热型连铸单晶铜工艺.docVIP

热型连铸单晶铜工艺的研究 摘要：利用热型连铸技术生产的单晶铜线材不仅有良好的表面和内部质量、非常优异的塑性加工性能【2】。本次实验利用CCSC-03-Ⅱ型单晶连铸机拉制Ф=2.3mm，L=80m的优质单晶铜线材，主要研究了在拉制过程中牵引速度对热型连铸单晶铜线材质量的影响，通过对拉制的单晶铜线材金相分析和力学性能测试，结果表明：通过合理控制牵引速度能够生产出表面光亮、内部组织良好的单晶铜线材。 【关键词】单晶铜线材；热型连铸；牵引速度；延伸率 1、前言 在信号传输领域，提高线材传导性能的一种途径是提高材料的纯度，即减少杂质对材料导电性能得影响；而另一种途径是减少金属内部缺陷，减少晶界以及其对信号传输过程的衰减作用【3】。因而，利用热型连铸技术生产的单晶铜线材消除了作为电阻产生源和信号衰减源的晶界而具有优良的导线性能和信号传输性能，同时其光亮的外观、良好的内部质量、优异的塑性加工性能和工艺性能、高的生产效率使其成为制作高保真音视频信号、高频数字信号传输线缆和微电子行业用超微细丝的顶级材料，可用于手机、音响、电脑等领域，使微电子器件性能更佳、体积更小、寿命更长,具有良好的保真性能,因而具有广阔的应用前景。 2、实验方案及方法 2.1实验原理 2.1.1热型连铸是根据大野笃美教授提出的“结晶游离论”，将传统连铸中的冷铸型改为加热的铸型，同时分离的加热冷却系统，阻止了晶粒在型壁上形核【4】，铸锭的凝固依靠引晶丝端晶粒的不断长大，从而获得单向、连续凝固的柱状铸锭【5】；此外，由于单向凝固过程中晶粒的竞争生长机制，通过合理的控制工艺，则可获得完全的单晶铸锭，从而实现单晶的连续生产。 2.1.2要实现单晶连铸，先就要实现连续铸造，然后通过对各种工艺参数的匹配来控制固液界面在铸型内的位置及固液界面的形状，从而得到表面质量较好的单晶铸锭【6】。影响固液界面位置的主要因素有:型口温度、连铸速度，金属压头、冷却能力等。因此，本实验中通过合理控制加热系统、冷却系统、来控制“型口温度，金属压头，冷却能力”等因素，从而得到热型连铸单晶铜质量与牵引速度的关系。 2.2实验对象： 纯度约为99.95%，直径?2.3mm，长度无限制（80m）的单晶铜线材。实验中选择99.95%纯度，主要考虑到纯度过高会使铸锭凝固过程中外加核心减少，易形成单晶；而纯度过低，则在凝固过程中提供较多核心，易形核，获得单晶难度加大，工艺控制复杂。直径?2.3mm则是根据CCSC-03-Ⅱ型单晶连铸机的拉制范围合理选择。 2.3实验设备： CCSC-03-Ⅱ型单晶连铸机、金相显微镜、电子万能实验机等。 2.4实验流程设计： 2.4.1总体工艺设计：原材料—热型连铸—表面防氧化处理—力学性能测试—组织分析 2.4.2工艺参数的确定： 2.4.2.1原材料：根据热型连铸原理及CCSC-03-II单晶连铸机条件选用?10mm、纯度约为99.95%的普通无氧铜杆为原材料进行熔炼、拉制单晶铜线材。 2.4.2.2 CCSC-03-II单晶连铸机工艺参数：为了研究牵引速度单一因素对单晶铜线材质量的影响，通过连铸设备参数的合理设置，来控制“型口温度、连铸速度，金属压头、冷却能力”等其他因素。因此，选择中频感应加热：加热电压U=500V、功率P=7KW、频率f=4400Hz使得铸型内温度约为1200oC、型口温度约为1130oC；送料速度V1=54.9r/min、牵引速度V2=51.2r/min、线速度为V=44.8 mm/min。 2.4.2.3保护气氛：采用纯度为99.9999%的高纯氮做保护气，防止和减少铜的氧化。 3、实验结果和讨论 3.1单晶铜线材金相组织分析: 在拉制的单晶铜线材上不同部位分别取10mm长线材，磨制金相试样： 3.1.1横截面金相组织分析 图3.1.1.1截面金相组织100x 图3.1.1.2截面金相组织100x 图3.1.1.1和图3.1.1.2可看出，在铜丝的截面上无晶界，为一个晶粒。 3.1.2剖面金相组织分析： 图3.1.2.1剖面金相组织100x 图3.1.2.2剖面金相组织 100x 图3.1.2.3剖面金相组织 100x 图3.1.2.1、图3.1.2.2和图3.1.2.3可看出在铜丝的纵剖面上没有明显的晶界，但弥散分布有大量的杂质，这是铜原料的纯度决定的。 结合拉制的线材的截面金相和纵面金相，可以得出结论：拉制的单晶铜丝只由一个晶粒组成，是单晶铜。但由于铜原料纯度较低，单晶铜中杂质含量高，其综合性能受到影响。 3.2单晶铜线材力学性能分析【7】 表3.2.1普通铜【5】与单晶铜部分力学性能比较 σs/ MPa σb/ MPa δ 普通铜 50. 00 170. 00 17. 00 % 单晶铜 1.829 130.61 32.36％ 表3.2