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根據(jù)含氧量和雜質(zhì)含量,無(wú)氧銅又分為一號(hào)和二號(hào)無(wú)氧銅。一號(hào)無(wú)氧銅純度達(dá)到99.97%,氧含量不大于0.003%,雜質(zhì)總含量不大于0.03%;二號(hào)無(wú)氧銅純度達(dá)到99.95%,氧含量不大于0.005%,雜質(zhì)總含量不大于0.05%。

無(wú)氧銅無(wú)氫脆現(xiàn)象,導(dǎo)電率高,加工性能和焊接性能、耐蝕性能和低溫性能均好。各國(guó)對(duì)于含氧量的標(biāo)準(zhǔn)也不完全相同,存在一定的差異。

OFC(無(wú)氧銅):純度為99.995% 的金屬銅。一般用于音響器材、真空電子器件、電纜等電工電子應(yīng)用之中。其中無(wú)氧銅中又有 LC-OFC(線形結(jié)晶無(wú)氧銅或結(jié)晶無(wú)氧銅):純度在99.995%以上和OCC(單晶無(wú)氧銅):純度最高,在99.996%以上,又分為PC-OCC和UP-OCC 等。

采用UP-OCC技術(shù)(Ultra PUre Copper by Ohno Continuous Casting Process)制造的單結(jié)晶無(wú)氧銅,無(wú)方向性、高純度、防腐蝕、極低的電氣阻抗使得線材適合高速優(yōu)質(zhì)的傳輸信號(hào)。

采用半連續(xù)鑄造方式時(shí),熔體在熔煉爐和保溫爐內(nèi)的精煉過(guò)程可以不受時(shí)間約束。連續(xù)鑄造則不同,銅液的質(zhì)量不僅依賴于熔煉爐和保溫爐的精煉質(zhì)量,更重要的是還需要依賴于整個(gè)系統(tǒng)和全過(guò)程的穩(wěn)定性。

為了不使熔體被污染,無(wú)氧銅熔煉一般不采用任何添加劑的方式熔煉和精煉,熔池表面覆蓋木炭以及所形成的還原性氣氛是普遍采用的熔煉氣氛。

感應(yīng)電爐

熔煉無(wú)氧銅的感應(yīng)電爐應(yīng)該具有良好的密封性。

熔煉無(wú)氧銅應(yīng)該以優(yōu)質(zhì)陰極銅作為原料。熔煉高純無(wú)氧銅,應(yīng)該以高純陰極銅作為原料。陰極銅在進(jìn)入爐膛之前,如果先經(jīng)過(guò)干燥和預(yù)熱,可以除去其表面可能吸附的水分或潮濕空氣。

熔煉無(wú)氧銅時(shí)爐內(nèi)熔池表面上覆蓋的木炭層厚度,應(yīng)該比熔煉普通純銅時(shí)加倍,并需要及時(shí)更新木炭。木炭覆蓋盡管有許多優(yōu)點(diǎn),例如保溫、隔絕空氣和還原作用,然而它同時(shí)存在一定的缺點(diǎn)。例如木炭容易吸附潮濕空氣,甚至直接吸收水分,從而成為可能使銅液大量吸收氫的渠道。

木炭或一氧化碳對(duì)氧化亞銅具有還原作用,但對(duì)于氫則完全無(wú)能為力。因此,木炭在加入爐內(nèi)之前,應(yīng)該進(jìn)行仔細(xì)挑選和煅燒。

在熔煉、轉(zhuǎn)注、保溫以及整個(gè)鑄造過(guò)程中,對(duì)熔體采取全面的保護(hù)是無(wú)氧銅生產(chǎn)的必要條件。許多現(xiàn)代化的無(wú)氧銅熔煉鑄造生產(chǎn)線,不僅熔煉,包括爐料的干燥預(yù)熱、轉(zhuǎn)注流槽、澆注室等都采取了全面的保護(hù)。

