專利名稱：一種薄壁無氧銅毛細管生產方法
技術領域：
本發明涉及一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，屬于金屬材料技術領域。
背景技術：
無氧銅毛細管主要應用于電子電器元件、電真空器件等領域，具有含氧量低(管材要求含氧量小于O. 003%)，導電、導熱性能好，電阻小和使用壽命長等優點。傳統無氧銅毛細管生產方法采用半連續澆鑄一擠壓一拉伸的生產方式。由于銅材價格高，商家為降低成本，不斷減小管材外徑，減薄管材壁厚，但是傳統方式在澆鑄和擠壓過程中銅易吸收氧元素造成含氧量高，成材率低，質量難以達到要求，同時使生產的電子電氣元件導電率低，導熱性差，電阻大，從而影響使用壽命。同時，若含氧量高，極易與氫元素發生反應，引起爆炸和“氫脆現象”(氫元素與氧元素發生反應形成水化合物，使銅晶相晶格 變大，強度變低的現象)。在電子產品高端發展的時代，對原材料要求越來越嚴格，該生產方法不能適應發展需要。

發明內容
本發明克服了傳統方式存在的不足，提供了一種新的薄壁無氧銅毛細管生產方法，該方法降低了無氧銅毛細管的氧元素含量，提高了成材率，降低了生產成本，提高了電子電氣兀件的使用壽命。本發明的技術方案是一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，其特征是，選取高純度(銅含量大于99. 95%)電解銅板，去掉含氧量高的外層及進行真空加熱無氧處理后，進行熔煉；熔煉時銅液上覆蓋木炭和石墨鱗片，以達到降低氧元素的目的；再進行鑄造和軋制，鑄造和軋制時分別采用石墨鱗片和氮氣進行保護；然后進行拉伸至銅管抗拉強度大于350MPa，拉伸后進行真空保護熱處理，通過調整退火溫度及保溫時間，使管材的晶相達到臨界點(晶粒度60-75微米)，具有最大極限的延展性，便于下一次拉伸，拉伸到管材內部晶相適當時(晶相觀察晶粒變長中間變細)，重復上述的熱處理和拉伸步驟，直至得到外徑I. 5-3. Omm,壁厚O. 08-0. 15mm的薄壁無氧銅毛細管。具體包括以下步驟(I)選料選取高純電解銅板，去掉氧氣含量高的外層(去掉的和留下的質量比為I :4 6)，再把該銅板進行真空加熱無氧處理(加熱溫度為300 400°C，加熱時間為50-90分鐘，真空度-O. IMPa),降低銅板的氧含量(銅板氧含量處理前為O. 18 O. 03%，處理后為(O. 0015%)，處理完的銅板密閉放置，且放置時間不得超過8小時；(2)熔煉將處理好的銅板送入工頻感應爐內熔化，控制爐溫在1145 1180°C;銅液上覆蓋處理好的木炭和石墨鱗片(處理方法在密閉容器內灼燒I 3小時去潮氣)，要有足夠厚度(厚度至少為150mm;木炭和石墨鱗片的質量比為4 6 :1)進行保護隔氧。(3)鑄造將熔化后的銅液送入上引連鑄機進行鑄造，鑄造時向銅管和上引連鑄機的結晶器縫隙內添加處理好的石墨鱗片(處理方法在密閉容器內灼燒I 3小時去潮氣)進行保護，向引出的銅管(厚度為6 IOmm)內充氮氣保護。(4)軋制將鑄造后的銅管進行軋制，軋制溫度為800 900°C，軋制后厚度2. 5
3.5mm ;軋制時不斷沖入氮氣保護，以免吸收氧元素。(5)拉伸軋制后的銅管送入拉伸機進行拉伸，拉伸時使用含2 2. 5wt%抗氧劑的銅管拉拔油進行拉伸，拉伸至銅管抗拉強度大于350MPa ；(6)退火熱處理、拉伸拉伸后進行真空保護熱處理，先階梯式升溫至200 400°C時，在此溫度下保溫30 60分鐘后，再進行階梯降溫至室溫；對處理完的銅管，再進行拉伸(使用上述含抗氧劑的拉拔油);階梯升溫前1/3時間，升溫1/4沖間1/3時間，升溫1/4 ;后1/3時間，升溫1/2，耗時I 3小時。
