專利名稱：：制作大表面積銅材的系統(tǒng)與方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種制作銅材的系統(tǒng)與方法，特別涉及制作大表面積銅材的系統(tǒng)與方法。
背景技術：
：銅電鍍主要通過電化學作用使電解液中的銅離子還原成金屬銅同時鍍覆于陰極基材表面上，反應式如下所示陽極H20l/202+2H++2e—陰極CuS04+2e-Cu+SO,為了確保銅金屬的鍍覆質量，必需使電解液中的銅離子維持一穩(wěn)定濃度。通常，業(yè)界利用強酸溶解銅金屬的方式導入純氧或空氣以供給氧氣，使銅金屬氧化為銅離子，以維持電解液中的銅離子濃度，如下式所示Cu+H2S04+1/202CuS04+H20因此，快速且有效地使銅金屬溶解成銅離子，即成為穩(wěn)定地供應電解液中銅離子的重要因素。銅金屬的種類與形狀與溶解速率有極高的關聯(lián)性。一般而言，當使用整塊銅板金屬進行強酸溶解的銅金屬氧化反應，提供電解銅箔的銅離子來源時，由于銅板金屬原料與強酸溶液間的接觸面積有限，故溶解效率不佳。一般業(yè)界常使用直徑10mm以下的裸銅線作為電解液中銅離子來源。裸銅線為電線電纜產品的主要原料，以銅錠、電解銅板或純銅熔鑄并經伸拉制成8.0mm或2.6mm等各種線徑。中國臺灣專利第438909號公開了銅線的傳統(tǒng)制造方法，該方法涉及在一分離的設備中進行熔融、鑄造與熱軋以生產直徑7.94mm的銅棒，此銅棒再經冷拉及定期退火操作過程轉換成銅線，該方法消耗很多能量且需要很多的勞動力與資本，且中國臺灣專利第242654號中亦提到熔化塑制與熱巻作業(yè)將增加產品受到額外氧化與材料潛在污染的機率。雖然在相同重量下銅線比銅板具有更大的反應表面積，更適合作為電鍍液中銅離子的來源，但是使用銅線比使用銅板需要付出更多的原料成本。因此，也有提出利用網(wǎng)板擴張機拉伸具有切痕的銅板形成銅擴張網(wǎng)板，再將該擴張網(wǎng)板用于強酸溶解的銅金屬氧化反應來提供電解鍍銅的銅離子來源，由此提高銅金屬溶解效率的方法。然而，該方法所使用的銅板有來源限制，無法利用回收的固體銅料來制作電鍍用大表面積銅材。因此，目前仍需要一種以低成本制作、能夠快速且有效地溶解于強酸溶液中以形成銅離子的電鍍用大表面積銅材的制作方法。
發(fā)明內容本發(fā)明主要目的是提供一種以低成本制作大表面積銅材的系統(tǒng)與方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用回收固體銅料制作成大表面積銅材的系統(tǒng)與方法。本發(fā)明的再一目的在于提供一種制作易溶于電解液的大表面積銅材的系統(tǒng)與方法。本發(fā)明的又一目的在于提供一種制作作為電鍍銅系統(tǒng)銅離子來源的大表面積銅材的系統(tǒng)與方法。為達到上述及其它目的，本發(fā)明提供一種制作大表面積銅材的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用以加熱熔融固體銅料形成液態(tài)銅水的加熱裝置；用以接收該加熱裝置所形成的液態(tài)銅水，使銅水能夠通過重力作用通過設于底部的開孔而流出的排流裝置；以及用以冷卻固化自該排流裝置底部的開孔流出的液態(tài)銅水以形成大表面積銅材的冷卻裝置。本發(fā)明又提供一種制作大表面積銅材的方法，該方法包括加熱固體銅料以形成液態(tài)銅水；通過重力作用使銅水通過排流裝置底部的開孔；以及冷卻固化自該排流裝置底部開孔流出的液態(tài)銅水，形成大表面積銅材。本發(fā)明的系統(tǒng)與方法所制作的大表面積銅材在硫酸銅液中具有優(yōu)異的溶解率，適合應用于銅電鍍工藝，作為銅離子供應源，可改善整體電鍍系統(tǒng)的鍍銅效率。