現(xiàn)代化的大型無(wú)氧銅生產(chǎn)線,有些是以發(fā)生爐煤氣作為保護(hù)性氣體,而煤氣發(fā)生爐則大都以天然氣為原料。

國(guó)外普遍采用的一種保護(hù)性氣體的制造方法是:首先使硫含量比較低的天然氣和94%~96%甲烷用理論值空氣進(jìn)行燃燒,以氧化鎳為媒介除去氫,制成的氣體主要由氮和碳酸氣組成。然后,通過(guò)熱木炭使碳酸氣變成一氧化碳,得到含一氧化碳為20%~30%,其余為氮的無(wú)氧氣體。

除發(fā)生爐煤氣外,也有采用氮、一氧化碳或氬等氣體作為無(wú)氧銅熔體保護(hù)或精煉用介質(zhì)材料。

真空熔煉

真空熔煉應(yīng)該是熔煉高品質(zhì)無(wú)氧銅的最好選擇。

真空熔煉不僅可以使氧含量大大降低,同時(shí)也可以使氫以及某些其他雜質(zhì)元素的含量亦同時(shí)大大降低。

在真空中頻無(wú)芯感應(yīng)爐內(nèi)熔煉時(shí),多采用石墨坩堝和選用經(jīng)過(guò)兩次精煉的高純陰極銅或重熔銅作為原料。與陰極銅一起裝入爐內(nèi)的,還包括用以脫氧的鱗片狀石墨粉。其實(shí),脫氧主要是通過(guò)石墨坩堝材料中的碳進(jìn)行。碳的消耗量,可以通過(guò)計(jì)算得知,例如1 kg銅消耗100 g碳。經(jīng)驗(yàn)表明,開(kāi)始時(shí)銅液中氧含量越高,熔煉初期脫氧反應(yīng)進(jìn)行得越迅速。

通過(guò)真空熔煉獲得的無(wú)氧銅,其氧含量可以低于0.0005%,氫含量低于0.0001%~0.0003%。實(shí)際上,只有在一定的真空度下熔煉和鑄造的銅,才可能獲得完全不含氧和其他氣體的鑄件,因此生產(chǎn)電子管用銅材所用真空爐的真空度應(yīng)在10以上。

1、關(guān)于氧的吸入和脫去以及它的存在狀態(tài)

生產(chǎn)銅桿的陰極銅的含氧量一般在10~50ppm,在常溫下氧在銅中的固溶度約2ppm。低氧銅桿的含氧量一般在200(175)~400(450)ppm,因此氧的進(jìn)入是在銅的液態(tài)下吸入的,而上引法無(wú)氧銅桿則相反,氧在液態(tài)銅下保持相當(dāng)時(shí)間后,被還原而脫去,通常這種桿的含氧量都在10~50ppm以下,最低可達(dá)1~2ppm,從組織上看,低氧銅中的氧,以氧化銅狀態(tài),存在于晶粒邊界附近,這對(duì)低氧銅桿而言可以說(shuō)是常見(jiàn)的但對(duì)無(wú)氧銅桿則很少見(jiàn)。氧化銅以?shī)A雜形式在晶界出現(xiàn)對(duì)材料的韌性產(chǎn)生負(fù)面影響。而無(wú)氧銅中的氧很低,所以這種銅的組織是均勻的單相組織對(duì)韌性有利。在無(wú)氧銅桿中的多孔性是不常見(jiàn)的,而在低氧銅桿中則是常見(jiàn)的一種缺陷。