階梯降溫先自然降溫至200±20°C，再用風冷和/或水冷降溫至100± 10°C，再自然冷卻至室溫，耗時5 10小時。(7)重復進行步驟(6)的退火熱處理和拉伸，直至拉伸至所需要的尺寸。產品的尺寸1.5 - 3. 0X0. 08-0. 15 (外徑 I. 5-3. Omm ;壁厚 O. 08-0. 15mm)本發明生產的薄壁無氧銅毛細管，降低了銅中氧元素的含量，從而提高了銅產品的導電率，提高銅的致密性，韌性，使電子元件在真空氣氛中壽命延長，增加真空氣氛的穩定性(因真空氣氛中氧元素越少越好)。本發明的有益效果是本發明降低了薄壁無氧銅毛細管的氧元素含量(含氧量
<O. 002%)，提高成材率(成材率3 95%)，降低生產成本(銅毛細管壁厚為O. 08-0. 15mm，壁厚的減薄大幅度減低了生產成本)，提高電子電氣元件的使用壽命(因為銅中有氧元素，電子元件高溫時與氫元素產生反應，形成“氫脆”使銅的強度降低，輕則1-2年損壞，重則2-5月損壞，本發明大大降級了銅毛細管的氧含量，使銅毛細管的使用壽命延長至十年以上)。
具體實施例方式實施例I(I)選料選取高純(銅含量大于99. 95%)電解銅板,去掉氧氣含量高的外層(去掉的和留下的質量比為I :5)，再把該銅板進行真空加熱無氧處理(加熱溫度為300 400°C，加熱時間為80分鐘，真空度-O. IMPa),降低銅板的氧含量(銅板氧含量處理前為O. 2%，處理后為O. 0015%)，處理完的銅板密閉放置，且放置時間不得超過8小時；(2)熔煉將處理好的銅板送入工頻感應爐內熔化，控制爐溫在1145 1180°C ；銅液上覆蓋處理好(處理方法在密閉容器內灼燒2小時去潮氣)的木炭和石墨鱗片(厚度200mm ;木炭和石墨鱗片的質量比為5 :1)進行保護隔氧。(3)鑄造將熔化后的銅液送入上引連鑄機進行鑄造，鑄造時向銅管和上引連鑄機的結晶器縫隙內添加處理好的石墨鱗片(處理方法在密閉容器內灼燒2小時去潮氣)進行保護，向引出的銅管(厚度為8mm)內充氮氣保護。(4)軋制將鑄造后的銅管進行軋制,軋制溫度為800 900°C,軋制后厚度為3mm ;軋制時，不斷沖入氮氣保護，以免吸收氧元素。(5)拉伸軋制后的銅管送入拉伸機進行拉伸，拉伸時使用含2wt%抗氧劑1024的銅管拉拔油(威海云清化工開發院生產的云清銅管拉拔油)進行拉伸，拉伸至銅管抗拉強度大于 350MPa。(6)退火熱處理、拉伸拉伸后進行真空保護熱處理，先階梯式升溫至300°C時，在此溫度下保溫45分鐘后，再進行階梯降溫至室溫；對處理完的銅管，再進行拉伸(使用上述含抗氧劑的拉拔油)；階梯升溫前40分鐘，升溫至90°C(熱處理前為20°C );中間40分鐘，升溫至160°C ；后40分鐘，升溫至300°C，耗時2小時。階梯降溫先自然降溫至200°C，再用風冷或水冷降溫至100°C，再自然冷卻至室溫，耗時7小時。(7)重復進行步驟(6)的退火熱處理和拉伸(拉伸到管材內部晶粒變長中間變細時停止拉伸)2次，拉伸至所需要的尺寸。 產品的尺寸2. 0X0. 12，無氧銅毛細管的氧元素含量(含氧量< O. 001%)，成材率^ 95%。實施例2(I)選料選取高純電解銅板，去掉氧氣含量高的外層(去掉的和留下的質量比為I :4)，再把該銅板進行真空加熱無氧處理(加熱溫度為300 400°C，加熱時間為60分鐘，真空度-O. IMPa),降低銅板的氧含量(銅板氧含量處理前為O. 18%，處理后為O. 0012%)，處理完的銅板密閉放置，且放置時間不得超過8小時；(2)熔煉將處理好的銅板送入工頻感應爐內熔化，控制爐溫在1145 1180°C;銅液上覆蓋處理好的木炭和石墨鱗片(處理方法在密閉容器內灼燒3小時去潮氣)，要有足夠厚度(厚度為150mm ;木炭和石墨鱗片的質量比為4 :1)進行保護隔氧。