一种无氧紫铜杆的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无氧紫铜杆的制备方法，其特征在于：该无氧紫铜杆的质量百分比组成为Cu≥99.97wt％，余量为不可避免的杂质；包括以下制备步骤：1)熔炼：结晶器的底部设有与结晶器内腔流体连通的过滤罩，保温炉的底部设有与结晶器内腔流体连通的底吹装置；所述过滤罩呈管状，包括底壁以及沿底壁周向设置的侧壁，该过滤罩位于铜水液面以下50～100mm，过滤罩的侧壁上自下而上开设有多圈进液孔；2)上引连铸引出紫铜杆。采用在结晶器的底部设有与结晶器内腔流体连通的过滤罩，采用虹吸原理，过滤罩可以均匀分布铜水进入结晶器口的压力，降低铜水进液的瞬时吸力，同时消除石墨鳞片等杂质进入引杆的风险，并消除由于底吹工艺带入的气泡进入引杆的风险，降低了紫铜引杆的氧含量以及气孔和空心问题。气孔和空心问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无氧紫铜杆的制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种无氧紫铜杆的制备方法。

技术介绍

[0002]紫铜，也叫做红铜，由于其具备很好的导电性、冷热加工性能，被大量用于电线、电缆、电刷以及其他导电导热器材，同时由于紫铜在大气、海水以及多种酸碱环境中具有很好的耐蚀性，因此在化工领域被大量应用。
[0003]随着家用电器、交通运输、电力工程、可再生能源以及智能电网等领域技术的高速发展，对于具有输进阻抗高、电压控制功耗低、控制电路简单、耐高压、承受电流大等特性的半导体器件需求越来越明显，也越来越迫切，而IGBT(绝缘栅双极型晶体管)很好的满足半导体器件特性需求。
[0004]IGBT生产中需要使用高导电(100％IACS以上)、耐高温(200℃以上)的紫铜排，用于导电和热量传输，而现有技术生产的紫铜排所用的上引紫铜杆存在表面氧化、夹渣，同时存在气孔和空心等问题，氧含量高于10ppm，难以满足IGBT对紫铜排高导电、耐高温的要求，鉴于此开发生产高质量的上引杆是迫切的。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有高导电、耐高温等综合性能优异的无氧紫铜杆的制备方法。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无氧紫铜杆的制备方法，其特征在于：该无氧紫铜杆的质量百分比组成为Cu≥99.97wt％，余量为不可避免的杂质；包括以下制备步骤：
[0007]1)熔炼：将电解板加入熔炼炉内熔化，电解铜熔化完全后，温度保持在1140℃～1170℃，铜水表面用木炭覆盖，覆盖厚度在60mm～100mm，铜水从熔炼炉内引入保温炉，保温炉内铜水表面采用石墨鳞片覆盖，覆盖厚度在10mm以上，同时加入0.03wt％～0.04wt％的稀土，保温炉的顶部设有插入铜水中的结晶器，所述结晶器的底部设有与结晶器内腔流体连通的过滤罩，保温炉的底部设有与结晶器内腔流体连通的底吹装置；所述过滤罩呈管状，包括底壁以及沿底壁周向设置的侧壁，该过滤罩位于铜水液面以下50～100mm，过滤罩的侧壁自下而上开设有多圈进液孔，过滤罩的内径为R，每圈上相邻进液孔的孔间距L：6～10mm，每个进液孔的直径R1：1～3mm，开孔圈数通过R/6取整数；
[0008]2)上引连铸引出紫铜杆：铸造温度1140℃～1170℃，进液孔铜水流入速度V2：3.0～4.0m/s，引拉速度V1：300mm/min～360mm/min，冷却水进水、出水温差控制在20℃～30℃，引拉10～40min后，开启底吹装置，先吹入氮气30min～60min，然后通入混合有一氧化碳的氮气，底吹压力0.2～0.5MPa，流量2～8L/min。
[0009]每个进液孔的直径R1：1～3mm，直径大于3mm，进液孔的进液吸力较大，容易导致石墨鳞片和氧化浮渣吸入引杆，同时也易使得底吹气泡吸入，导致引杆中空问题，直径小于
1mm，不利于进液孔的进液分流、分压，直接引起补液不及时，上引杆引拉中断；孔间距是指一个孔的中心到另一个孔中心的距离，孔间距6～10mm，低于6mm进液孔过于密集，不利于进液分流和分压，高于10mm，与进液孔的直径1～3mm不匹配，铜水补液量无法跟进。
[0010]底吹压力低于0.2MPa，气泡很难产生，底吹压力高于0.5MPa，压力过大，产生巨大气泡，不利于除氧，氧化浮渣也不利于带出，同时存在安全隐患，流量低于2L/min，气泡量少，高于8L/min产生大量的气泡，不利于一氧化碳和氧的结合以及气泡带走氧化渣。