2、熱軋組織和鑄造組織的區(qū)別

低氧銅桿由于經(jīng)過(guò)熱軋,所以其組織屬熱加工組織,原來(lái)的鑄造組織已經(jīng)破碎,在8mm的桿時(shí)已有再結(jié)晶的形式出現(xiàn),而無(wú)氧銅桿屬鑄造組織,晶粒粗大,這是為什么,無(wú)氧銅的再結(jié)晶溫度較高,需要較高退火溫度的固有原因。這是因?yàn)?再結(jié)晶發(fā)生在晶粒邊界附近,無(wú)氧銅桿組織晶粒粗大,晶粒尺寸甚至能達(dá)幾個(gè)毫米,因而晶粒邊界少,即使通過(guò)拉制變形,但晶粒邊界相對(duì)低氧銅桿還是較少,所以需要較高的退火功率。對(duì)無(wú)氧銅成功的退火要求是:由桿經(jīng)拉制,但尚未鑄造組織的線時(shí)的第一次退火,其退火功率應(yīng)比同樣情況的低氧銅高10~15%。經(jīng)繼續(xù)拉制,在以后階段的退火功率應(yīng)留有足夠的余量和對(duì)低氧銅和無(wú)氧銅切實(shí)區(qū)別執(zhí)行不同的退火工藝,以保證在制品和成品導(dǎo)線的柔軟性。

3、夾雜,氧含量波動(dòng),表面氧化物和可能存在的熱軋缺陷的差別

無(wú)氧銅桿的可拉性在所有線徑里與低氧銅桿相比都是優(yōu)越的,除上述組織原因外,無(wú)氧銅桿夾雜少,含氧量穩(wěn)定,無(wú)熱軋可能產(chǎn)生的缺陷,桿表氧化物厚度可達(dá)≤15A。在連鑄連軋生產(chǎn)過(guò)程中如果工藝不穩(wěn)定,對(duì)氧監(jiān)控不嚴(yán),含氧量不穩(wěn)定將直接影響桿的性能。如果桿的表面氧化物能在后工序的連續(xù)清洗中得以彌補(bǔ)外,但比較麻煩的是有相當(dāng)多的氧化物存在于"皮下",對(duì)拉線斷線影響更直接,故而在拉制微細(xì)線,超微細(xì)線時(shí),為了減少斷線,有時(shí)要對(duì)銅桿采取不得已的辦法——?jiǎng)兤?甚至二次剝皮的原因所在,目的要除去皮下氧化物。

4、低氧銅桿和無(wú)氧銅桿的韌性有差別

兩者都可以拉到0.015mm,但在低溫超導(dǎo)線中的低溫級(jí)無(wú)氧銅,其細(xì)絲間的間距只有0.001mm.

5、從制桿的原材料到制線的經(jīng)濟(jì)性有差別。

制造無(wú)氧銅桿要求質(zhì)量較高的原材料。一般,拉制直徑>1mm的銅線時(shí),低氧銅桿的優(yōu)點(diǎn)比較明顯,而無(wú)氧銅桿顯得更為優(yōu)越的是拉制直徑<0.5mm的銅線。

6、低氧銅桿的制線工藝與無(wú)氧銅桿的有所不同。

低氧銅桿的制線工藝不能照搬到無(wú)氧銅桿的制線工藝上來(lái),至少兩者的退火工藝是不同的。因?yàn)榫�的柔軟性深受材料成份和制桿,制線和退火工藝的影響,不能簡(jiǎn)單地說(shuō)低氧銅或無(wú)氧銅誰(shuí)軟誰(shuí)硬。

含氧量是無(wú)氧銅最重要的性能之一,由于氧和銅固熔量很小,因而無(wú)氧銅中之氧,實(shí)際是以Cu2O形式而存在。在高溫下,氫以很大的速度在銅中擴(kuò)散,遇到Cu2O并將其還原,產(chǎn)生大量的水蒸氣。水蒸氣的數(shù)量比例于銅的含氧量。例如,0.01%含氧量的銅,退火后,在100g銅中會(huì)形成14cm的水蒸氣,該水蒸氣不能經(jīng)致密銅而擴(kuò)散,因而在存在Cu2O的地方,會(huì)產(chǎn)生幾千兆帕壓力,從而使銅破壞并產(chǎn)生脆裂和失去真空致密。因而,對(duì)氧含量必須進(jìn)行嚴(yán)格限制。