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高纯铜的制备方式有哪几种呢?

发布时间:2022-12-24      点击次数:56
  高纯铜是指纯度在5N(Cu≥99.999%)以上的金属铜(N即代表铜的纯度,N前面的数字越大铜纯度越高),高纯铜作为一种新兴材料,除用于制备高纯分析标准试料、电子工业各种连接线、电子封装用键合线、高品质音频线、集成电路、液晶显示器、溅射靶材及离子镀膜等高技术领域外,还是原子能、火箭、导弹、航空、宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。
  高纯铜产品的发展目前处于起步阶段,国内生产规模和数量较小,不能满足市场需求,主要依赖于进口。随着高新技术的发展及作为战略物资的需要,对于金属纯度的要求越来越高,高纯铜行业前景非常广阔。
  高纯铜具有较好的导电性、延展性、抗腐蚀能力和表面性能,软化温度也较低,在极低温度下具有高导热性,优良的加工性能。制备高纯铜的方法主要有区域精炼法、真空电子束熔炼法、阴离子交换法、电解精炼法等。
  1、区域精炼法
  区域精炼是利用杂质在金属的凝固态和熔融态中溶解度的不同,使杂质析出或改变其分布的物理方法。铜的区域精炼于1952年提出,已成为当今精炼超高纯铜的基本方法,常用的为漂浮区熔精炼法和脱硫区熔精炼法。
  1.1 漂浮区域炼法
  铜熔体密度高,表面张力小,保持漂浮区熔部位困难,故采用圆锥形感应线圈,制成靠电磁力使熔融铜稳定保持漂浮区熔部位的精炼装置。H.Bruning[3]以硝酸铜溶液电解精炼过的RRR=10000的高纯铜为原料,将它用漂浮区熔精炼9次后真空退火,纯度提高到RRR=22000。
  1.2 脱硫区域精炼法
  单纯的区域精炼法脱硫,含硫量仍有0.2ppm,添加脱硫元素,即脱硫区域精炼法。按0.1wt%比例在熔融RREC铜材中添加镧,制成含一定量脱硫元素铜锭。将上述铜锭放入高纯石墨舟皿中重复精炼三次,切除铜锭末端,硫含量降到0.1ppm以下。
  2、真空电子束熔炼法
  电子束熔炼通过调节功率和熔融速率使熔池保持在较高的温度,在高温高真空环境下熔体充分发生脱气反应,利于杂质和夹杂物的去除以及成分的精确控制,获得具有一定性能要求的高纯材料[5]。Archibald W. Fletcherd等人发现Ag、Se、Te、S、Bi、Pb元素通过电子束精炼可以很容易去除[6]。陈洁等采用自行设计的真空感应熔炼直接定向凝固设备结合电子束熔炼设备进行试验,结果表明:真空熔炼可有效去除铜中饱和蒸气压高的杂质,通过定向凝固,杂质元素含量沿铸锭轴向逐渐升高,经组合工艺提纯后,铜的纯度提高至99.9996%[7]。
  3、阴离子交换法
  Tamas Kekesi等选用聚苯代二乙烯基季铵型阴离子交换树脂制取超高纯铜,工业高纯氯化亚铜盐酸溶液为原料,纯化过程由二次阴离子交换分离、蒸发、氢还原和Ar-H2等离子熔融等重要工序构成,得到纯度达6N以上的高纯铜[8]。
  4、电解精炼法
  此法是通过对电解液进行高度纯化,用较高纯度的铜进行电解,对除氧外的几乎所有杂质如锌、铁、锡、铅、钴、镍、硒、碲、硅、硫、金、银、砷、锑、铋等均有效,产量大,回收率高,且可与其他除杂方法联合使用。根据电解液的种类分为:硫酸铜溶液电解精炼,硝酸铜溶液电解精炼,硫酸溶液+硝酸溶液混合电解精炼。
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