無氧銅帶的質量控制

李勁軍 佛山市承安銅業有限公司

一、無氧銅帶概述

具有高導性的純銅就是目前所提到的高導無氧銅帶。這種純銅不含有氧化亞銅，同時也沒有殘留的脫氧劑，國外對高導無氧銅帶的范圍進行了確定，其主要為Cu+Ag≥99.95%，O2≤0.001%，退火狀態下導電率≥100%IACS的無氧銅。美國ASTM對這一項內容進行了相應的標準確定。對其中的高導無氧銅做了五種牌號，分別是C10100、C10200、C10400、C10500、C10700。C10100Cu≥99.99%，O2≤0.0005%，在退火狀態下這一牌號的導電率≥101%IACS，因此也成為高純度的高導無氧銅。這一牌號主要用于做電子管組件，也被稱作電子無氧銅。C10200Cu+Ag ≥99.95%，O2≤0.001%，在退火的狀態下其導電率可以達到100%IACS以上。而C10400、C10500、C10700則是加入了不同量Ag元素的一種高導無氧銅，其主要成分均為Cu+Ag≥99.95%，O2≤0.001%，退火狀態下導電率≥100%IACS。在其中添加Ag主要是為了提高材料在這一過程中的軟化點，提升材料的耐熱性能和質量。

在電力、電子、電氣、通訊等多個領域和行業當中有廣泛應用的是一種被加工成為銅帶的高導無氧銅。這種銅帶在很多行業當中都用于高端組件的生產和加工。例如干式變壓器繞組以及連接器、電纜、計算機微型散熱器、高速電機組件、柔性印制電路板等都是采用這種銅帶進行生產的。不同領域對于銅帶的要求并不相同，但無論什么樣的需求對高導無氧銅的質量要求卻非常高，主要因為其作為重要組件進行加工生產。高導無氧銅當中的化學成分、含氧量、金相組織晶粒度等多種性能都需要非常高的精準度和質量要求。同時對其中存在于材料表面的質量、板型、尺寸、公差精度等都有非常高的要求，這些要求在很多組件生產過程中都有嚴格的標準。（詳見GB/T14594-2005；ASTMF68-05；ASTM152/B152M-06；JISH3510：2006；JISH3100：2006），只有完全滿足組件生產要求，才能實現高端組件的高性能使用需求，并且通過對各種組件性能的高度要求，還可以滿足高端產品組件制造的不同工藝要求，實現各種高端產品的性能優化。因此對高導無氧銅帶的生產工藝有較高的要求，同時對設備的選擇和質量控制技術都有很嚴格的要求。各個生產工藝對設備和質量控制技術的要求雖有差異，但是其遵循的基本原則不變，基本相同。

二、無氧銅生產工藝

本文介紹的無氧銅生產工藝能夠生產出純度高、含氧量低、含雜質量低，具有較好的機械性能和較高的導電性的無氧銅。這種工藝需要在無氧銅鑄造爐當中進行。首先，向無氧銅鑄造爐當中沖入足夠的氮氣，然后配備上銅材與稀土。銅和稀土的質量配備比例為1：0.0002-0.0003。銅添加的過程加入稀土。爐體內沖入氮氣的時候，能夠將爐內的氧氣同時排出，實現鑄造爐當中的無氧環境，全部為氮氣。稀土具有脫氧、脫硫、脫氫和脫除有害雜質的凈化作用。并且稀土和部分的雜質能夠形成化合物，進而在爐內形成具有高熔點的晶核，這樣可以減少雜質微粒對晶界間造成的不良影響，實現晶粒細化的效果。進而提升無氧銅化學性能以及導電性能。200ppm-300ppm的劑量在能夠有效地除去銅液中的雜質的前提下，也不會因為過量而對銅液形成不良的影響。

三、高導無氧銅帶質量控制

本文對高導無氧銅帶的化學成分、含氧量、組織均勻性以及帶邊剪切質量的控制要素進行了論述和分析。

（一）化學成分、氧含量的控制

在進行材料、工藝、輔料、設備等多種無氧銅生產要素合理選擇的時候需要進行嚴格的質量控制，確保能夠制作生產出合格的高導無氧銅。

（1）原料選擇與處理。在進行A級原材料選擇的時候，需要確保外觀的質量表面光滑、沒有裂縫、夾雜以及氣泡等。另外A級陰極板加熱水洗的過程中需要做好殘留硫酸鹽的去除工作，并且在200度的高溫下進行干燥處理。

（2）覆蓋及選擇與要求。覆蓋的選擇需要高質量的木炭，并且鑄造爐也需要石墨鱗片進行全面覆蓋。這樣在防止氧化還原反應的同時還可以做好覆蓋，達到保溫的效果。一般會選擇450度以上溫度的木炭作為材料，這種焦化木炭的成分一般要求在：H2O≤3%，H2≤2%，S≤0.1%，總碳含量約為86%。