圖1是本發(fā)明制作大表面積銅材系統(tǒng)的方塊圖；圖2是說明本發(fā)明系統(tǒng)的第一具體實例；圖2a是說明本發(fā)明第一具體實例的桶狀模具；圖2b是說明本發(fā)明第一具體實例的冷卻水池；圖3是說明本發(fā)明系統(tǒng)的第二具體實例；圖4是說明本發(fā)明系統(tǒng)的第三具體實例；圖5是說明本發(fā)明系統(tǒng)的第四具體實例；以及圖6是本發(fā)明制作大表面積銅材方法的流程圖。其中，附圖標記說明如下110加熱裝置120排流裝置130冷卻裝置210、310、410、510坩堝220、320、420、520模具222、522開孑L230、330、430、530冷卻水池232注水孔340風管340a、340b、340c出風口440噴嘴具體實施例方式圖1是顯示本發(fā)明制作大表面積銅材的系統(tǒng)方塊圖。本發(fā)明的系統(tǒng)包括:加熱裝置110，用以加熱固體銅料以形成液態(tài)銅水；排流裝置120，用以接收該加熱裝置IIO所形成的液態(tài)銅水，使銅水能夠通過重力作用通過設于該排流裝置底部的開孔而流出該排流裝置120;以及冷卻裝置130，用以冷卻固化自該排流裝置120底部開孔流出的液態(tài)銅水，形成大表面積銅材。本發(fā)明系統(tǒng)所使用的固體銅料的實例包括銅塊、銅錠、電解銅板、銅片、銅線、其它廢棄銅材或其混合物，例如無任何夾雜成分的一級廢銅箔；夾雜成分不超過3%的二級廢銅箔；以及夾雜有黏合劑的三級廢銅箔，但并非局限于此。所述固體銅料經加熱熔融后，可去除大部分油分與有機雜質，形成液態(tài)銅水。該液態(tài)銅水注入排流裝置后，通過重力作用自排流裝置底部開孔流出，垂直向下流入設于排流裝置下方的冷卻裝置，在冷卻裝置中固化形成假比重1.6至4.0，較佳地是1.8至3.5，更佳地是1.8至2.6的大表面積銅材，例如絲狀、線狀、粒狀、片狀或不規(guī)則狀的銅材，較佳者為類似茶葉形狀的片狀銅材。圖2顯示本發(fā)明系統(tǒng)的第一具體實例。在該具體實例中，本發(fā)明的系統(tǒng)使用坩堝210作為加熱裝置，用以將固體銅料加熱至熔融狀態(tài)，形成至少約1180至130(TC，較佳約1200至125(TC的液態(tài)銅水，當銅水溫度低于1150"C時，銅水表面會發(fā)生凝固結膜的現(xiàn)象而不易倒出或容易塞住模具開孔。使用桶狀模具220作為排流裝置來接收坩堝210中的液態(tài)銅水。如圖2a所示，該桶狀模具220底部開設有多個開孔222，使桶狀模具220中的液態(tài)銅水可通過重力作用通過底部開孔222，流出該桶狀模具220。一般而言，該桶狀模具220底部開孔的孔徑介于O2.5至①20mm的范圍內，較佳地介于03至015mm的范圍內，更佳地介于O)5至OM0mm的范圍內。若開孔孔徑太小容易發(fā)生阻塞，使得桶狀模具220內的銅水無法順利通過重力作用通過開孔而流出，若開孔孔徑太大則不利于形成大表面積銅材，一般而言，當孔徑低于3mm較容易發(fā)生阻塞。調整該桶狀模具220底部開孔間距與開孔數(shù)量也有助于減少澆注槽開孔阻塞的情形。例如，該桶狀模具220底部的開孔間距可介于10至50mm的范圍，較佳地介于15至40mm的范圍，更佳地介于20至30mm的范圍。再者，維持桶狀模具高溫，例如使用電熱保溫將其維持在80(TC有助于改善塞料的情形。另一方面，在桶狀模具內部噴涂高溫被覆劑，提高離形效果，也有助于防止黏料。如圖2所示，在此具體實例中，使用冷卻水池230作為冷卻裝置，該冷卻水池230設置于該桶狀模具220下方。桶狀模具220中的銅水通過重力作用通過底部開孔流出后，直線地向下流入水深約200至1500mm的冷卻水池230中，經冷卻固化形成絲狀、線狀、粒狀、片狀或不規(guī)則狀銅材。冷卻水池的水溫通常介于10至35°C，較佳地介于28至35°C，更佳地介于29至33"的范圍內。在此具體實例中，本發(fā)明系統(tǒng)的冷卻水池的水面與該排流裝置底部具有高度差h。