备的熔炼保温没有配备真空系统，有一部分试验设备尽管通入惰性气体进行保护，但由于炉体没有进行密封，导致效果并不十分理想。

（3）单晶连铸工艺从原理上可以连铸任何金属，但是在目前的试验研究中，只能连铸一些低熔点的金属，例如A1、Sn、Pb、Zn等，对于高熔点金属的单晶连铸，研究的比较少。

（4）单晶连铸工艺的生产效率十分低下，即使是小直径铸锭，一般的连铸速度也不过每分钟百十毫米，加上较高的能耗，生产成本较高，在企业中推广应用还有一定困难。

（5）高质量的产品必须要有先进的试验设备作保证，在目前的试验和生产过程中，尽管开发出了许多各种类型的单晶连铸试验设备，但是这些设备由于控制精度不高，而且大多数没有配备真空系统，导致连铸出的铸锭性能受到很大限制，不能充分发挥单晶连铸技术的潜力。因此，开发真空熔炼保温和控制精度高的单晶连铸试验设备就成为一个迫切需要解决的问题。

4  结论

综上所述，单晶连铸技术有着广阔的应用前景，通过对单晶连铸设备的不断改进，加强工艺参数之间的相互匹配和工艺参数精度控制，进一步提高单晶连铸工艺的生产效率，将为国民经济的发展做出重大贡献。

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