无氧铜的生产技术 150509125

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1、无氧铜的生产技术王稳常熟理工学院（215500） 摘要：无氧铜是一种高传导性纯铜, 它与一般紫铜相比具有纯度高, 含氧 量少等特点, 具有高导电、导热性及良好的抗氢脆性和优良的加工性能、 焊接性 。在电气、通讯行业、电真空领域具有特殊而广泛的用途。 关键词： 无氧铜生产技术 应用Abstract：Oxygen-free copper is a highly conductive copper, copper compared with the general has the advantages of high purity, with low oxygen content character

2、istics, with high conducyivitythermal conductivity and good resistance to hydrogen embrittlement and excellent processing performance, welding, electrical, communications industry, electric vacuum field with special and a wide range of uses.Keywords :Oxygen-freecopperproduction technologyapplication

3、1.前言1.1 无氧铜的基本信息无氧铜是一种高传导性纯铜 ,在化学成分上具有纯度高 ,杂质含量 少 ,尤其是含量 很低的特点。因此 ,它具有优良的导电、导热性能 ,导电率可高达102 % IACS ,被广泛用 于电子、讯行业。目前 ,随着我国在微电子和真空电子 器件等高科技领域的发展 ,市场对无氧铜材质提出的要求也 越来越高。1.2 无氧铜的分类 根据含氧量和杂质含量，无氧铜又分为一号和二号无氧铜。一号无氧铜纯 度达到99.97%，氧含量不大于0.003%，杂质总含量不大于0.03%；二号无氧铜纯 度达到99.95%，氧含量不大于0.003%，杂质总含量不大于0.05%。1.3 无氧铜的研究背

4、景意义纯铜导电、导热性能在金属中仅次于银而居于第二位;性能优良的无氧铜， 更是生产优质电线电缆的基本材料。当前，航空航天技术和电子信息技术的迅速 发展，也对导电用铜提出了更高的要求。高纯无氧铜作为一种高纯度、高导电和 高导热的材料，随着科学技术的不断发展，许多用户特别是生产真空器件的铜材 用户，对无氧铜材质的要求越来越高。近年来，国内外有关无氧铜化学成份标准 及对某些铜材物理性能检查标准不断升级，例如，铜的最低含量开始是 99.95% 以上，随后升级为99.97%以上和99.99%以上，氧的最高含量开始是低于30ppm, 后来升级到20ppm, lOppm和5ppm。近年来，国防、军工，冶金以

5、及电子信息等行 业对无氧铜需求亦十分旺盛，而且对无氧铜材的质量要求越来越高。无氧铜线、 带材广泛用于制造各种关、继电器、连接器等电子元器件及家用电器、电工具、 汽车、摩托车配套电机的换向器等。2.无氧铜的生产技术与加工工艺2.1 无氧铜的生产技术2.11 真空炉熔炼技术 真空炉熔炼技术是在真空条件下 ,采用中频无芯 感应炉熔炼, 生产出来的无氧 铜纯度高 ,含氧量可达 0. 0005%以下。但真空系 统复杂且维修难 ，生产成本高 ,产量低 ,国外一般用于生产高要求的电真空无 氧铜。2.12 工频感应炉熔炼技术 工频感应炉熔炼技术是目前国外普遍采用的无氧铜 生产技术。首先 ,阴极铜在预热炉内干燥

6、、预热 ,然后依次加入到专门设计的密 封卧式工频感应炉中熔炼和保温 ，经立式连铸机铸造成铸锭。其产品质量稳定、 可靠。例如奥托昆普公司采用这种技术生产C10100无氧铜，成分可控 制在Cu 99. 997 % , O0. 0002 % , P0. 0001 %目前,国内只有洛阳铜加工厂采用这 种工艺和设备，批量生产质量稳定的TU1、TU2无氧铜材。而国内大多 无氧铜生产企业由于订货量少等原因 ,一般采用普通的立式工频感应炉 ,经密封 性改后进行无氧铜的熔炼。这种造方式投资少 ,密封性能差 ,在木炭质量不稳定 的情 况下 ,产品 质量波动大。2.2 原材料的选择与处理无氧铜的生产对原材料阴极铜的

7、质量要求很高。首先化学成分必须符合 GB/ T467 - 1997中规定的高纯阴极铜 ( Cu - CATH - 1) 的标准,杂质总量 28 % , CO2 4 % , H2 2 % , CH4 0. 4 % ,N2 余量。而国外采用 二次木炭燃烧工艺制取煤气 ,产生的气体成分为 :CO2728 % ,CO2 1 % ,H2W0. 9 % , H2OW0. 5 %。比较 而言 ,国外的制取工序比国 内多一道 ,但气体中的 H20、 H2、CO2等含量却比国内的更低，质量更好。渣捞出，再将原 熟炭覆盖上 ,然后添加新煅烧木炭。覆盖的木炭并非越厚越好 。 过厚的木炭一方面增加投料等操作的难度 ,