通常，該高度差h介于500至4500mm的范圍，較佳地介于1000至4000mm的范圍，更佳地介于2000至3500mm的范圍。一般而言，維持適當高度差，例如1000mm以上的高度差，可以避免銅水流入冷卻水池230時發(fā)生氣爆的情形；另一方面，若高度差過大，則會傾向于形成假比重過高的細砂粒狀銅材。如圖2b所示，本發(fā)明系統(tǒng)中的冷卻水池230的底部可進一歩設有注水孔232以向上打水，增加池內冷卻水的波動性，有助于形成大表面積銅材。圖3顯示本發(fā)明系統(tǒng)的第二具體實例。與第一具體實例相同，本具體實例的系統(tǒng)使用坩堝310將固體銅料加熱至熔融狀態(tài)以形成液態(tài)銅水。利用底部開設有多個開孔的桶狀模具320接收坩堝310中的液態(tài)銅水，使桶狀模具320中的液態(tài)銅水通過重力作用而通過底部開孔，流出該桶狀模具320，直線地向下流入設置于該桶狀模具320下方的冷卻水池330中。在本具體實例中，該桶狀模具320底部與冷卻水池330的水面之間具有一高度差，在桶狀模具320底部與冷卻水池330水面之間，更進一步設置有風管340，風管340沿垂直銅水流出該桶狀模具320的方向送出冷風，使桶狀模具320底部所流出的銅水先經冷風初步降溫后，再流入冷卻水池330中固化形成大表面積銅材。如圖3所示，在桶狀模具320底部與冷卻水池330水面之間的風管340，可進一歩包括多個出風口340a、340b、340c，所述風口沿垂直銅水流出該桶狀模具320的方向分別送出60至10(TC的熱風、20至3(TC的常溫風、及15至2(TC的冷風，使桶狀模具320底部所流出的銅水經逐步降溫后，再流入冷卻水池330中固化形成大表面積銅材。圖4顯示本發(fā)明系統(tǒng)的第三具體實例。與第一具體實例相同，本具體實例的系統(tǒng)使用坩堝410將固體銅料加熱至熔融狀態(tài)以形成液態(tài)銅水。利用底部開設有多個開孔的桶狀模具420接收坩堝410中的液態(tài)銅水，使桶狀模具420中的液態(tài)銅水通過重力作用而通過底部開孔，流出該桶狀模具420，直線地向下流入置于該桶狀模具420下方的冷卻水池430中。在本具體實例中，該桶狀模具420底部與冷卻水池430的水面之間具有一高度差，且設置有一系列噴嘴440，所述噴嘴沿垂直銅水流出該桶狀模具420的方向連續(xù)地噴出經霧化的水氣，使桶狀模具420底部所流出的銅水先經霧化水氣初步降溫后再流入冷卻水池430中固化形成大表面積銅材。圖5顯示本發(fā)明系統(tǒng)的第四具體實例。本具體實例的系統(tǒng)使用坩堝510將固體銅料加熱至熔融狀態(tài)以形成液態(tài)銅水。使用底部開設有多個開孔522的滑道模具520作為排流裝置，并以水平夾角小于90度的傾斜度將該排流裝置架設于冷卻水池530的水面上。當坩堝510中的液態(tài)銅水注入該傾斜模具520時，銅水會在順著傾斜模具520向下流的同時，通過重力作用而通過該傾斜模具520底部的開孔522，流入下方的冷卻水池中固化形成大表面積銅材，如圖中箭頭所示。本發(fā)明還提供一種制作大表面積銅材的方法。如圖6所示，本發(fā)明的方法包括加熱步驟S610，加熱固體銅料以形成液態(tài)銅水；排流步驟S620，使銅水通過重力作用而通過排流裝置底部的開孔；以及冷卻步驟S630，冷卻固化自該排流裝置底部的開孔流出的液態(tài)銅水，以形成大表面積銅材。在一具體實例中，是將固體銅料置于坩堝中進行加熱步驟，使固體銅料熔融形成液態(tài)銅水，視需要靜置1至4分鐘再將坩堝中的銅水倒入底部設有多個開孔的排流裝置，或直接將坩堝中的銅水倒入該排流裝置。接著，使該排流裝置中的銅水通過重力作用通過底部開孔而流出，直線地向下流入置于該排流裝置下方的冷卻裝置，再經冷卻裝置中的冷卻水固化形成絲狀、線狀、粒狀、片狀或不規(guī)則狀的大表面積銅材。優(yōu)選地，該排流裝置底部的開孔流出的液態(tài)銅水可先經冷風初歩降溫后再流入冷卻水池及/或先經霧化水汽初步降溫后再流入冷卻水池，固化形成大表面積銅材。