無氧銅帶的質(zhì)量控制

李勁軍 佛山市承安銅業(yè)有限公司

一、無氧銅帶概述

具有高導(dǎo)性的純銅就是目前所提到的高導(dǎo)無氧銅帶。這種純銅不含有氧化亞銅，同時也沒有殘留的脫氧劑，國外對高導(dǎo)無氧銅帶的范圍進(jìn)行了確定，其主要為Cu+Ag≥99.95%，O2≤0.001%，退火狀態(tài)下導(dǎo)電率≥100%IACS的無氧銅。美國ASTM對這一項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)確定。對其中的高導(dǎo)無氧銅做了五種牌號，分別是C10100、C10200、C10400、C10500、C10700。C10100Cu≥99.99%，O2≤0.0005%，在退火狀態(tài)下這一牌號的導(dǎo)電率≥101%IACS，因此也成為高純度的高導(dǎo)無氧銅。這一牌號主要用于做電子管組件，也被稱作電子無氧銅。C10200Cu+Ag ≥99.95%，O2≤0.001%，在退火的狀態(tài)下其導(dǎo)電率可以達(dá)到100%IACS以上。而C10400、C10500、C10700則是加入了不同量Ag元素的一種高導(dǎo)無氧銅，其主要成分均為Cu+Ag≥99.95%，O2≤0.001%，退火狀態(tài)下導(dǎo)電率≥100%IACS。在其中添加Ag主要是為了提高材料在這一過程中的軟化點(diǎn)，提升材料的耐熱性能和質(zhì)量。

在電力、電子、電氣、通訊等多個領(lǐng)域和行業(yè)當(dāng)中有廣泛應(yīng)用的是一種被加工成為銅帶的高導(dǎo)無氧銅。這種銅帶在很多行業(yè)當(dāng)中都用于高端組件的生產(chǎn)和加工。例如干式變壓器繞組以及連接器、電纜、計(jì)算機(jī)微型散熱器、高速電機(jī)組件、柔性印制電路板等都是采用這種銅帶進(jìn)行生產(chǎn)的。不同領(lǐng)域?qū)τ阢~帶的要求并不相同，但無論什么樣的需求對高導(dǎo)無氧銅的質(zhì)量要求卻非常高，主要因?yàn)槠渥鳛橹匾M件進(jìn)行加工生產(chǎn)。高導(dǎo)無氧銅當(dāng)中的化學(xué)成分、含氧量、金相組織晶粒度等多種性能都需要非常高的精準(zhǔn)度和質(zhì)量要求。同時對其中存在于材料表面的質(zhì)量、板型、尺寸、公差精度等都有非常高的要求，這些要求在很多組件生產(chǎn)過程中都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。（詳見GB/T14594-2005；ASTMF68-05；ASTM152/B152M-06；JISH3510：2006；JISH3100：2006），只有完全滿足組件生產(chǎn)要求，才能實(shí)現(xiàn)高端組件的高性能使用需求，并且通過對各種組件性能的高度要求，還可以滿足高端產(chǎn)品組件制造的不同工藝要求，實(shí)現(xiàn)各種高端產(chǎn)品的性能優(yōu)化。因此對高導(dǎo)無氧銅帶的生產(chǎn)工藝有較高的要求，同時對設(shè)備的選擇和質(zhì)量控制技術(shù)都有很嚴(yán)格的要求。各個生產(chǎn)工藝對設(shè)備和質(zhì)量控制技術(shù)的要求雖有差異，但是其遵循的基本原則不變，基本相同。