8、另一 方面可能会增加熔体吸氢的机会。熔炼后期 ,由于木炭的脱氧 用 , 体内的含氧量已经很低 ,因而有很大的吸氢倾向。而 覆盖层过厚不易使新炭残余的水分立即挥发出来 ,闷木炭缝 隙中，与铜液发生反应:Cu + H2O = Cu 20 + H2f 导致大量吸氢 ,使铸锭产生气孔缺陷。另外 ,捞渣、清炉、烘烤 浇管所使用的工具最好用石墨或不锈钢制作 ,避免污染熔体。2.5 脱氧处理 在采用高质量的阴极铜作原料时 ,一般严格按进行操作 控制氧化、吸气程度 ,并用优质木炭脱氧处理即可保证 熔体质量。近些年来 ,由于木材资源日益紧缺 ,木炭 质量不断下降 ,各无氧铜生产企业正在积极寻求无氧铜 的脱氧新工

9、艺、新技术。试验开发木屑炭、炭作为木炭 的替代品 ,用于无氧铜的生产 ,成为解决这种危机的 一 种可选方案。国外曾有许多关于锂和硼化钙用于铜 脱氧的报道 ,国内的研究表明 ,脱氧效果好 ,但价格 昂贵。日立电株式会社发明了采用P脱氧，通过控制 P残留量( 0. 0003 %)来生产无氧铜的技术。国内 有许多研究机构正在积极探索稀土元素脱氧生产无氧 铜的技术 ,现已取得一定成效。采用添 加元素脱氧的 沉淀脱氧法控制残留脱氧剂及排除脱氧产物的难度 较大 ,目前 ,日本又有利用木炭覆盖 ,并吹入惰性气体 如Ar)脱氧、除氢的技术应用到工业上来2 。其原理 是通过惰性气体的搅拌作用 ,扩大铜液与木炭的

10、接触 面，强化反应：CO2 + C-2CO f来提高脱氧效果。同时 ,利用气泡内外的分压差作用达到除氢的目的。2.6 浇铸工艺 浇铸前的熔体含氧量很低 ,吸气倾向大。此时要注意炉 头及结晶器内熔体的保护 ,防止二次氧化吸气。炉头应事先铺 垫好煅烧过的木炭 ,并进一步烘烤去湿 ,保证木炭彻底干燥 水分。也可以从炉膛内扒过部分熟炭垫底。最好不要全 用刚出炉的煅使用而开裂的托座应及时更换。控制好浇铸时 的工艺参数。铜液温度过高 ,氧化、吸气倾向大 ,且晶粒粗大 ;温度过低易产生气孔、疏松缺陷 ,甚至堵塞浇管。同时还应 考虑到铜液从炉膛到结晶器的温降。生产上最好有测温装置 控制炉头铜液温度在1 160

11、1 180C之间。冷却强度宜大，拉铸 速度宜慢不宜快 ,应相互协调 ,保证浇铸时的液穴浅平 ,有利 于气泡上浮逸出 ,以获得内部组织致密、表面光滑的铸锭 质量。3： 无氧铜的应用与发展前景3.1 无氧铜的应用 目前，铜以及其合金产品因为优良的导电、导热、抗腐 蚀特性，还有鲜艳的色泽和绿色环保性能，再加上它的提取加工和回收难度 并不高，使得人类使用铜已有上千年的历史。随着近代科学技术的不断发展， 铜及其合金制品的应用更为广泛，主要集中于导电和热交换相关的领域，涉 及行业有电子、电力、船舰、汽车、交通、通讯、建筑、家电、冶金等方面 几乎包含了所有的工业部门。市场上主要的铜制品有电真空无氧铜弥散强化

12、无氧铜等。电真空用无氧铜 主要被用于电真空器材的散热极、触头座等。行业内对于无氧铜的成功经验 主要有：精料、密封、干燥、脱氧。重要器件的无氧铜部件使用真空熔炼、 真空除气方法制造。而弥散强化无氧铜的历久更为久远。目前该材料的研究 方向朝着减少氧化铜残存和材料体积膨胀率，更一步减少原材料的消耗前 进。3.2 无氧铜的发展展望为了提高我国无氧铜的生产水平 ,一方面应积极研制和使用专门的熔铸工 艺和设备生产无氧铜铸锭。另一方面 ,对于大多数中小企业而言 ,在现有的生产 条件下,应严把原辅材料质量关 ,采用高品质的阴极铜 ;强化原辅材料的预处理 工艺 ,努力减少有害杂质的带入 ;寻求新的工艺技术 ,提高脱氧效果 ;重视铸锭 质量的检验 ,提高含氧量检验手段的可靠性 ,从而保证无氧铜材的产品质量。参考文献：1 徐光宪 稀土 1995.1911932 杨倚琴，刘冠昆，童叶翔 稀有金属 1991，（2）:1013 史美堂 金属材料及热处理 1993.14154 宋维锡 金属学 1989.118123