[0011]作为优选，所述过滤罩的内径R的取值与孔间距L1、进液孔的直径R1、紫铜杆直径a/mm，引拉速度V1/mm/s以及进液孔铜水流入速度V2/mm/s，牵引时间t1/s之间满足：a2V1L1/πV2R
12
＜[R/6]×
R，其中，[R/6]表示R/6取整数。通过建立进液量大于引拉量关系，得出符合安全要求的R值，避免出现上引杆引拉中断，容易导致高处上引杆掉落伤人，同时也容易烧损结晶器。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：采用在结晶器的底部设有与结晶器内腔流体连通的过滤罩，采用虹吸原理，过滤罩可以均匀分布铜水进入结晶器口的压力，降低铜水进液的瞬时吸力，同时消除石墨鳞片等杂质进入引杆的风险，并消除由于底吹工艺带入的气泡进入引杆的风险，降低了紫铜引杆的氧含量以及气孔和空心问题，实现紫铜杆的氧含量在10ppm以下，平均晶粒度在50μm以下，导电率在100％IACS以上，抗拉强度在200MPa以上，延伸率在55％以上，高温软化温度在200℃以上。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例中保温炉的结构示意图，其中1为结晶器，2为过滤罩，3为底吹装置。
具体实施方式
[0014]以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0015]本专利技术提供4个实施例和2个对比例，其中，实施例采用本专利技术制备方法制备，具体制备步骤如下：
[0016]1)熔炼：将电解板加入5t工频熔炼炉内熔化，电解铜熔化完全后，温度保持在1140℃～1170℃，铜水表面用木炭覆盖，覆盖厚度在60mm～100mm，铜水从熔炼炉内引入保温炉，保温炉内铜水表面采用石墨鳞片覆盖，覆盖厚度在10mm以上，同时加入0.03wt％～0.04wt％的稀土，保温炉的顶部设有插入铜水中的结晶器，所述结晶器的底部设有与结晶器内腔流体连通的过滤罩，保温炉的底部设有与结晶器内腔流体连通的底吹装置；所述过滤罩呈管状，包括底壁以及沿底壁周向设置的侧壁，该过滤罩位于铜水液面以下50～100mm，过滤罩的侧壁上自下而上开设有多圈进液孔，过滤罩的内径为R，每圈上各进液孔之间的孔间距L：6～10mm，每个进液孔的直径R1：1～3mm，开孔圈数通过R/6取整数；
[0017]2)上引连铸引出紫铜杆：铸造温度1140℃～1170℃，进液孔铜水流入速度V2：3.0～4.0m/s，引拉速度V1：300mm/min～360mm/min，冷却水进水、出水温差控制在15℃～20℃，引拉10～40min后，开启底吹装置，先吹入氮气30min～60min，然后通入混合有一氧化碳的氮气，底吹压力0.2～0.5MPa，流量2～8L/min。
[0018]其中，过滤罩的内径R的取值与孔间距L、进液孔的直径R1、紫铜杆直径a/mm，引拉
速度V1/mm/s以及进液孔铜水流入速度V2/mm/s，牵引时间t1/s之间满足：a2V1L1/πV2R
12
＜[R/6]×
R，其中，[R/6]表示R/6取整数。
[0019]对比例1与实施例的不同之处在于：没有过滤罩。
[0020]对比例2与实施例的不同之处在于：R不符合：a2V1L1/πV2R
12
＜[R/6]×
R，R为14mm，导致补液不及时容易形成中空。
[0021]对得到的实施例和对比例进行以下检测：
[0022]平均晶粒度检测：GBT 6394本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无氧紫铜杆的制备方法，其特征在于：该无氧紫铜杆的质量百分比组成为Cu≥99.97wt％，余量为不可避免的杂质；包括以下制备步骤：1)熔炼：将电解板加入熔炼炉内熔化，电解铜熔化完全后，温度保持在1140℃～1170℃，铜水表面用木炭覆盖，覆盖厚度在60mm～100mm，铜水从熔炼炉内引入保温炉，保温炉内铜水表面采用石墨鳞片覆盖，覆盖厚度在10mm以上，同时加入0.03wt％～0.04wt％的稀土，保温炉的顶部设有插入铜水中的结晶器，所述结晶器的底部设有与结晶器内腔流体连通的过滤罩，保温炉的底部设有与结晶器内腔流体连通的底吹装置；所述过滤罩呈管状，包括底壁以及沿底壁周向设置的侧壁，该过滤罩位于铜水液面以下50～100mm，过滤罩的侧壁上自下而上开设有多圈进液孔，过滤罩的内径为R，每圈上相邻进液孔的孔间距L：6～10mm，每个进液孔的直径R1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪雄风，陈伟栋，刘玲海，袁嘉磊，欧阳好，华称文，
申请(专利权)人：宁波金田电材有限公司，
类型：发明
国别省市：