CN203265578U - 一种连续制备高纯单晶铜的设备 - Google Patents
一种连续制备高纯单晶铜的设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203265578U CN203265578U CN 201220674142 CN201220674142U CN203265578U CN 203265578 U CN203265578 U CN 203265578U CN 201220674142 CN201220674142 CN 201220674142 CN 201220674142 U CN201220674142 U CN 201220674142U CN 203265578 U CN203265578 U CN 203265578U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- equipment
- copper
- single crystal
- furnace
- purity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
一种连续制备高纯单晶铜的设备,属于新材料制备技术领域。本实用新型制备高纯单晶铜的设备包括电子束熔炼炉、水平连铸设备、液位控制块、保温结晶器、牵引设备等。剪切后的4N铜阴极板通过原料运输辊道运入电子束熔炼炉,在石墨舟上进行熔炼和提纯;提纯后的铜熔体通过导流管直接流入水平连铸炉的保温炉,炉内通入保护气体氮气,防止氧化;铜熔体经过保温结晶器和冷却设备,形成具有定向凝固组织的单晶铜线坯;线坯经过牵引设备的牵引,实现了连续生产。本实用新型所涉及的设备及方法,可实现连续制备高纯单晶铜线坯,具有成本低廉、无污染、易自动控制等优点,所制备的铜线坯既具有高纯又具有单晶的性能,适用于制备IC封装材料的键合丝等材料。
Description
技术领域
本发明属于新材料制备技术领域,涉及一种连续制备高纯单晶铜的设备。
背景技术
高纯铜(指铜的纯度为5N-6N,即99.999%-99.9999%)所含的杂质非常少,因而具有良好的导电性、导热性、延展性及优良的加工性能。
高纯单晶铜既有高纯铜的特性,又具有单晶铜的特性,可运用于耐疲劳电缆、高导电电缆和电线、柔性电缆、电子工业的各种连结线及电子封装用健合线、高保真音响线材、超微细漆包线、微型线圈、高频线圈等。如高纯单晶铜用作耐疲劳电缆,具有很好的耐多次弯曲拉伸的性能, 能保证工厂机器人的正常工作,同时可以大大提高机器人的使用寿命,因为工业机器人将完成各种动作,需要进行大量的重复运动,而传递指令、控制机器人需要大量的电缆传送信号, 其中一些电缆线要随着机械臂的转动而转动, 这就需要这些电缆线有很高的耐疲劳性能。同时,它也可用作微型探测机器人的传输电缆。
目前,国内多家金键合丝生产及封装企业纷纷开始尝试进行铜键合丝的生产,主要采用制备单晶铜的制备工艺,如焦作森格、常熟华一微电子、江阴长电、天水华天等。目前生产的铜键合丝无论质量还是数量都不能满足国内市场需求,特别是低弧度超细键合丝,主要依赖于进口,其成品主要从美国、日本等发达国家进口。
国内生产高纯铜的企业如金川公司,能够生产纯度6N高纯铜,因为采用电子束真空熔炼后再进行模铸,只能生产较短的铸锭,不能连续生产。而焦作森格等公司采用水平连铸技术生产单晶铜线,能够连续生产,但不能生产5N以上高纯铜线材。为此,国内外的研究者开始研究能连续地制备既有高纯特性、又有单晶性能的高纯单晶铜线材的制备方法及设备。
中国专利《一种制备超纯铜的方法》,专利号ZL 200810097398.X,是中国金川公司采用硝酸体系电解、电子束熔炼相结合制备6N高纯铜的方法。其特点是以6N电解铜板为原料,经过电子束熔炼获得6N高纯铜锭,满足铜溅射靶材的要求。采用辉光放电质谱法――GDMS分析18种杂质元素,采用减量百分含量计算高纯铜的纯度。该技术的缺点是不能实现连续式生产。
中国专利《一种制备高纯铜的装置及方法》,申请号CN201010608453.4,是大连理工大学采用电子束熔炼直接定向凝固制备高纯铜的装置及方法。其特点是采用电子束熔炼与定向凝固一体化、电磁净化技术,经过多次提纯后,制备的高纯铜锭可以达到6N。该技术的缺点是不能实现连续式生产,只适合采用模铸法制备高纯铜锭。
日本专利“高纯度铜的制造方法,特开平4-365888”和日本专利“高纯度铜的制造方法,特开平6-173063”,采用电解制备6N电解铜的方法。其阳极为电解铜,阴极套隔膜袋,采用离子交换的方法除去电解液中杂质元素,得到6N(99.9999%)高纯电解铜板。