以下將通過具體實例進一步說明本發(fā)明的特點與功效，但并非將本發(fā)明局限于此。實施例實施例1將6.5公斤重的銅塊置于坩堝中加熱至熔融狀態(tài)，形成約120(TC的液態(tài)銅水。將銅水倒入底部設有6個①5mm開孔的桶狀模具中，使銅水通過重力作用通過桶狀模具底部的開孔而流出該桶狀模具。桶狀模具下方設有冷卻水池，水深1300mm，水溫28.7'C，底部設有注水孔向上打水，水面與桶狀模具底部距離2600mm。流出桶狀模具的銅水通過重力作用直線地向下流入冷卻水池中，經冷卻固化形成6.3公斤，假比重約2.5的銅材樣品。實施例2-5根據(jù)表1所列，重復實施例l的步驟，將所制得的銅材樣品假比重記錄于表l。實施例6-12根據(jù)表1所列，改變桶狀模具底部開孔數(shù)，重復實施例l的步驟，將所制得的銅材樣品假比重記錄于表1。實施例13-14根據(jù)表1所列，改變冷卻水的水溫溫度，重復實施例l的步驟，將所制得的銅材樣品假比重記錄于表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例15將6.5公斤重的銅塊置于坩堝中加熱至熔融狀態(tài)，形成約120(TC的液態(tài)銅水。將銅水倒入底部設有13個05mm開孔的桶狀模具中，使銅水通過重力作用而通過桶狀模具底部的開孔流出該桶狀模具。桶狀模具下方設有冷卻水池，水深1300mm，水溫3rC，底部設有注水孔向上打水，水面與桶狀模具底部距離3700mm，水汽噴嘴設于桶狀模具下方距模具底部500mm位置。流出桶狀模具的銅水通過重力作用直線地向下，經霧化水汽初步冷卻后流入冷卻水池，經冷卻固化形成6.3公斤，假比重約3.0的銅材樣品。實施例16將6.5公斤重的銅塊置于坩堝中加熱至熔融狀態(tài)，形成約120(TC的液態(tài)銅水。將銅水倒入底部設有13個05mm開孔的桶狀模具中，使銅水通過重力作用而通過桶狀模具底部的開孔，流出該桶狀模具。桶狀模具下方設有冷卻水池，水深1300mm，水溫31。C，底部設有注水孔向上打水，水面與桶狀模具底部距離700mm。流出桶狀模具的銅水通過重力作用直線地向下流入冷卻水池，經冷卻固化形成6公斤，假比重約3.5的銅材樣品。測試例1分別取60公斤假比重約2.3的銅材樣品1與2.6mm的銅線(假比重0.8)，置于硫酸銅電解液液中(硫酸濃度為130克/升)，進行溶解測試，歷時94小時。測試完畢，取出剩余的銅線與銅材樣品1，以去離子水清洗，放入烘箱干燥去除水分，秤重，計算溶解速率，并將結果記錄于表2。測試例2分別取30公斤假比重約1.6的銅材樣品2與8mm的銅線(假比重3.5)，置于硫酸銅電解液中(硫酸濃度為130克/升)，進行溶解測試，歷時19.5小時。測試完畢，取出剩余的銅線與銅材樣品2，以去離子水清洗，放入烘箱干燥去除水分，秤重，計算溶解速率，并將結果記錄于表2。表2測試例1測試例2銅材樣品12.6mm銅線銅材樣品28mm銅線測試前重量(公斤)60603030溶解測試時間(小時)949419.519.5測試后重量(公斤)16341729溶解速率(公斤/小時)0.470.280.670,05根據(jù)表2的顯示結果，本發(fā)明所制得的大表面積銅材具有較佳的溶解率，適合應用于銅電鍍工藝中作為銅離子供應源，可以改善整體電鍍系統(tǒng)的鍍銅效率。權利要求1.一種制作大表面積銅材的系統(tǒng)，包括加熱裝置，用以加熱固體銅料以形成液態(tài)銅水；排流裝置，用以接收該加熱裝置所形成的液態(tài)銅水，使銅水能夠通過重力作用通過設置于排流裝置底部的開孔而流出該排流裝置；以及冷卻裝置，用以冷卻固化自該排流裝置底部的開孔流出的液態(tài)銅水，形成大表面積銅材。2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該固體銅料選自銅塊、銅錠、電解銅板、銅片、銅線、廢棄銅材及其混合物。