一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置及方法，所述裝置包括加熱爐，所述加熱爐內(nèi)設(shè)有鑄模通道，加熱爐的爐壁內(nèi)均勻布設(shè)有若干加熱元件，加熱爐的底部設(shè)有冷卻支架，所述鑄模通道內(nèi)設(shè)有鑄模，所述鑄模底部與冷卻支架相連接，所述冷卻支架的底部連接有牽引裝置。所述方法主要包括如下步驟：（1）在真空或充入惰性氣體條件下，在坩堝中將重量純度超過99.9999%的電解銅或銅合金進(jìn)行熔融；（2）利用加熱爐爐壁內(nèi)的加熱元件對(duì)鑄模側(cè)壁進(jìn)行均勻加熱；（3）將坩堝內(nèi)的熔融金屬通過中間包注入側(cè)壁被加熱的鑄模中，然后通過牽引裝置將冷卻支架向下進(jìn)行牽引，使鑄模形成從底部向上部溫度增長(zhǎng)的溫度梯度。
【專利說明】一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高純及超高純銅錠的制備，目前比較常用的為真空錠模鑄造法。中國(guó)專利CN101199988采用真空熔煉，將熔融后的超純銅澆注入預(yù)熱模具內(nèi)(模具在爐外實(shí)現(xiàn)一定溫度的預(yù)熱后進(jìn)行裝爐備用)，通過自然冷卻得到鑄錠；日本專利特開平7-21432，采用真空熔煉，在超純銅熔融澆鑄之前對(duì)模具進(jìn)行800°C以上的預(yù)熱，再澆鑄成型。上述方法制備的99.9999%超純銅錠，投資少，成本低，但在工藝上也存在著較多的問題。比如中國(guó)專利CN101199988，其模具爐外預(yù)熱及裝爐，容易造成氧化及污染，影響鑄錠化學(xué)成分穩(wěn)定；同時(shí)二者對(duì)澆鑄工藝及操作要求較高，所制備鑄錠由于受工藝及結(jié)晶方式的影響，鑄錠內(nèi)部容易形成氣孔、縮松等內(nèi)部缺陷，鑄錠表面粗糙、縮孔很大，成材率及使用率較低。
[0003]另外超純銅錠的制備，也有采用定向凝固法制備的。日本三菱綜合材料株式會(huì)社申請(qǐng)的中國(guó)專利CN1422716，采用真空熔煉，將熔融后超純銅澆鑄到鑄模中，鑄模被若干加熱原件加熱形成一個(gè)低位置溫度低，沿著向高位置方向溫度增高的垂直方向溫度梯度，鑄模上部的溫度低于熔體150°C范圍內(nèi)，使鑄錠延鑄模自下而上凝固得到99.9999%超純銅鑄塊。但該方法熔煉及澆鑄過程中采用充氬及底鑄形式，工藝較為復(fù)雜。
[0004]此外，在高純及超高純銅錠的制備方面，還有電子束爐熔鑄法，中國(guó)專利CN201010550888.8利用真空電子束爐，將原料進(jìn)行融化，然后以金屬液滴的形式進(jìn)入水冷結(jié)晶器中成型得到99.9999%超純銅錠。由于該方法不存在熔煉坩堝，成型使用的是水冷銅鑄模，因此大大地減少了熔鑄過程中雜質(zhì)的引入，對(duì)于金屬純度的保持能夠起到很好的作用。但其也存在一定的缺陷，比如熔煉過程中金屬揮發(fā)損耗大，鑄錠必須經(jīng)過二次重熔才能去除鑄錠徑向表層四周富集的氣孔及改善其表面分層斷裂的現(xiàn)象，以達(dá)到靶材用超純銅錠的要求，用該方法來制備超純銅錠成本很高，效率較低。
[0005]因此希望找到一種新的熔鑄方法，既能解決目前高純銅和銅合金模鑄造法所存在的鑄錠內(nèi)部氣孔、縮松，表面粗糙、縮孔較大，成才率等缺陷，又能保證設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)超高純銅錠純度高、氣體元素含量低、物理質(zhì)量良好，成材率高，低成本、高效率及規(guī)?；a(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述裝置制備高純銅及銅合金鑄錠的方法。利用上述裝置及方法能夠得到內(nèi)部無疏松、氣孔，表面質(zhì)量光滑及成材率高的高純銅鑄錠和銅合金鑄錠。
[0008]為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案: 一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置，包括加熱爐，所述加熱爐內(nèi)設(shè)有鑄模通道，加熱爐的爐壁內(nèi)均勻布設(shè)有若干加熱元件，加熱爐的底部設(shè)有冷卻支架，所述鑄模通道內(nèi)設(shè)有鑄模，所述鑄模底部與冷卻支架相連接，所述冷卻支架的底部連接有牽引裝置。
[0009]進(jìn)一步地，所述鑄模的頂部設(shè)有漏斗形的中間包。
[0010]進(jìn)一步地，所述加熱元件為石墨加熱器。
[0011]一種制備高純銅及銅合金鑄錠的方法，采用上述制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置，并包括如下具體步驟:
(1)在真空或充入惰性氣體條件下，在坩堝中將重量純度超過99.9999%的電解銅或銅合金進(jìn)行熔融；
(2)利用加熱爐爐壁內(nèi)的加熱元件對(duì)鑄模側(cè)壁進(jìn)行均勻加熱，加熱溫度保持在銅或銅合金熔點(diǎn)以上；
(3)將坩堝內(nèi)的熔融金屬通過中間包注入側(cè)壁被加熱的鑄模中，然后通過牽引裝置將冷卻支架向下進(jìn)行牽引，使連接于冷卻支架上的鑄模沿鑄模通道向下逐步伸出于加熱爐夕卜，從而使鑄模形成從底部向上部溫度增長(zhǎng)的溫度梯度。
