專利名稱：一種制備高導(dǎo)電率無氧銅的方法及化料裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備高導(dǎo)電率無氧銅的方法及化料裝置。
背景技術(shù)：
無氧銅是一種導(dǎo)電率高、耐蝕性、耐低溫、加工和焊接性能好的金屬材料，廣泛應(yīng)用于濺射靶材、高端音響線和高端微電子器件連接線。國標(biāo)TUO無氧銅和美標(biāo)C10100無氧銅都是高級別的銅材，電導(dǎo)率為IACS 101%，剩余電阻率為200。在超級導(dǎo)體電纜、粒子加速器元器件等高端導(dǎo)線應(yīng)用上，更高電導(dǎo)率的無氧銅成為主要研究方向，目前無氧銅電導(dǎo)率可達(dá) IACS 102%。銅電導(dǎo)率的提高與降低銅材內(nèi)的氧氣含量、金屬雜質(zhì)含量以及改善晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中，對電導(dǎo)率影響最大的是氧氣和鐵雜質(zhì)的含量。銅中鐵雜質(zhì)可以通過電解來降低， 然而，電解的過程易把氧氣帶入沉積的銅粉內(nèi)；同時，氧氣在銅液的溶解度也很高，在熔化銅的過程中氧氣也很容易進(jìn)入銅液中，導(dǎo)致鑄錠的銅材的含氧量很高，一般可達(dá)幾百的ppm，使電導(dǎo)率在IACS 100%以下。目前，無氧銅脫氧提純方法主要是通過加入金屬雜質(zhì)(錳或磷)來減少活性氧含量，或在真空加熱條件下將銅液內(nèi)的氧氣和雜質(zhì)揮發(fā)掉。US6192969公開了一種鑄錠高純無氧銅的方法及裝置，將原料電解銅放入帶有溫控的高純石墨坩堝內(nèi)，在還原條件下定向結(jié)晶成形；還原條件避免氧氣進(jìn)入銅液，并定向結(jié)晶使氧氣偏析出來，實現(xiàn)無氧銅的制備。氧在銅中的分凝系數(shù)為0. 023，原料電解銅的最佳指標(biāo)含氧量是200ppm，即采用最佳指標(biāo)的電解銅生產(chǎn)的無氧銅含氧量理論值為4. 6ppm,與國標(biāo)TUO含氧量標(biāo)準(zhǔn)要求<5ppm指標(biāo)接近。該方法原料選擇條件苛刻，原料成本高，并且產(chǎn)品質(zhì)量很難保證。US4059437公開了一種無氧銅材的制造方法，在生產(chǎn)無氧銅的過程中，加入了f50ppm的錳，得到電導(dǎo)率為IACS 101%無氧銅。但該方法生產(chǎn)的無氧銅電導(dǎo)率仍無法滿足高端導(dǎo)線應(yīng)用的要求。CNlOl 199988A公開了一種制備高純銅鑄錠的方法，將99. 999%高純電解銅放入高純石墨坩堝內(nèi)，通過高頻感應(yīng)加熱熔化至1350°C 1370°C，并在5X10_2Pa的真空環(huán)境下，保溫20min，使氣體和揮發(fā)性雜質(zhì)充分揮發(fā)出來，得超高純銅鑄錠。該方法采用了真空加熱方式脫除氧氣和雜質(zhì)，但是加熱揮發(fā)的時間受限(太長的揮發(fā)時間，會導(dǎo)致大量的銅被揮發(fā)掉)，限制了真空脫氧和除雜的能力，并且使用的電解銅原料對純度要求高，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種制備高導(dǎo)電率無氧銅的方法及化料裝置，該方法對原料使用無嚴(yán)格要求，生產(chǎn)成本低，制得的無氧銅電導(dǎo)率可滿足高端導(dǎo)線的要求。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種制備高導(dǎo)電率無氧銅的方法，其具體步驟是1、清洗原料
選用純度> 99. 95%的高純電解銅塊為原料，所述電解銅塊的鐵含量< 2ppm，將原料清洗干凈后，烘干；
2、裝料
將烘干后的銅塊裝入由真空熔煉爐、化料裝置和拉錠裝置構(gòu)成的真空熔煉爐內(nèi)，所述化料裝置由石墨坩堝和環(huán)繞在石墨坩堝周圍的加熱器組成，使銅塊位于化料裝置的石墨坩禍內(nèi)，所述石墨纟甘禍材質(zhì)為灰分〈50ppm的聞純石墨；
3、熔化原料
石墨坩堝內(nèi)裝好銅塊后，抽真空，啟動真空熔煉爐的加熱器，在1200°C 1350°C下使·銅塊熔化成銅液；
4、攪拌
