真空熔炼氩气保护单晶连铸设备的研制及单晶铜制备.docx

硕士学位论文摘要单晶连铸技术是将定向凝固与连续铸造相结合的一项新型材料近净成形加工技术。在单晶连铸过程中，金属的净化是影响铸锭性能的一个重要因素。同时，对单晶连铸各工艺参数的精确控制也是该技术的关键。本文根据单品连铸技术的基本原理，设计并制造了一台横引式真空熔炼氧气保护单晶连铸试验设备，旨在全面提高金属材料熔炼保温过程中的纯度和对各工艺参数的控制精度。在本试验设备上成功制各出巾6mm的单晶铜线材，并对试验制各的单晶铜线材的净化效果和性能进行了初步探讨和分析。自行设计并制造了一台横引式真空熔炼敏气保护单晶连铸试验设备,配备了真空熔炼保温系统以及工艺参数的PLC控制系统。成功实现了单晶连铸试验过程中由真空状态向负气保护状态的平稳转变，确保了单品连铸试验的顺利进行。在本试验设备上成功连铸出中6mm的单晶铜线材。制各工艺参数为：铜液温度1135C、铸型型口温度1108、连铸速度20mI11/min、冷却距离25mm和冷却水量621/11o试验中制备出的单晶铜线材与熔炼前的原材料1#电解铜相比，含氢量降低了66.67%f含氧量降低了71.43%,分别达到IPPm和2ppm；杂质总量降低89.77%；与实验室原单晶连铸试验设备制备的单晶铜相比,杂质总量降低了85.84%。利用本试验设备制备的单晶铜铸棒的伸长率和断面收缩率分别比定向凝固多晶铜的伸长率和断面收缩率提高了85.85%和34.79%；抗拉强度和屈服强度分别降低15.52%和31.42%；电阻率降低10.5%：。证明本试验设备制备的单晶铜线材可以作为优质的深加工坯料和导体材料。关键词：单晶连铸设备；金属净化；真空熔炼；氧气保护；单晶铜：性能真空熔炼氧气保护单晶连铸设备的rhavebeenproduc?澹？bytmsapp跚ImS.wehaveaI1aIyzedtheresu1tsofPUr试CatiOna11dpmpeniesofmesinglecrysifilcopperwires.AhorizontalCCSCElIparatusuI1d研制及单晶铜制各Abstractont inuous c a S t i n ga 1 s (CCSC) , whiche c 曲 n a 1so1c o n tinuouape proceso £ c ontinuh t f oi d i f i c ; s c a s t i sing t e ous c a S e P 崛 f i cf h c t o rThe t e c 1 1 f 1 i q u e o f c o f single - crystal m e inteFatesadVanced d i a t i o n w?棕？ h j 业 e伍 CienCnewne小ne t shl 1 i q u e. Inme c o u r i n g o f single - c r y st i o n o f metal singots. A ti c h CaJI 甜 recm e S 锄e time,ouscastiI metal 1 d m a n uP P a r 咖 S e 1 t 啦 a n ds .f k1 aI n t I 1 i t u_ red Ilder t r g o n s he s n g a P e tS0eoi s a t m e a c c u a keyf single c r y s t adesignedfho血OHtal CCSCo n d m o n s o f v a c u m mieldaccording t o therinciples o f continuous c a sn g o f e the c y o f1 e c ringle - crystal, i n order t o i m p r uri6cat ion o f metals a 1 1 d a c c uft io V r aont r o 1 for PmCeSSPar 锄 eterS. Sing stal c o p p e r wires 6 m m i n d i a m e t eh e m t e o f n o w o f c o o e n concent rat ion on of s i n g 1 e-c r y s c e d b y this¢parat d 71. 43%than t ) 1 eerthecondmonsofvacuummeltinganda唱Ons11ie1disse1f_designedalIdmade,whichisfitted谢msme1terofVaCU啪meltingaI1dmeCOn订olbyPLCforpmcesspMeters.TheVacumeltingistralIsfomedsteadiIytothea唱OnShjeldanditensuresmeeXperimentofCCSC.Single-crystalcopperwires6IIunindian1eterhavebeenpmducedsuccessmlIybythiscCsCBPparatus.Theprocessparetersare：thetempemt叫eofIi删dcopperis1135；t11emou1dtemperatureis1108°C；CaStingspeedis2Omm/min；thecooliIIgdistanceis25mm；tlingis62JVb.Thehydmgandoxygenconcentrattta1copperwhichproduusarelower66.67%a11rawcopper,acl1ieve1astingofsingle-CryS诅1apparatuS；rneta1spIfication；vacuumme1ting；argonshield；smgle-crystalcopper；propenyII兰州理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。