2001年,甘肃工业大学丁宗富撰写的硕士论文《单晶连铸法制备铜单晶体的试验研究》中,自行研制成一台水平单晶连铸设备,成功地制造出直径Φ6mm、长9-30m的外表呈镜面的单晶线材;通过工艺试验掌握并逐步解决了该技术在设备设计和工艺操作上的关键技术。
2008年,兰州理工大学曹文辉撰写的硕士论文《单晶铜制备键合丝的性能研究》,对采用单晶铜制备键合丝的性能进行研究,通过对传统工艺制备的单晶铜在拉制超微细键合丝产生断线进行***的整理分析,改进单晶铜杆的制备工艺并对其质量进行试验。研究了制备线径为Φ8mm高品质的单晶铜杆在不同冷拉拔状态下显微组织、取向变化和性能变化规律。采用试验制备的高品质单晶铜制备了线径为Φ0.050mm的键合丝。
在目前已有的制备技术中,存在的主要问题是:能够采用不连续式的方法制备高纯铜,但是不能制备单晶铜;而采用连续方法制备单晶铜时,则不能制备高纯铜。因此,需要开发一种既能制备高纯又能制备单晶铜的连续式的方法及设备。
发明内容
本发明针对上述已有技术中存在的不足,提供一种以市场销售的4N铜阴极板为原料,经过密封进料、运输、电子束熔炼、电子束精炼、水平定向凝固、牵引的加工工艺,能够连续制备具有高纯和单晶性能的铜坯料的方法和设备。
本发明所采用的技术方案是:
将市场上销售的4N铜阴极板,由于杂质和含氧量较高,性能较差,需要提纯和制备成单晶的组织。4N铜阴极板切成条状,经过辊道运输到电子束工作的区位,经过电子束熔炼和电子束提纯两个工序,铜熔体通过高纯石墨舟和导流管,流入到保温炉内,保温炉内设有温度、液面自动检测设备,能够自动控制熔体的温度和液面的高度。经过保温结晶器和冷却设备,使坯料以定向方式凝固,形成具有定向凝固组织的坯料。牵引设备把凝固的坯料牵出,可实现连续和稳定生产。该技术将制备高纯金属和获得单晶组织组合在一起,开发一种既能制备高纯又能制备单晶铜的连续式的设备及方法。
本发明制备高纯单晶铜的设备包括电子束熔炼炉、水平连铸炉的保温炉、液位控制块、保温结晶器、冷却设备、牵引设备和原料运输辊道构成。原料运输辊道与电子束熔炼炉连接在一起,电子束熔炼炉内装有石墨舟,其通过导流管与水平连铸炉的保温炉连接在一起,保温炉内设有液位控制块,保温结晶器、冷却设备和牵引设备的中心高度保持一致。具有连续送料、连续加热、连续生产的特点,自动化程度较高。
本发明涉及的制造高纯单晶铜的方法包括以下步骤:
步骤一:剪切后的4N铜阴极板通过原料运输辊道运入电子束熔炼炉,抽真空至10-2-10-3 Pa时,启动电子枪轰击铜块,在石墨舟上进行熔炼和提纯;
步骤二:提纯后的铜熔体通过导流管直接流入水平连铸炉的保温炉,炉内通入保护气体氮气,防止氧化;
步骤三:铜熔体经过保温结晶器和冷却设备,形成具有定向凝固组织的单晶铜线坯;
步骤四:线坯经过牵引设备的牵引,实现了连续生产;
步骤五:将上述步骤组合在一起可实现连续化生产,能得到无限长的铜线坯,既具有高纯又具有单晶的性能。
本发明的优点是将电子束熔炼和提纯、定向凝固提纯及水平连铸组合在一起,制备的铜线坯具有高纯度、单晶组织和氧含量低的特点,能有效避免对环境的污染,可实现低成本、无限长和高效率制造。
附图说明
图1是制备高纯单晶铜的设备示意图。
图1中:1铜线坯;2 牵引设备;3冷却设备;4保温结晶器外套;5 结晶器加热套;6 保温结晶器;7 水平炉的加热套;8 水平炉的保温炉;9 液位控制块;10 电子束炉;11 原料入口;12 原料运输轨道;13 原料;14 石墨舟;15 电子束熔化后的熔液;16 导流管;17保温炉的熔液
具体实施方式
以下结合技术方案及附图详细说明本发明的具体实施例。
连续制备高纯单晶铜的设备,该设备包括电子束熔炼炉10、水平连铸炉的保温炉8、液位控制块、保温结晶器6、冷却设备3、牵引设备2和原料运输辊道12, 原料运输辊道12与电子束熔炼炉10连接在一起,电子束熔炼炉10内装有石墨舟14,其通过导流管16与水平连铸炉的保温炉8连接在一起,保温炉内设有液位控制块,保温结晶器6、冷却设备3和牵引设备2的中心高度保持一致。
实施例1
4N铜阴极板13经过剪切后,用超声波加丙酮溶液清洗,再用去离子水冲干净后烘干;铜块通过原料入口11,由原料运输轨道12运输到电子束炉10,原料在石墨舟14上进行熔炼和提纯,形成铜熔体15,温度为1200℃;铜熔体在2度倾斜分力的作用下,流入导流管16,进入水平连铸炉的保温炉8,形成保温炉的熔体17,保温炉的恒定温度由加热套7以辐射热的方式提供;在液位控制块9的调节作用下,保证液面高度与结晶器高度在300mm以上;熔体在静压力作用下,进入保温结晶器6;保温结晶器外套4通电,加热套5由石墨制成,通过辐射使熔体温度恒定在1100℃左右;冷却设备3起动,使坯料定向凝固,形成定向凝固组织;牵引设备2起动,将凝固的坯料1牵出,实现连续生产高线单晶铜线坯。经分析含量较高的前22种杂质元素,减量百分含量的纯度为5N至6N。
