脈沖電流電解精煉銅的研究概述

王曉莉

銅是一種具有良好導電、導熱性的金屬，而且它的可鍛性和延展性也較好。銅通常用來生產導線和銅管，也可以被壓制、抽拉、鑄造成各種產品。隨著近代半導體工業的迅速發展，超高純銅的應用被廣泛重視。如果銅的純度可以達到5N （99.999%）或更高的6N（99.9999%），那么它的各種物理性能將得到很大的提高。例如：把5N或6N的銅應用于音響器材的集成電路，制作音響電纜，將大大提高聲音的保真度;制作半導體的黃金粘接線也可以用這種純度的銅替代，可以節約成本;超高純銅的軟化溫度低、展性良好，可以很容易地拉制成Φ20μm～30μm的細絲。通過超高純銅的利用可以提高電子品的質量，同時又能降低制造成本。

通常所說的超高純銅是指純度為5N～7N的銅，有關銅的高度提純技術開發是比較早的。當今，電解精煉是獲取高純銅的主要方法，在提純銅的方法中電解精煉法應用最廣、實踐最多、技術最成熟。在今后規模生產超高純銅的方法中，電解精煉法是最有前景的。

長期以來，電解銅主要是通過直流電解生產，但直流電解由于受擴散極限電流密度280A/ m2限制，無法在高電流密度下得到合格的電解銅。國外曾研究過用超聲波法，周期反向電流法脈沖電流法來提高銅沉積的電流密度，其中脈沖電流法是較好的一種方法。在小型電解槽中對影響脈沖電精煉銅的諸因素如溫度、電解液的酸度、電極間距、添加劑和雜質等作了較全面的研究，從而得出脈沖電解制備純銅的適宜工藝條件，為改進傳統直流電解精煉銅工藝打下基礎。

脈沖電解是一種借助脈沖電源與電解槽建立起來的電解技術。它是電化學和電力電學相結合的產物。電解精煉銅工作者從20世紀60年代中期將脈沖電源引入電解領域，試圖提高電解速度。然而收效不大，但是卻發現脈沖電流對改善電解銅的性能有著奇異的功效。從此，脈沖電源引起人們的極大興趣，脈沖電解技術也日益發展起來。

與直流電解相比，脈沖電解除電流密度可以調節外，還有電流的通斷時間，脈沖頻率等多個參數可以調節，這為控制金屬沉積層的質量和沉積速度提供了有力的手段，同時也使脈沖電解法能夠應用于研究沉積層的內部結構等方面。

脈沖電解在銅的電解精煉中有著獨特的優點，它通過改變電流波形來減小擴散層厚度，提高極限電流密度，通過調節占空比來消除濃差極化，從而實現了高電流密度電解精煉制備高純銅的目標。與傳統的直流電解相比，脈沖電解減少了支持電解質硫酸的用量，可以在室溫下進行電解，電解溫度溫和，還可少用或不用添加劑，因而它既可以提高電解銅的質量和生產能力，又可以節約能源和減少污染，改善工人的操作環境，這與當今世界對電解銅工業發展的三個要求“提高電解銅的生產能力，提高電解銅的質量，降低電解銅的成本”是吻合的。

當今，超高純銅的精煉，主要是將重電解與區熔精煉結合起來，甚至要分別重復操作多次，這樣的精煉對錠子的大型化、批量化生產是不利的。為獲得低成本的高純銅，就必須尋找制作成本低、而且重復少的精煉工序，這也是現今急需解決的一個問題。為維持精煉銅的純度，后續的熔煉、鑄造等加工工序也應加以改進，以便能徹底防止污染，為此，包括使用無塵室等的系統環境無塵化技術已被運用到了超高純銅的精煉上。為徹底掃滁每個污染源，還必須提高解析污染途徑的技術，因而必須重視微量分析技術、表面解析技術的發展。隨著科技的發展、研究的深入，超高純銅的一些優良的性質已經被人們所知，其在工業、科研方面的應用價值正不斷被發現，在高科技領域，超高純銅已被廣泛應用，并取得了可喜的成果。現在影響超高純銅大量應用的最大問題就是生產成本高.規模生產的精煉技術不成熟.但超高純銅誘人的應用前景肯定會帶動精煉技術的不斷發展。可以預言，不久的將來，超高純銅的精煉技術和應用都會得到很大的發展。

隨著對交流電電解精煉銅技術的進一步研究，精煉銅過程中存在的一系列問題，如電耗問題、表面質量問題、電解銅發脆現象以及污染問題，將迎刃而解，精煉銅工業技術也將因此取得很大進步。

由于直流電電解精煉銅受極限電流的限制，電流效率受到了極大影響。采用脈沖交流電技術，可突破直流電極限電流的限制，其電流密度可由原來的250mA/cm^-2提高到280～300mA/cm^-2，從而可大大提高電解精煉效率。