（3）熔化和鑄造的過程中會利用惰性氣體或者煤氣對其進行保護，發生爐煤氣的成分需要保證CO＞25%，CO2＜5%，H2＜0.1%，O2＜0.1%，N2為余量。經常除塵，用CaO干燥。

（4）采用脫氧劑熔化鑄造時，要合理計算脫氧劑加入量，不殘留脫氧劑。

（5）采用主動冶金強化處理技術。對于熔煉爐內的高保溫耐熱火層當中需要進行錘煉，做好煉磚的工作。利用中性或者反應的氣體，對其中的無氧銅液體進行錘煉處理，吹入的氣體中CO與銅液中的Cu2O發生氣化還原反應生成CO2和Cu，進而使銅液中的氧含量降低到0.001%以下。

（6）鑄錠加熱采用中性或微氧化氣氛保護。

（7）熱軋帶坯采用高壓水（40~50大氣壓）噴淋冷卻，防止帶坯表面氧化。

（二）高導無氧銅帶組織性能均勻性的控制

（1）鑄造組織性能均勻性的控制。在進行鑄造銅水灌注進入到結晶器的時候要保持液流的穩定性，確保不會有湍急的沖擊，溫度也應當保持在相對恒定的狀態下。結清器在進行冷卻后會保持分布的均勻性，促進結晶器的傳熱速度可以保持穩定狀態。這種情況下的溫度一般會控制在1160±5℃~1170±5℃，鑄造速度也需要進行合理的選擇。

（2）熱軋帶坯組織性能均勻化的控制。首先需要進行熱軋帶坯組織性能的鑄造選擇，這時，需要將鑄造溫度控制在850~890℃。一般采用2.5-3小時的時間。其次對工藝參數的合理性選擇，對道次進行合理分配，形成均勻的變形，橫縱公差和版型的一致性需控制好。最后設定加工功率大于90%，是的晶粒能夠充分碎化。

（3）采用全油軋制方式進行冷軋和成品的軋制工作，根據產品規格和性能等不同要求進行功率的選擇。

采用立式或者臥式的方式對成品展開連續式的退火以及鐘罩爐卷式退火。由于帶材的性能以及厚度不同，因此對退火溫度和速度的選擇也不同。退火溫差控制在±2℃，保護氣氛最好選擇高H2氣氛退火。高H2退火傳熱效率高，退火充分無氧化光亮，組織性能均勻性好。

（三）高導無氧銅帶邊部剪切質量的控制

高導無氧銅帶需要具有極好的塑性和韌性，并且成品還可以進行切割，但是在切割的時候容易產生邊刺、造成卷邊等多種質量問題，這樣對于后期多種精密重要組件的焊接具有很嚴重的影響，因此需要做好高導無氧銅質量的控制。

（1）被剪切帶材的質量必須符合剪切來料標準化要求。

（2）選擇高精度縱剪設備和優質的高精度剪切工具組件。

（3）合理設定剪切工藝參數。首先需要對組裝刀片的間隙進行設定和測量，刀片間隙大小需要根據材料的厚度和性能進行確定，最好的確定方式是利用實驗來確定強度和韌性。本文選取的方式是國內外眾多學者研究后得出較好的一種方式，這種方式在國內外的精密銅帶加工技術中都得到了廣泛應用。主要方式如下：首先，水平間隙的設定：帶材厚度≥0.50mm，水平間隙是厚度的8%；帶材厚度＞0.254mm~<0.50mm，間隙設定值為0.09~0.025mm；帶材厚度為0.125~0.254mm，間隙設定值為0.013~0.019mm；帶材厚度<0.152mm，間隙設定值為0。其次，垂直間隙或重疊量的設定：帶材厚度為0.254~1.25mm，垂直間隙為帶厚的一半；帶材厚度＜0.254，采用0.152mm重疊量或調至最小重疊量直到剪切通過（用不同規格十片試調）。最后，卷取張力設定：卷取張力一半控制在2Kg/mm2以下。

四、結論

高導無氧銅帶的化學成分具有較高的純度，并且其具有特殊的性能，因此在原材料以及輔料的選取上以及在產品的各道生產工藝上都需要進行非常嚴格的質量控制，無論是采購或是生產，都要做到對質量的嚴格管理。需要建立嚴謹且全面有效的質量管理組織體系，制定質量安全管理制度，選擇具有高度可靠性以及安全穩定合理的生產工藝，并且需要配備先進的裝備技術和工藝軟件，實現工業生產的現代化，確保高導無氧銅帶生產的質量。保證無氧銅帶質量的穩定和可靠，實現電氣、電力、通訊、電子設備等行業當中的穩定應用，確保各個行業當中制造高端產品組件的質量，滿足當前高標準高要求下的市場無氧銅帶需求。