銅塊熔化后，啟動懸置在石墨坩堝內(nèi)的石墨攪拌器，使其在石墨坩堝內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動攪拌0. 5h Ih,所述石墨攪拌器材質(zhì)為灰分< 50ppm的高純石墨,得液態(tài)無氧銅；
5、拉錠
將液態(tài)無氧銅澆注在拉錠裝置內(nèi)，進(jìn)行結(jié)晶和拉錠，得無氧銅錠。攪拌時，石墨攪拌器以20mm/min 60 mm/min的速度下降進(jìn)入銅液,到達(dá)石墨i甘堝底部后，以與下降速度等速回升至液面。熔化原料時，在銅塊熔化前，將銅塊在高真空條件下加熱到900°C 1000°C，保溫2h 5h，以揮發(fā)掉氣體和輕元素雜質(zhì)。
一種制備高導(dǎo)電率無氧銅的化料裝置，包括真空熔煉爐爐體，設(shè)在真空熔煉爐爐體中的主加熱器，所述真空熔煉爐爐體的容腔內(nèi)設(shè)有石墨坩堝，所述石墨坩堝底部設(shè)有一個排液口，所述排液口上設(shè)有排液控制閥，其特征是，所述石墨坩堝內(nèi)懸置有可升降的石墨攪拌器。
在真空熔煉爐爐體內(nèi)位于石墨坩堝的上方設(shè)有升降機(jī)構(gòu)，所述的石墨攪拌器與升降機(jī)構(gòu)相連。所述石墨攪拌器是由篩板、設(shè)在篩板中心位置的升降桿組成。在真空熔煉爐爐體內(nèi)對應(yīng)排液口位置設(shè)有輔助加熱器，以避免液態(tài)無氧銅在澆注過程中凝固。本發(fā)明的有益效果
利用石墨攪拌器進(jìn)行攪拌，在石墨攪拌器升降的過程中，使銅液與石墨充分接觸，增大了銅液中氧氣與石墨接觸面積，促使銅液中的氧氣與石墨反應(yīng)生成二氧化碳，二氧化碳在銅液中的溶解度比氧低，能迅速的揮發(fā)掉，從而實現(xiàn)了短時間、高效率脫氧；通過篩板上的篩孔增大篩板與銅液的接觸面積。對脫氧后的銅液進(jìn)行定向結(jié)晶的拉錠，通過偏析作用能進(jìn)一步去除氧和金屬雜質(zhì)。該方法生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本低，制得的無氧銅電導(dǎo)率可以達(dá)到IACS102. 4% IACS102. 75%，剩余電阻率(4. 2K)可達(dá)到400 528，能滿足超級導(dǎo)體電纜、粒子加速器元器件等高端導(dǎo)線應(yīng)用。


圖1是該真空熔煉爐化料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖2中石墨攪拌器的俯視圖。圖中1_真空熔煉爐爐體，2-輔助加熱器，3-主加熱器，4-石墨坩禍，401-排液口，5-石墨攪拌器，501-篩板，502-升降桿，6-升降機(jī)構(gòu)，7-排液控制閥，8-拉錠裝置。
具體實施例方式實施例1
如圖所示，該高導(dǎo)電率無氧銅化料裝置，包括真空熔煉爐爐體1，在真空熔煉爐爐體I內(nèi)設(shè)有主加熱器3，所述真空熔煉爐爐體I的容腔內(nèi)對應(yīng)主加熱器3位置設(shè)有石墨坩堝4，所述石墨坩堝4底部設(shè)有一個排液口 401，所述排液口 401上設(shè)有排液控制閥7，在真空熔煉爐爐體中與排液控制閥7對應(yīng)位置設(shè)有輔助加熱器2 ;所述石墨坩堝4內(nèi)懸置有石墨攪拌器5，所述石墨攪拌器5是由篩板501、通過螺紋連接在篩板501中心位置的升降桿502組成，本實施例篩板501上的篩孔為圓孔(也可為方孔)。所述升降桿502與設(shè)在真空熔煉爐體I內(nèi)位于石墨坩堝4上方的升降機(jī)構(gòu)6相連，通過升降機(jī)構(gòu)6實現(xiàn)升降桿502的升降。 在生產(chǎn)時，具體步驟如下
1、清洗原料
選用純度> 99. 95%的高純電解銅塊為原料，所述電解銅塊的鐵含量< 2ppm，在常溫下用質(zhì)量濃度為10%的鹽酸浸泡15min，用去離子水沖洗干凈后，烘干；
2、裝料
將供干后的銅塊裝入石墨纟甘禍4內(nèi)，所述石墨纟甘禍4材質(zhì)為灰分< 50ppm的聞純石墨；
3、熔化原料
石墨坩堝4內(nèi)裝好銅塊后，開始抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10Pa，啟動主加熱器3，將銅塊加熱至900°C，并將真空熔煉爐抽真空至0. 009Pa,保溫2h，充保護(hù)氣，將氣壓調(diào)整至IPa，提高加熱溫度，在1200°C下使銅塊熔化成銅液；