实施例2
4N铜阴极板13经过剪切后,用超声波加丙酮溶液清洗,再用去离子水冲干净后烘干;铜块通过原料入口11,由原料运输轨道12运输到电子束炉10,原料在石墨舟14上进行熔炼和提纯,形成铜熔体15,温度为1250℃;铜熔体在3度倾斜分力的作用下,流入导流管16,进入水平连铸炉的保温炉8,形成保温炉的熔体17,保温炉的恒定温度由加热套7以辐射热的方式提供;在液位控制块9的调节作用下,保证液面高度与结晶器高度在300mm以上;熔体在静压力作用下,进入保温结晶器6;保温结晶器外套4通电,加热套5由石墨制成,通过辐射使熔体温度恒定在1150℃左右;冷却设备3起动,使坯料定向凝固,形成定向凝固组织;牵引设备2起动,将凝固的坯料1牵出,实现连续生产高线单晶铜线坯。经分析含量较高的前22种杂质元素,减量百分含量的纯度为5N至6N。
Claims (2)
1.一种连续制备高纯单晶铜的设备,该设备包括电子束熔炼炉、水平连铸炉的保温炉、液位控制块、保温结晶器、冷却设备、牵引设备和原料运输辊道, 原料运输辊道与电子束熔炼炉连接在一起,电子束熔炼炉内装有石墨舟,其通过导流管与水平连铸炉的保温炉连接在一起,保温炉内设有液位控制块,保温结晶器、冷却设备和牵引设备的中心高度保持一致。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征还在于,原料运输辊道与电子束熔炼炉连接在一起,不进料时关闭原料入口。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201220674142 CN203265578U (zh) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | 一种连续制备高纯单晶铜的设备 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201220674142 CN203265578U (zh) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | 一种连续制备高纯单晶铜的设备 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN203265578U true CN203265578U (zh) | 2013-11-06 |
Family
ID=49496072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201220674142 Expired - Fee Related CN203265578U (zh) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | 一种连续制备高纯单晶铜的设备 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN203265578U (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104190891A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-12-10 | 西安工业大学 | 制备小直径金属单晶线材的装置 |
CN106460225A (zh) * | 2014-04-03 | 2017-02-22 | 釜山大学校产学协力团 | 单结晶金属极细线的制造方法 |
CN107622899A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-01-23 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种铜铬复合触头批量化生产制备设备及方法 |
CN113930625A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-01-14 | 东莞市单晶电子科技有限公司 | 多层离心式高纯度单晶铜还原炉及冶炼方法 |
-
2012