二、無氧銅生產(chǎn)工藝

本文介紹的無氧銅生產(chǎn)工藝能夠生產(chǎn)出純度高、含氧量低、含雜質(zhì)量低，具有較好的機(jī)械性能和較高的導(dǎo)電性的無氧銅。這種工藝需要在無氧銅鑄造爐當(dāng)中進(jìn)行。首先，向無氧銅鑄造爐當(dāng)中沖入足夠的氮?dú)?，然后配備上銅材與稀土。銅和稀土的質(zhì)量配備比例為1：0.0002-0.0003。銅添加的過程加入稀土。爐體內(nèi)沖入氮?dú)獾臅r候，能夠?qū)t內(nèi)的氧氣同時排出，實(shí)現(xiàn)鑄造爐當(dāng)中的無氧環(huán)境，全部為氮?dú)?。稀土具有脫氧、脫硫、脫氫和脫除有害雜質(zhì)的凈化作用。并且稀土和部分的雜質(zhì)能夠形成化合物，進(jìn)而在爐內(nèi)形成具有高熔點(diǎn)的晶核，這樣可以減少雜質(zhì)微粒對晶界間造成的不良影響，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化的效果。進(jìn)而提升無氧銅化學(xué)性能以及導(dǎo)電性能。200ppm-300ppm的劑量在能夠有效地除去銅液中的雜質(zhì)的前提下，也不會因?yàn)檫^量而對銅液形成不良的影響。

三、高導(dǎo)無氧銅帶質(zhì)量控制

本文對高導(dǎo)無氧銅帶的化學(xué)成分、含氧量、組織均勻性以及帶邊剪切質(zhì)量的控制要素進(jìn)行了論述和分析。

（一）化學(xué)成分、氧含量的控制

在進(jìn)行材料、工藝、輔料、設(shè)備等多種無氧銅生產(chǎn)要素合理選擇的時候需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保能夠制作生產(chǎn)出合格的高導(dǎo)無氧銅。

（1）原料選擇與處理。在進(jìn)行A級原材料選擇的時候，需要確保外觀的質(zhì)量表面光滑、沒有裂縫、夾雜以及氣泡等。另外A級陰極板加熱水洗的過程中需要做好殘留硫酸鹽的去除工作，并且在200度的高溫下進(jìn)行干燥處理。

（2）覆蓋及選擇與要求。覆蓋的選擇需要高質(zhì)量的木炭，并且鑄造爐也需要石墨鱗片進(jìn)行全面覆蓋。這樣在防止氧化還原反應(yīng)的同時還可以做好覆蓋，達(dá)到保溫的效果。一般會選擇450度以上溫度的木炭作為材料，這種焦化木炭的成分一般要求在：H2O≤3%，H2≤2%，S≤0.1%，總碳含量約為86%。

（3）熔化和鑄造的過程中會利用惰性氣體或者煤氣對其進(jìn)行保護(hù)，發(fā)生爐煤氣的成分需要保證CO＞25%，CO2＜5%，H2＜0.1%，O2＜0.1%，N2為余量。經(jīng)常除塵，用CaO干燥。

（4）采用脫氧劑熔化鑄造時，要合理計(jì)算脫氧劑加入量，不殘留脫氧劑。

（5）采用主動冶金強(qiáng)化處理技術(shù)。對于熔煉爐內(nèi)的高保溫耐熱火層當(dāng)中需要進(jìn)行錘煉，做好煉磚的工作。利用中性或者反應(yīng)的氣體，對其中的無氧銅液體進(jìn)行錘煉處理，吹入的氣體中CO與銅液中的Cu2O發(fā)生氣化還原反應(yīng)生成CO2和Cu，進(jìn)而使銅液中的氧含量降低到0.001%以下。

（6）鑄錠加熱采用中性或微氧化氣氛保護(hù)。

（7）熱軋帶坯采用高壓水（40~50大氣壓）噴淋冷卻，防止帶坯表面氧化。

（二）高導(dǎo)無氧銅帶組織性能均勻性的控制

（1）鑄造組織性能均勻性的控制。在進(jìn)行鑄造銅水灌注進(jìn)入到結(jié)晶器的時候要保持液流的穩(wěn)定性，確保不會有湍急的沖擊，溫度也應(yīng)當(dāng)保持在相對恒定的狀態(tài)下。結(jié)清器在進(jìn)行冷卻后會保持分布的均勻性，促進(jìn)結(jié)晶器的傳熱速度可以保持穩(wěn)定狀態(tài)。這種情況下的溫度一般會控制在1160±5℃~1170±5℃，鑄造速度也需要進(jìn)行合理的選擇。