名：胪掰J吼少咿6月/7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。（请在以上相应方框内打"W）作者签名：日期：弘口莎年导师签名：日期少形年S移月月、/日日硕士学位论文第1章绪论二十一世纪，随着半导体技术、集成电路技术的快速发展和电子元器件的质量不断提升，使得对网络、通信、音视频设备和高清晰度电子产品的晶质要求越来越高，必然要求零部件向小型化、精密型方向发展。因此,作为信息传输神经的细线、薄箔、标板及电缆等材料的质量就显得日益突出。具有定向凝固组织或单晶组织的高纯优质铜杆，因为消除了横向晶界，没有偏析、夹杂和气孔等缺陷，在生产超微细铜丝、网络传输通讯数据线缆以及高保真音视频线缆等方面获得了广泛的应用。直径在0.012-0.05mm之问的铜线称为超微细线。超微细线在家电、计算机以及军工行业所用微电子产品方面拥有很宽的应用领域，主要用于制造微电子产品（如微型摄像机、微型电视、手表、数码相机、高精密仪器和医疗器械等）的电机线圈、振荡线圈、磁鼓线圈、电磁线圈及传输线等”1。表1.1为从1999年到2000年超微细线市场需求情况的统计数据。而且平均每年以12%的速度持续增长，预计在今后1。年内部分产品的需求量将达到现阶段的两倍以上。表1.1超微细线市场需求情况用途规格（m）需求量（吨/年）磁头类中0.0200.040100继电器中O.叭80045165FBT类中0.0300.040120电声器什类中0.025-0.045150电子手表类中O.014O.02015其它元件S巾0.05250总计800网络数据通讯线缆和高保真音视频线缆的需求量也与日俱增，1999年国内数据线缆市场容量约为800万km,2000年达到1OoO万km,在2005年超过1600万km”3。据预测，二H一世纪初亚太地区将是网络信息发展的热点地区。随着信息时代的到来和我国信息产业的快速发展，用于网络信息传输的六类以上高性能数据传输线缆的市场容量必然以更快的速度发展，开发高质量铜材料，生产高性能数据传输线缆的市场前景将会非常广阔。尽管采用单晶连铸技术生产的高质量铜线杆，具有较好的拉制超微细丝的性能，但在目前的生产工艺及制备条件下，铜杆的质量还受到一定的限制，尚不能完全满足市场的需求。归纳起来，铜杆质量一般受以下两个因素的影响：（1）铜的纯度铜杆生产中使用的阴极电解铜，杂质元素是不可避免的，这些元素含量很小P P s a r f s t 1 s e e s C C a e tp m d 2 p p m； m e total concent rat ion o f i m IIr时Of the single-crystal copper wirei s lower b y 8 9 . 7 7 % t h a n tile raw c o p p e L n d i s IOwer b y 8 5 . 8 4 % t h a I 1 m e single 一 c ys 诅 1 copper WiresWhich p m d u c e d b y theo 力cr cont inuous cast ing o f s i n g i tal¢Pparatlls, 1 , h e e 1 ongadon and i o n o f cross 一 sect ion o f single 一 c copper i II g o t s p roducedby thjsE1p a r e hj 曲 er 8 5 . 8 5 % a 1 1 d 34. 79% 也 allys 诅 1 coppe r ； yield men 垂 hec red I 了S a r a o 1r y u c t a t u y cThe t e n s i Ie StrerI 群 hand t h o f singlecryUl copper a rIOwerl 5. 5 2 % a 1 1 dtalc r e a s r y s t rani x c e 1o e a s1pper；llle ele 商 Cal r c s is 1 O . 5 %. I t i s tnJe 血 at t 1 copperwhich p m d u c e di t 1 t 1 1 i s p a p a c r can bStaIlce d e h e s ingle b y t h e a p p e c o m e theent cold Wo幽ng ingotsand c o n d I 1 ci v e nlaterials.l(ey Words：cont inuous c（一般其质量分数小于1Oppm）,但在铜杆的深加工过程中，特别是拉制超微细丝真空熔炼氧气保护单晶连铸设备的研制及单晶制制备时，均表现出很