(3)鑄造將熔化后的銅液送入上引連鑄機進行鑄造，鑄造時向銅管和上引連鑄機的結晶器縫隙內添加處理好的石墨鱗片(處理方法在密閉容器內灼燒3小時去潮氣)進行保護，向引出的銅管(厚度為IOmm)內充氮氣保護。(4)軋制將鑄造后的銅管進行軋制,軋制溫度為800 900°C,軋制后厚度3. 5mm ；軋制時不斷沖入氮氣保護，以免吸收氧元素。(5)拉伸軋制后的銅管送入拉伸機進行拉伸，拉伸時使用含2. 3wt%抗氧劑1024的銅管拉拔油(威海云清化工開發院生產的云清銅管拉拔油)進行拉伸，拉伸至銅管抗拉強度大于350MPa ；(6)退火熱處理、拉伸拉伸后進行真空保護熱處理，先階梯式升溫至200 320°C時，在此溫度下保溫40分鐘后，再進行階梯降溫至室溫；對處理完的銅管，再進行拉伸(使用上述含抗氧劑的拉拔油);階梯升溫前45分鐘，升溫至95°C(熱處理前為20°C );中間45分鐘，升溫至170°C;后45分鐘，升溫至320°C，耗時2小時15分鐘。階梯降溫先自然降溫至220°C，再用風冷或水冷降溫至110°C，再自然冷卻至室溫，耗時8小時。(7)重復進行步驟(6)的退火熱處理和拉伸步驟2次，拉伸至所需要的尺寸。產品的尺寸3. 0X0. 15，無氧銅毛細管的氧元素含量(含氧量< O. 001%)，成材率^ 95%。實施例3
(I)選料選取高純電解銅板，去掉氧氣含量高的外層(去掉的和留下的質量比為I :6)，再把該銅板進行真空加熱無氧處理(加熱溫度為300 400°C，加熱時間為90分鐘，真空度-O. IMPa),降低銅板的氧含量(銅板氧含量處理前為O. 025%,處理后為O. 0015%),處理完的銅板密閉放置，且放置時間不得超過8小時；(2)熔煉將處理好的銅板送入工頻感應爐內熔化，控制爐溫在1145 1180°C;銅液上覆蓋處理好的木炭和石墨鱗片(處理方法在密閉容器內灼燒2小時去潮氣)，要有足夠厚度(厚度為180mm ;木炭和石墨鱗片的質量比為6 :1)進行保護隔氧。(3)鑄造將熔化后的銅液送入上引連鑄機進行鑄造，鑄造時向銅管和上引連鑄機的結晶器縫隙內添加處理好的石墨鱗片(處理方法在密閉容器內灼燒2小時去潮氣)進行保護，向引出的銅管(厚度為6mm)內充氮氣保護。(4)軋制將鑄造后的銅管進行軋制,軋制溫度為800 900°C,軋制后厚度2. 5mm ；軋制時不斷沖入氮氣保護，以免吸收氧元素。
(5)拉伸軋制后的銅管送入拉伸機進行拉伸，拉伸時使用含2. 5wt%抗氧劑1024的銅管拉拔油(威海云清化工開發院生產的云清銅管拉拔油)進行拉伸，拉伸至銅管抗拉強度大于350MPa ；(6)退火熱處理、拉伸拉伸后進行真空保護熱處理，先階梯式升溫至260°C時，在此溫度下保溫50分鐘后，再進行階梯降溫至室溫；對處理完的銅管，再進行拉伸(使用上述含抗氧劑的拉拔油)；階梯升溫前30分鐘，升溫至80°C(熱處理前為20°C );中間30分鐘，升溫至140°C ；后30分鐘，升溫至260°C，耗時I. 5小時。階梯降溫先自然降溫至180°C，再用風冷或水冷降溫至90°C，再自然冷卻至室溫，耗時5小時。(7)重復進行步驟(6)的退火熱處理和拉伸步驟2次，拉伸至所需要的尺寸。產品的尺寸1. 5X0. 08，無氧銅毛細管的氧元素含量(含氧量< O. 001%)，成材率^ 95%。
權利要求
1.一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，其特征是，選取高純度電解銅板，去掉含氧量高的外層及進行真空加熱無氧處理后進行熔煉，熔煉時銅液上覆蓋木炭和石墨鱗片；再進行鑄造和軋制，鑄造和軋制時分別采用石墨鱗片和氮氣進行保護；然后進行拉伸至銅管抗拉強度大于350MPa，拉伸后進行真空保護熱處理，調整退火溫度及保溫時間，使銅管的晶相達到臨界點；然后進行拉伸，拉伸到銅管內部晶相觀察晶粒變長中間變細時，重復上述的熱處理和拉伸步驟，直至得到外徑I. 5-3. Omm,壁厚O. 08-0. 15mm的薄壁無氧銅毛細管。