（2）熱軋帶坯組織性能均勻化的控制。首先需要進(jìn)行熱軋帶坯組織性能的鑄造選擇，這時，需要將鑄造溫度控制在850~890℃。一般采用2.5-3小時的時間。其次對工藝參數(shù)的合理性選擇，對道次進(jìn)行合理分配，形成均勻的變形，橫縱公差和版型的一致性需控制好。最后設(shè)定加工功率大于90%，是的晶粒能夠充分碎化。

（3）采用全油軋制方式進(jìn)行冷軋和成品的軋制工作，根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格和性能等不同要求進(jìn)行功率的選擇。

采用立式或者臥式的方式對成品展開連續(xù)式的退火以及鐘罩爐卷式退火。由于帶材的性能以及厚度不同，因此對退火溫度和速度的選擇也不同。退火溫差控制在±2℃，保護(hù)氣氛最好選擇高H2氣氛退火。高H2退火傳熱效率高，退火充分無氧化光亮，組織性能均勻性好。

（三）高導(dǎo)無氧銅帶邊部剪切質(zhì)量的控制

高導(dǎo)無氧銅帶需要具有極好的塑性和韌性，并且成品還可以進(jìn)行切割，但是在切割的時候容易產(chǎn)生邊刺、造成卷邊等多種質(zhì)量問題，這樣對于后期多種精密重要組件的焊接具有很嚴(yán)重的影響，因此需要做好高導(dǎo)無氧銅質(zhì)量的控制。

（1）被剪切帶材的質(zhì)量必須符合剪切來料標(biāo)準(zhǔn)化要求。

（2）選擇高精度縱剪設(shè)備和優(yōu)質(zhì)的高精度剪切工具組件。

（3）合理設(shè)定剪切工藝參數(shù)。首先需要對組裝刀片的間隙進(jìn)行設(shè)定和測量，刀片間隙大小需要根據(jù)材料的厚度和性能進(jìn)行確定，最好的確定方式是利用實(shí)驗(yàn)來確定強(qiáng)度和韌性。本文選取的方式是國內(nèi)外眾多學(xué)者研究后得出較好的一種方式，這種方式在國內(nèi)外的精密銅帶加工技術(shù)中都得到了廣泛應(yīng)用。主要方式如下：首先，水平間隙的設(shè)定：帶材厚度≥0.50mm，水平間隙是厚度的8%；帶材厚度＞0.254mm~<0.50mm，間隙設(shè)定值為0.09~0.025mm；帶材厚度為0.125~0.254mm，間隙設(shè)定值為0.013~0.019mm；帶材厚度<0.152mm，間隙設(shè)定值為0。其次，垂直間隙或重疊量的設(shè)定：帶材厚度為0.254~1.25mm，垂直間隙為帶厚的一半；帶材厚度＜0.254，采用0.152mm重疊量或調(diào)至最小重疊量直到剪切通過（用不同規(guī)格十片試調(diào)）。最后，卷取張力設(shè)定：卷取張力一半控制在2Kg/mm2以下。

四、結(jié)論

高導(dǎo)無氧銅帶的化學(xué)成分具有較高的純度，并且其具有特殊的性能，因此在原材料以及輔料的選取上以及在產(chǎn)品的各道生產(chǎn)工藝上都需要進(jìn)行非常嚴(yán)格的質(zhì)量控制，無論是采購或是生產(chǎn)，都要做到對質(zhì)量的嚴(yán)格管理。需要建立嚴(yán)謹(jǐn)且全面有效的質(zhì)量管理組織體系，制定質(zhì)量安全管理制度，選擇具有高度可靠性以及安全穩(wěn)定合理的生產(chǎn)工藝，并且需要配備先進(jìn)的裝備技術(shù)和工藝軟件，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，確保高導(dǎo)無氧銅帶生產(chǎn)的質(zhì)量。保證無氧銅帶質(zhì)量的穩(wěn)定和可靠，實(shí)現(xiàn)電氣、電力、通訊、電子設(shè)備等行業(yè)當(dāng)中的穩(wěn)定應(yīng)用，確保各個行業(yè)當(dāng)中制造高端產(chǎn)品組件的質(zhì)量，滿足當(dāng)前高標(biāo)準(zhǔn)高要求下的市場無氧銅帶需求。