3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該排流裝置的底部開孔的孔徑介于①2.5至20mm的范圍內。4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該冷卻裝置為冷卻水池。5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，該冷卻水池設置于該排流裝置的下方。6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，該冷卻水池的水面與該排流裝置的底部距離500至4500mm。7.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，該冷卻水池的水深為200至1500mm。8.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，該冷卻水池的底部設有注水孔以向上打水。9.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，該冷卻裝置還包括設置于該冷卻水池與該排流裝置之間的風管。10.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，該冷卻裝置還包括設置于該冷卻水池與該排流裝置之間的噴嘴。11.一種制作大表面積銅材的方法，包括加熱固體銅料以形成液態(tài)銅水；使銅水通過重力作用而通過排流裝置底部的開孔；以及冷卻固化自該排流裝置底部開孔流出的液態(tài)銅水，形成大表面積銅材。12.如權利要求11所述的方法，其中，該固體銅料選自銅塊、銅錠、電解銅板、銅板、銅線、廢棄銅材或其混合物。13.如權利要求11所述的方法，其中，該排流裝置底部的開孔的孔徑介于^2.5至20mm的范圍內。14.如權利要求11所述的方法，其中，自該排流裝置底部的開孔流出的液態(tài)銅水在冷卻水池中固化形成大表面積銅材。15.如權利要求14所述的方法，其中，該冷卻水池設置于該排流裝置的下方。16.如權利要求15所述的方法，其中，該冷卻水池的水面與該排流裝置的底部距離500至4500mm。17.如權利要求15所述的方法，其中，該冷卻水池的水深為200至1500mm。18.如權利要求15所述的方法，其中，該冷卻水池的底部設置有注水孔向上打水。19.如權利要求15所述的方法，其中，該排流裝置底部開孔流出的液態(tài)銅水先經冷風初步降溫后再流入冷卻水池中固化以形成大表面積銅材。20.如權利要求15所述的方法，其中，該排流裝置底部開孔流出的液態(tài)銅水先經霧化水汽初步降溫后再流入冷卻水池中固化以形成大表面積銅材。全文摘要一種制作大表面積銅材的系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)包括用以加熱熔融固體銅料形成液態(tài)銅水的加熱裝置；用以接收該加熱裝置所形成的液態(tài)銅水，使銅水能夠通過重力作用通過底部開孔而流出的排流裝置；用以冷卻固化自該排流裝置底部開孔流出的液態(tài)銅水以形成大表面積銅材的冷卻裝置。本發(fā)明的方法包括加熱固體銅料形成液態(tài)銅水；通過重力作用使銅水通過該排流裝置底部的開孔；以及冷卻固化自該排流裝置底部開孔流出的液態(tài)銅水，形成大表面積銅材。利用本發(fā)明的系統(tǒng)與方法所制作的大表面積銅材在硫酸銅液中具有優(yōu)異的溶解率，適用于銅電鍍工藝，作為銅離子供應源可以改善整體電鍍系統(tǒng)的鍍銅效率。文檔編號B22F9/08GK101480721SQ20081000312公開日2009年7月15日申請日期2008年1月10日優(yōu)先權日2008年1月10日發(fā)明者何明政,周瑞昌,張永森,林書鴻,汪俊男,陳朝興申請人:長春石油化學股份有限公司