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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-freecopperisahighlyconductivecopper,coppercomparedwiththegeneralhastheadvantagesofhighpurity,withlowoxygencontentcharacteristics,withhighconducyivitythermalconductivityandgoodresistancetohydrogenembrittlementandexcellentprocessingperformance,welding,electrical,communicationsindustry,electricvacuumfieldwithspecialandawiderangeofuses.Keywords：Oxygen-freecopperproductiontechnologyapplication1.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,l0ppm和5ppm。近年来，国防、军工，冶金以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、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%,O≤0.0002%,P≤0.0001%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≤0.0065%。其次,阴极铜的表面应光滑,内部组织致密,剪口没有分层现象。阴极铜表面的铜豆、裂缝、夹层中往往含有较多的低熔点质、氧化物及电解液残留物,应挑选、理并切除掉四周边缘部分。阴极铜表面的铜绿(CuSO4・5H2O)[CuCO3・Cu(OH)2]在高温下会发生分解反应,氧含量、硫含量增高。而阴极铜中吸附及分解出来的各种水分还会导致熔体增加吸氢量。因此,应清洗干净表附着物,入炉前干燥并预热阴极铜。用预热炉预热阴极铜时,在500～700℃范围内即可发生结晶水蒸发和硫化解而除去。2.3熔体的有效覆盖和保护木炭是铜液最好的固体覆盖剂。木炭覆盖在液面上,不仅有防氧化、吸气的作用,还具有良好的脱氧作用。木炭的质量对铜液的脱氧效果有决定性的影响。应选用桦树等木材烧出的白炭作为无氧铜的脱氧剂。这种木炭杂质含量低、分少,质地致密。木炭在使用前必须再次煅烧,以脱除其中的水分和O2、2CH4等气体。没有脱净水分的木炭用于覆盖,不仅不能起到防氧化、气和脱氧的作用,反而会使熔体大量氧化、气,严重时导致铸2.4保护性气体在铜液转注过程中,流槽内的熔体流速快,波动大,使用固体覆盖剂易裸露液面,应采用保护性气对熔体进行保护。另外，用木炭覆盖的熔池,在投料时易暴露熔体。往炉内充入保护性气体,能增强隔绝空气的作用。保护性气体的质量往往影响到无氧铜的质量,因此要控制其中的H2O、CO2、H2、O2、CH4等有害气体量。国内的木炭发生炉煤气采用一次燃烧工艺产生,煤气成分是:CO28%,CO24%,H22%,CH40.4%,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:CO27～28%,CO2≤1%,H2≤0.9%,H2O≤0.5%。比较而言,国外的制取工序比国内多一道,但气体中的H2O、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,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=Cu2O+H2↑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,扩大铜液与木炭的接触面,强化反应:CO2+C→2CO↑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1160～1180℃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1995.191—193[2]杨倚琴，刘冠昆，童叶翔稀有金属1991，（2）:101[3]史美堂金属材料及热处理1993.14—15[4]宋维锡金属学1989.118—123