- 2012-12-10 CN CN 201220674142 patent/CN203265578U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106460225A (zh) * | 2014-04-03 | 2017-02-22 | 釜山大学校产学协力团 | 单结晶金属极细线的制造方法 |
CN106460225B (zh) * | 2014-04-03 | 2019-06-04 | 釜山大学校产学协力团 | 单结晶金属极细线的制造方法 |
CN104190891A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-12-10 | 西安工业大学 | 制备小直径金属单晶线材的装置 |
CN104190891B (zh) * | 2014-09-10 | 2016-04-06 | 西安工业大学 | 制备小直径金属单晶线材的装置 |
CN107622899A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-01-23 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种铜铬复合触头批量化生产制备设备及方法 |
CN113930625A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-01-14 | 东莞市单晶电子科技有限公司 | 多层离心式高纯度单晶铜还原炉及冶炼方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102974793A (zh) | 一种连续制备高纯单晶铜的方法及设备 | |
CN103820685B (zh) | 导电率60%iacs中强度铝合金线及其制备方法 | |
CN103088230B (zh) | 一种汽车散热器用高铜合金带材 | |
JP5976434B2 (ja) | 無酸素銅ロッドの製造方法 | |
CN101709400B (zh) | 硼、银、稀土元素添加Cu-Fe原位复合材料及其制备方法 | |
CN203265578U (zh) | 一种连续制备高纯单晶铜的设备 | |
CN108526422A (zh) | 一种高强高导耐热铜合金的生产方法 | |
CN103820686B (zh) | 导电率为55%iacs的高强度铝合金线及其制备方法 | |
CN104975211A (zh) | 一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝 | |
CN103199073B (zh) | 银钯合金单晶键合丝及其制造方法 | |
CN102489510A (zh) | 一种无氧铜杆的铸造方法 | |
CN103276236A (zh) | 一种银铜板带材料及其生产工艺 | |
CN108277378A (zh) | 一种高强高导Cu-Cr-Ag合金短流程制备方法 | |
CN203209646U (zh) | 双金属复合材料水平连铸加工装置 | |
CN104651689A (zh) | 一种中高温环境下使用的高热导率镁合金及其制备方法 | |
CN1941222A (zh) | 一种制造高强度耐热铝合金线的方法 | |
CN104388861A (zh) | 一种多晶串联led用微细银金合金键合线的制造方法 | |
CN105112746A (zh) | 一种高强Al-Zn-Mg-Cu-Ce-Y-Er-La-Sc变形铝合金及其制备方法 | |
CN103469001A (zh) | 一种铜基超细丝材及其制备方法 | |
CN1250352C (zh) | 有色金属及其合金材料超细丝的制备方法 | |
CN102392205A (zh) | 一种精密铜件制作工艺 | |
CN103599935A (zh) | 一种液态铝基板带与单一金属或合金板带冶金结合的复合铸轧设备 | |
CN112575217A (zh) | 一种新能源用碲铜合金及其加工方法 | |
CN103820662A (zh) | 一种增强锆元素对不含铝的镁合金铸造组织细化功效的方法 | |
CN103131968A (zh) | 用于孕育处理铸造铝合金的非晶态镍基合金孕育剂及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131106 Termination date: 20141210 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |