|
发表于 2017-4-26
|
|阅读模式
线材制作大揭密
音响导线是怎么做出来的?我们一边讶异于电源线、讯号线、喇叭线,甚至小小一条数字线对于声音所造成的变化,一方面又对越来越昂贵的高级线材望而兴叹。要报导线材的制造秘密,当然得找万隆不可,这是我第一个浮现的想法。事实上,台湾一直是全世界最大的高级音响导线OEM基地,而位于云林古坑的万隆公司又是个中佼佼者,许多国外名厂的线材都是委由万隆加工制造。碍于合约关系,我们无法告诉你哪些线是从万隆出来的,不过希望你看过这篇简单的报导后,对线材的神话与迷思可以有更进一步的认识与化解。
台湾的唯一
根据经济部两年前的一篇报告,指出从1970年起,全球铜消耗量以每年2.5%左右温和成长,成为使用量仅次于钢铁及铝的金属。铜具有优异之热/电传导性、良好之抗蚀性及良好之成形性等特性,为3C产品零组件之重要原材料。台湾是世界第六大精炼铜消费国,十年来复合年增率达11%,居全球之冠,每人精炼铜消费量达28.4公斤,居全球第二,但是间接外销比例大。铜半成品可分为电线盘条及伸铜品两大产业,产值合占我国金属制品业的17%,下游关联产业主要有电线电缆、电子信息、家电、机械五金、建筑、饰品等。目前一贯作业制造厂商约有56家,1998年产值为555亿元,总产量约77万公吨,电线电缆占68%,伸铜品占32%。不过与其它工业国相比,台湾的竞争力较差,专家推荐台湾较具发展潜力产品包括电解铜箔、轧延铜箔、导线架铜片、精密黄铜片、磷青铜片、ACR内螺纹卷管、无铅黄铜棒、铜包钢接地棒、高纯度线材(OCC)、高传导极细线、161KV超高压电缆线等。
从这篇报告中我们可以发现,台湾的铜制品产量相当的大,其中电线电缆又占了大宗,而且制造厂家众多,不过整体竞争力却不佳。OCC算是较高附加价值的技术之一,尤其是用在音响导线上。目前接受工研院材料所移植OCC制程(Ohno Continuous Casting Process)的公司有两家,一家是上市公司台一国际,一家就是万隆。台一国际成立有三十多年,目前在杨梅、新竹、观音等地分别设有炼铜、漆包线、电线电缆、绝缘材料四个事业部。炼铜事业部主要产品包括从0.32mm-8mm的无氧铜线以及OCC 单结晶无氧铜线。台一国际与太平洋电缆等是国内重要的光纤电缆厂商,对音响用线着墨较少,所以音响迷的焦点仍得放在万隆公司身上。
什么是OCC?
其实万隆不单是台湾第一家以OCC技术制造音响导线的厂商,在全世界也都算是少有。据我了解,除了万隆之外,日本的住友 (Sumitomo) 及古河 (Furukawa)也都有类似产品。但古河只卖成品,不卖材料,而住友又对音响市场用力不深,因此万隆一枝独秀,吸引了许多国外的OEM订单。OCC技术是日本千叶大学理工学院(Chiba Institute of Technology)大野教授所研发的「大野连续铸造法」,可提炼出纯度至少4N,最高达到6N的纯铜或纯银线材,OCC的结晶长度比一般无氧铜(OFC)长达50-100倍以上,平均结晶长度为125m。由于这种铸造法有十多国专利,因此后面必须加上OCC,前面则由生产商自订,古河称为PCOCC,而万隆称为UPOCC (Ultra Pure Copper by Ohno Continuous Casting Process)。
OCC制程是一种热模连续铸造制程,与一般传统连续铸造最大差异在于利用加热的铸模,而非传统所用的水冷模。铸模内壁温度保持在铸造金属的凝固温度以上,使金属凝固时不会从模壁凝固结晶,而是沿铸模口外之铸造拉引方向呈单方向组织凝固。此一制程技术可应用于生产纯铝、铝合金、纯铜、铜合金、纯银与其它合金及高温合金(Tm>1200℃)。同时也可制造不同形状的连续产品,例如线材(1.5-12mmψ)、板材(5-130mmω)、管材、异形材等。OCC材料的特色为单方向结晶或单晶组织,内部组织偏析少、杂质低,具有良好加工性(伸线、压延),具有电子信号高传真性,另外也适用于直接铸造加工性困难的高合金线材及板材。在工业上,OCC材料的运用包括音讯、视讯导线、喇叭;IC所用连接材料;焊接及接点材料;高性能热交换器管,以及高精密零件用材料(要求加工性)。
纯度与结构
最早万隆是想向日本古河购买材料来加工,但古河只卖成品,不卖材料,迫使万隆从1991年开始参与工研院材料所的研究,并完成技术转移。从简单的电解铜,进步到无氧铜OFC,大结晶的无氧铜LCOFC,以及今天的单结晶铜OCC,究竟这些材料与导线之间有什么关系?我们可以这么说,影响导线声音表现的要素有三,分别是材料、绝缘与包覆,加上线材的结构。在材料部份,这些年来,设计者莫不把全力放在材料纯度的提升与结晶结构的改良。
以最常使用的铜来说,材料就包括便宜的电解铜TPC(Tough Pitch Copper)、进一步除去TPC内所含的氧化杂质等不纯物的高纯度无氧铜OFC、让铜形成大的结晶,使其结晶粒子的界面空隙减少而成的LCOFC(线形结晶无氧铜)、以及讯号传送方向的结晶粒子界面理论上为零的OCC(单结晶状高纯度无氧铜)。我愿意多花一点篇幅介绍万隆,或者介绍OCC,主要也是想破除所谓高纯度铜的迷思。
你要几N?