4、攪拌
銅塊熔化后，提高真空度至0. 009Pa，啟動石墨攪拌器5，所述石墨攪拌器5材質(zhì)為灰分
<50ppm的高純石墨,石墨攪拌器5以20mm/min的速度下降進(jìn)入銅液,到達(dá)石墨i甘禍4底部后，以20mm/min的速度回升至液面，在銅液內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動，攪拌0. 5h，得液態(tài)無氧銅；
5、拉錠
用輔助加熱器2將排液口 401加熱到1350°C，打開排液控制閥7，將液態(tài)無氧銅澆注在拉錠裝置8內(nèi)，進(jìn)行結(jié)晶和拉錠，得無氧銅錠；對無氧銅錠進(jìn)行導(dǎo)電性測量，測量結(jié)果如表I所示。實施例2
制備制備高導(dǎo)電率無氧銅的化料裝置同實施例1。在生產(chǎn)時，具體步驟如下
1、清洗原料
選用純度> 99. 95%的高純電解銅塊為原料，所述電解銅塊的鐵含量< 2ppm，在常溫下用質(zhì)量濃度為10%的鹽酸浸泡15min，用去離子水沖洗干凈后，烘干；
2、裝料
將供干后的銅塊裝入石墨纟甘禍4內(nèi)，所述石墨纟甘禍4材質(zhì)為灰分< 50ppm的聞純石墨；3、熔化原料
石墨坩堝4內(nèi)裝好銅塊后，開始抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到lOPa，啟動主加熱器3，將銅塊加熱至KKKTC，并將真空熔煉爐抽真空至0. 009Pa，保溫5h，充保護(hù)氣，將氣壓調(diào)整至IPa，提高加熱溫度，在1350°C下使銅塊熔化成銅液；
4、攪拌
銅塊熔化后，提高真空度至0. 009Pa，啟動石墨攪拌器5，所述石墨攪拌器5材質(zhì)為灰分
<50ppm的高純石墨,石墨攪拌器5以60 mm/min的速度下降進(jìn)入銅液,到達(dá)石墨i甘禍4底部后，以60 mm/min的速度回升至液面，在銅液內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動，攪拌lh，得液態(tài)無氧銅；
5、拉錠
用輔助加熱器2將排液口 401加熱到1350°C，打開排液控制閥7，將液態(tài)無氧銅澆注在拉錠裝置8內(nèi)，進(jìn)行結(jié)晶和拉錠，得無氧銅錠；對無氧銅錠進(jìn)行導(dǎo)電性測量，測量結(jié)果如表I所示。實施例3
本實施例制備高導(dǎo)電率無氧銅的化料裝置同實施例1。在生產(chǎn)時，具體步驟如下
1、清洗原料
選用純度> 99. 95%的高純電解銅塊為原料，所述電解銅塊的鐵含量< 2ppm，在常溫下用質(zhì)量濃度為10%的鹽酸浸泡15min，用去離子水沖洗干凈后，烘干；
2、裝料
將供干后的銅塊裝入石墨纟甘禍4內(nèi)，所述石墨纟甘禍4材質(zhì)為灰分< 50ppm的聞純石墨；
3、熔化原料
石墨坩堝4內(nèi)裝好銅塊后，開始抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10Pa，啟動主加熱器3，將銅塊加熱至950°C，并將真空熔煉爐抽真空至0. 009Pa,保溫3h，充保護(hù)氣，將氣壓調(diào)整至IPa，提高加熱溫度，在1300°C下使銅塊熔化成銅液；
4、攪拌
銅塊熔化后，提高真空度至0. 009Pa，啟動石墨攪拌器5，所述石墨攪拌器5材質(zhì)為灰分
<50ppm的高純石墨,石墨攪拌器5以40 mm/min的速度下降進(jìn)入銅液,到達(dá)石墨i甘禍4底部后，以40 mm/min回升至液面,在銅液內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動,攪拌45min,得液態(tài)無氧銅；
5、拉錠
用輔助加熱器2將排液口 401加熱到1350°C，打開排液控制閥7，將液態(tài)無氧銅澆注在拉錠裝置8內(nèi)，進(jìn)行結(jié)晶和拉錠，得無氧銅錠；對無氧銅錠進(jìn)行導(dǎo)電性測量，測量結(jié)果如表I所示。表I本發(fā)明制備的無氧銅錠的導(dǎo)電性測量結(jié)果表
