[发明专利]一种连续制备高纯单晶铜的方法及设备

说明书

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方法及设备。

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》，公开号101280430，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》，公开号102031394A，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系统的整理分析，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：