市面上有太多号称6N甚至8N的线材,最离谱的还有所谓9N银线。N是金属材料纯度的表示,与材料的种类无关,例如:99.99%即有4个9,称为4N材质。OFC以上的铜大都为4N,这也是音响导线用得最多最普遍的材料,具规模的炼铜厂都可以生产4N铜。进一步以化学方式除去含氧量与其它微量金属,是可以让纯度再提升,但仪器不一定测得出来。万隆的高董事长就说,他们与工研院合作进行量测,但国家级的工研院也只能测量到5N,再来的误差就太大了。那么6N或8N怎么来的?高董事长含蓄的表示,他个人对这些数据持保留态度。一般在科学量测时,有所谓的加法与减法,假设同样的材质,以加法量测,将氢分子等微量元素按比例计算,得到其纯度为5N。以减法量测,这些微量元素含量极低,几乎无法计算,就当成零,于是最后其纯度变成8N。一个5N,一个8N,但它们是同样的东西哪!
高纯度的铜或银,不仅制造困难,要保证在空气中长期维持稳定更加困难。事实上当铜从炉具拉出来的剎那,就已经开始氧化了,所以部份线材设计者对6N以上的材料不以为然。但一些日本厂商却在这部份投入心血研究,例如高纯度铜一拉出来就边冷却边施以特殊包覆,减少氧化的可能性,日本能源Acrotec就是其中佼佼者,纯度99.99997的6N铜就由他们领先世界生产出来。Acrotec所推出的8N铜线,其规格已经达到大气中的极限,将不纯物质及Stress排除殆尽,在绝缘体材质及构造上也运用了独有的科技,Acrotec说8N铜线的不纯物含量仅为6N的1/100,确实非常惊人。
Stress理论也是由Acrotec提出来的,他们认为导线中有压抑(Stress)的存在,在加工时会导致内部变形,这是除了结晶结构与纯度之外材料的另一个重点。导线经过弯曲或加热之后,导体内的结晶构造会产生变化,因此原子层次的歪曲、变形会造讯号传输上的障碍。Acrotec以特殊热处理法把原子排列转位的缺点减低,让结构相当安定,而且变得柔软有弹性,这是传统OFC材料无法克服的缺点。免除加工变形的6N铜其结晶数仅有4N铜之1/80~1/100,铜原子成为Stressfree状态,可以有较佳传输效果。
OCC的优势
Acrotec可以说是高纯度材料的代表,但在结晶结构上,Acrotec的6N铜是属于LCOFC。Stressfree 6N线经过长达12个小时250℃加热的结果,其气体放出量远比OFC少得多,低温时的热传导率也比OFC高一个位数以上。同时,其柔软似金的特性,使得6N铜得以取代半导体Bonding用的金线。此外,诸如残留阻抗比、极低温的磁场拒斥率等电气特性,都比OFC强过甚多。Acrotec认为音响导线最重要的是在拉线后所进行的热处理过程,他们将原子排列的缺陷减至十亿分之一以下,机械歪斜极低,近乎于自然排列的状态,这也就是为何称之为 Stressfree的由来。铜结晶与结晶之间的杂质被浓缩时是很不好的现象,如果将结晶巨大化,结晶数不仅减少,杂质也相对地减少,这就是LCOFC的精神所在。没错,以电子移动的观点来看,结晶间的不纯物质减少,电子移动就阻碍少,原子排列也比较有规则,对电子讯号的传递是十分有利的,OFC材质有所谓「格子缺陷」的凌乱原子排列,并非最理想的材料。
那么,OCC的一个结晶可长达一百多米,等于音响导线都只用到一个结晶而已,岂不是比LCOFC更好?我问过万隆高董事长,他有没有比较过彼此的差异,因为Acrotec的铜纯度显然要略胜OCC一筹。高董事长爽快的说没比较过,因为自己做线的,他实在无法忍受市售发烧线的高昂价格,而且他以为线的结构远比材料要重要得多。有关导线的结构与设计者有关,不在本篇讨论,所以我们还是专注在材料部份。
LCOFC有它的好处,OCC优点又在哪里?传统电解铜都是一边冷却一边铸造的,OCC则完全相反,先将铸形加热,于铸出后再予冷却,如此一来,铜的结晶连续成长,结晶粒界面的空隙不会成形。在万隆的OCC熔炉内,温度高达摄氏1160度,炉具为特殊耐高温合金,炉心内灌入惰性气体防止液态的金属氧化。在炉心内另有多道过滤设备,除去金属所含的杂质,因此金属的纯度可以达到6N的要求。利用地心引力让液态金属自然的流出来,形成直径8mm左右的圆棒,一个小时只能铸造六十米左右,速度非常慢。照高董事长的说法,OCC一方面是产量少,一方面是成本高(过去使用石墨棒加热,一次就要六支,每支九千多元,现在改用合金加热线仍然不便宜),所以价格也降不下来。OFC无氧铜与OCC单结晶铜成本大概相差八倍,如果是OCC银线,成本更高达OFC铜的十五倍。不过OCC因为结晶长度很长,延展性特佳,加工后结晶不易折断,因此很适合拿来做复杂的编织。 |
|