權(quán)利要求
1. 一種制備高導(dǎo)電率無氧銅的方法，其特征是，具體步驟如下1.1、清洗原料選用純度> 99. 95%的高純電解銅塊為原料，所述電解銅塊的鐵含量< 2ppm，將原料清洗干凈后，烘干；1. 2、裝料將烘干后的銅塊裝入由真空熔煉爐、化料裝置和拉錠裝置構(gòu)成的真空熔煉爐內(nèi)，所述化料裝置由石墨坩堝和環(huán)繞在石墨坩堝周圍的加熱器組成，使銅塊位于化料裝置的石墨坩禍內(nèi)，所述石墨纟甘禍材質(zhì)為灰分〈50ppm的聞純石墨；1. 3、熔化原料石墨坩堝內(nèi)裝好銅塊后，抽真空，啟動真空熔煉爐的加熱器，在1200°C 1350°C下使銅塊熔化成銅液；1.4、攪拌銅塊熔化后，啟動懸置在石墨坩堝內(nèi)的石墨攪拌器，使其在石墨坩堝內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動攪拌O. 5h Ih,所述石墨攪拌器材質(zhì)為灰分< 50ppm的高純石墨,得液態(tài)無氧銅；5、拉錠將液態(tài)無氧銅澆注在拉錠裝置內(nèi)，進(jìn)行結(jié)晶和拉錠，得無氧銅錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高導(dǎo)電率無氧銅的方法，其特征是，攪拌時，石墨攪拌器以20mm/min 60 mm/min的速度下降進(jìn)入銅液,到達(dá)石墨i甘禍底部后，以與下降速度等速回升至液面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高導(dǎo)電率無氧銅的方法，其特征是，熔化原料時，在銅塊熔化前，將銅塊在高真空條件下加熱到900°C 1000°C，保溫2h 5h。
4.一種制備高導(dǎo)電率無氧銅的化料裝置，包括真空熔煉爐爐體，設(shè)在真空熔煉爐爐體中的主加熱器，所述真空熔煉爐爐體的容腔內(nèi)設(shè)有石墨坩堝，所述石墨坩堝底部設(shè)有一個排液口，所述排液口上設(shè)有排液控制閥，其特征是，所述石墨坩堝內(nèi)懸置有可升降的石墨攪拌器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高導(dǎo)電率無氧銅的化料裝置，其特征是，在真空熔煉爐爐體內(nèi)位于石墨坩堝的上方設(shè)有升降機(jī)構(gòu)，所述的石墨攪拌器與升降機(jī)構(gòu)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備高導(dǎo)電率無氧銅的化料裝置，其特征是，所述石墨攪拌器是由篩板、設(shè)在篩板中心位置的升降桿組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備高導(dǎo)電率無氧銅的化料裝置，其特征是，在真空熔煉爐爐體內(nèi)對應(yīng)排液口位置設(shè)有輔助加熱器。
全文摘要
一種制備高導(dǎo)電率無氧銅的方法及化料裝置，將高純電解銅塊清洗干凈后，烘干，裝入石墨坩堝中，抽真空，啟動主加熱器，使銅塊熔化成銅液；啟動懸置在石墨坩堝內(nèi)的石墨攪拌器，使其在石墨坩堝內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動攪拌，得液態(tài)無氧銅，將液態(tài)無氧銅澆注在拉錠裝置內(nèi)，進(jìn)行結(jié)晶和拉錠，得無氧銅錠。所述化料裝置包括真空熔煉爐爐體、主加熱器，設(shè)在爐體容腔內(nèi)的石墨坩堝，所述石墨坩堝底部設(shè)有排液口及排液控制閥，其特殊之處是所述石墨坩堝內(nèi)懸置有可升降的石墨攪拌器。優(yōu)點(diǎn)是利用石墨攪拌器進(jìn)行攪拌，增大了銅液中氧氣與石墨接觸面積，實現(xiàn)了高效率脫氧；對原料使用無嚴(yán)格要求，生產(chǎn)成本低，制得的無氧銅電導(dǎo)率能滿足高端導(dǎo)線的要求。
文檔編號F27D27/00GK102994786SQ20121050017
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者張海濤, 張海霞, 車永軍 申請人:錦州新世紀(jì)石英(集團(tuán))有限公司