[0012]本發(fā)明有效解決了真空感應(yīng)爐錠模鑄造工藝所帶來的產(chǎn)品品質(zhì)及成材率低的問題，又解決了真空壓鑄法設(shè)備和工藝的復(fù)雜，易造成鑄錠形成內(nèi)部氣孔等缺陷，同時(shí)也解決了電子束爐熔鑄法金屬揮發(fā)損耗大，鑄錠必須經(jīng)過二次重熔才能達(dá)到靶材用超純銅錠的要求，在滿足半導(dǎo)體對(duì)超純銅錠化學(xué)純度、氣體含量及物流性能要求的同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
[0013]綜上，本發(fā)明的效果和優(yōu)點(diǎn)在于:可有效解決已有技術(shù)中鑄徒內(nèi)部存在氣孔、夾雜，結(jié)晶組織不均勻，表面粗糙，縮孔大，成材率低等問題，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，經(jīng)濟(jì)適用；與中國(guó)專利CN1422716相比，工藝要求得到了大大簡(jiǎn)化，且鑄模上口無需引入底鑄法即CN1422716方案采用的石墨塞，從而避免了石墨塞容易損壞并造成鑄錠污染的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明制備高純銅及銅合金鑄錠裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，1-加熱爐，2-鑄模通道，3-加熱元件，4-鑄模，5-熔體，6_冷卻支架，7_牽引裝置，8-中間包。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置，包括加熱爐1，加熱爐I內(nèi)設(shè)有鑄模通道2，加熱爐I的爐壁內(nèi)均勻布設(shè)有若干加熱元件3，加熱爐I的底部設(shè)有冷卻支架6，鑄模通道2內(nèi)設(shè)有鑄模4，鑄模4底部與冷卻支架6相連接，鑄模4的頂部設(shè)有漏斗形的中間包8,冷卻支架6的底部連接有牽引裝置7。銅或銅合金熔融后的熔體5通過中間包8注入鑄模4內(nèi)。
[0017]一種制備高純銅及銅合金鑄錠的方法，采用上述制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置，并包括如下具體步驟:
(I)在真空或充入惰性氣體條件下，在坩堝中將重量純度超過99.9999%的電解銅或銅合金進(jìn)行熔融；
(2)利用加熱爐爐壁內(nèi)的加熱元件對(duì)鑄模側(cè)壁進(jìn)行均勻加熱，加熱溫度保持在銅或銅合金熔點(diǎn)以上，并最好在銅或銅合金熔點(diǎn)以上200°C范圍內(nèi)；
(3)將坩堝內(nèi)的熔融金屬通過中間包注入側(cè)壁被加熱的鑄模中，然后通過牽引裝置將冷卻支架向下進(jìn)行牽引，使連接于冷卻支架上的鑄模沿鑄模通道向下逐步伸出于加熱爐外，從而使鑄模形成從底部向上部溫度增長(zhǎng)的溫度梯度；牽引速度可控制在0.01mm/min-20mm/mi ηη
[0018]表1為采用上述制備工藝所得超純銅錠的全元素GDMS (輝光放電質(zhì)譜分析法)分析檢測(cè)結(jié)果。表2為所得超純銅錠采用LECO法進(jìn)行的包括C、N、0、H在內(nèi)的4種氣體含量的分析。
【權(quán)利要求】
1.一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置，其特征在于，包括加熱爐，所述加熱爐內(nèi)設(shè)有鑄模通道，加熱爐的爐壁內(nèi)均勻布設(shè)有若干加熱元件，加熱爐的底部設(shè)有冷卻支架，所述鑄模通道內(nèi)設(shè)有鑄模，所述鑄模底部與冷卻支架相連接，所述冷卻支架的底部連接有牽引裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置，其特征在于，所述鑄模的頂部設(shè)有漏斗形的中間包。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置，其特征在于，所述加熱元件為石墨加熱器。
4.一種制備高純銅及銅合金鑄錠的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1所述制備高純銅及銅合金鑄錠的裝置，并包括如下具體步驟: (1)在真空或充入惰性氣體條件下，在坩堝中將重量純度超過99.9999%的電解銅或銅合金進(jìn)行熔融； (2)利用加熱爐爐壁內(nèi)的加熱元件對(duì)鑄模側(cè)壁進(jìn)行均勻加熱，加熱溫度保持在銅或銅合金熔點(diǎn)以上； (3)將坩堝內(nèi)的熔融金屬通過中間包注入側(cè)壁被加熱的鑄模中，然后通過牽引裝置將冷卻支架向下進(jìn)行牽引，使連接于冷卻支架上的鑄模沿鑄模通道向下逐步伸出于加熱爐夕卜，從而使鑄模形成從底部向上部溫度增長(zhǎng)的溫度梯度。
【文檔編號(hào)】B22D27/04GK103949617SQ201410179627
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】楊志強(qiáng), 閆忠強(qiáng), 艾琳, 白延利, 郭廷宏, 李揚(yáng), 王兆哲, 任保佑, 許靜月, 陳天翼 申請(qǐng)人:金川集團(tuán)股份有限公司