2.如權利要求I所述的一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，其特征是， (1)選料選取銅含量大于99.95%的高純電解銅板，去掉氧氣含量高的外層，再把該銅板進行真空加熱無氧處理； (2)熔煉將處理好的銅板送入工頻感應爐內熔化，控制爐溫在1145 1180°C;銅液上覆蓋去除潮氣的木炭和石墨鱗片，覆蓋厚度至少為150_ ； (3)鑄造將熔化后的銅液送入上引連鑄機進行鑄造，鑄造時向銅管和上引連鑄機的結晶器縫隙內添加去除潮氣的石墨鱗片進行保護，向引出的6 IOmm厚銅管內充氮氣保護； (4)軋制將鑄造后的銅管進行軋制，軋制溫度為800 900°C，軋制后厚度2.5 3. 5mm ;軋制時沖入氮氣保護； (5)拉伸軋制后的銅管送入拉伸機進行拉伸，拉伸至銅管抗拉強度大于350MPa； (6)退火熱處理、拉伸拉伸后進行真空保護熱處理，先階梯式升溫至200 40(TC時，在此溫度下保溫30 60分鐘后，再進行階梯降溫至室溫；對處理完的銅管，再進行拉伸； (7)重復進行步驟(6)的退火熱處理和拉伸，直至得到外徑I.5-3. 0mm，壁厚O. 08-0. 15mm的薄壁無氧銅毛細管； 所述步驟(5) - (7)拉伸時使用含2 2. 5wt%抗氧劑的銅管拉拔油進行拉伸。
3.如權利要求2所述的一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，其特征是，所述步驟(6)中， 階梯升溫前1/3時間，升溫1/4沖間1/3時間，升溫1/4 ;后1/3時間，升溫1/2，耗時I 3小時。
階梯降溫先自然降溫至200±20°C，再用風冷和/或水冷降溫至100± 10°C，再自然冷卻至室溫，耗時5 10小時。
4.如權利要求2或3所述的一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，其特征是，所述步驟(I)真空加熱無氧處理加熱溫度為300 400°C，加熱時間為50-90分鐘，真空度-O. IMPa0
5.如權利要求2或3所述的一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，其特征是，所述步驟(I)去掉的和留下的質量比為I :4 6。
6.如權利要求2或3所述的一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，其特征是，所述步驟(2)木炭和石墨鱗片的比例為4 6 :1。
7.如權利要求2或3所述的一種薄壁無氧銅毛細管生產方法，其特征是，所述木炭和石墨鱗片的去除潮氣處理方式均為于密閉容器內灼燒I 3小時。
全文摘要
本發明公開了一種薄壁無氧銅毛細管生產方法。該方法選取高純度電解銅板，去掉含氧量高的外層及進行真空加熱無氧處理后進行熔煉，熔煉時銅液上覆蓋木炭和石墨鱗片；再進行鑄造和軋制，鑄造和軋制時分別采用石墨鱗片和氮氣進行保護；然后進行拉伸至銅管抗拉強度大于350MPa，拉伸后進行真空保護熱處理，調整退火溫度及保溫時間，使銅管的晶相達到臨界點；然后進行拉伸，拉伸到銅管內部晶相觀察晶粒變長中間變細時，重復上述的熱處理和拉伸步驟，直至得到所需尺寸的薄壁無氧銅毛細管。該方法降低了薄壁無氧銅毛細管的氧元素含量，提高了成材率，降低了生產成本，提高了電子電氣元件的使用壽命。
文檔編號B22D11/00GK102888518SQ20121040811
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者孫強為, 李復彬, 許林之 申請人:聊城萬合工業制造有限公司, 聊城萬邦新金屬材料有限公司