一种单晶铜薄板制备装置及制备方法与流程

本发明属于单晶铜制备技术，具体涉及单晶铜薄板的制备方技术。

背景技术

目前运用在集成电路底板、通讯电缆、航天飞行器、电缆电线等领域的铜板主要采用粗晶铜板，由于多晶材料中存在大量的横向晶界，对自由电子的阻碍较大，与单晶铜板相比，其导热和导电效率相对较差；另外，在科学研究中需要大量的单晶材料，目前所用的技术主要是提拉法、定向凝固法等，这种技术成本较高且生产效率低，而利用本发明技术，可以为科研机构提供较为廉价的高质量单晶板材；其次，目前一些领域单晶铜板是利用单晶铜杆轧制而成，这种生产方式如果轧制温度控制不均匀或轧制后冷却不当，易形成裂纹，轧制过程中压力控制不当会将单晶铜薄板表面划伤，严重影响单晶铜薄板的性能，轧制后所形成的单晶铜薄板尺寸也会有偏差，还要进行后续的机加工处理，同时轧制后会造成应力集中，还需进行退火处理。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单晶铜薄板制备装置及制备方法。

本发明是一种单晶铜薄板制备装置及制备方法，单晶铜薄板制备装置，包括牵引轮6，引锭单晶铜薄板7，冷却器8，凹槽23，加热装置10，水平圆形通液管11，连接法兰盘9，水平板状通液管24；水平圆形通液管11左端通过法兰盘9与熔炉14内的通液管相连，其周围有加热装置10且内部有感应器能控制温度，右端与水平板状通液管24相连；水平板状通液管24始端设有凹槽23，末端紧靠冷却器8其内部的感应器能控制冷却水的流量；距冷却器8预设距离设有牵引轮6，牵引轮6和引锭单晶铜薄板7能够同时调节牵引速度。

本发明的单晶铜薄板的制备方法，其步骤为：

（1）感应炉熔炼：将适量99.999%的纯铜为原料进行熔炼，熔炼温度控制在1130～1200℃；

（2）保温：在熔炼温度1130～1200℃下保温4～6h；

（3）热型连铸：保温后的金属液16进入水平圆形通液管11，加热装置10的温度感应器将感应温度设置在700～850℃，确保管道口的温度为700～850℃；

（4）拉制：牵引轮6和引锭单晶铜薄板7的牵引速度控制在5～15mm/min，冷却器8将冷却水量控制在30～50l/h，冷却距离为50～80mm。

本发明的有益之处是：首先将过热的液态金属通过绝热导管引入垂直放置的水平凹槽，凹槽外下侧按薄板厚度开口，再通过高温度梯度热型连铸方法，在开口处拉制出预定宽度和厚度的单晶板材。这种生产方法可直接生产出厚度为1mm～10mm，长度、宽度可随生产需求调节的单晶铜薄板，也可将所生产的单晶铜薄板进行轧制处理得到厚度更小单晶铜超薄板材。

附图说明

图1是水平式单晶铜薄板连铸设备结构示意图，图2是单晶铜薄板拉制装置主视图，图3是单晶铜薄板拉制装置俯视图，附图标记及对应名称为：1.驱动装置，2.塞杆，3.阀体，4.连接螺钉，5.单晶铜薄板，6牵引轮，7.引锭单晶铜薄板，8.冷却器，9.连接法兰盘，10.加热装置，11.水平圆形通液管，12.下端进液口，13.坩埚底衬，14.熔炉，15.搅拌器，16.金属液，17.坩埚，18.金属液杂质，19.陶瓷管，20.氮气，21.氮气管道，22.电动机，23.凹槽，24.水平板状通液管。

具体实施方式

如图1~图3所示，本发明是一种单晶铜薄板制备装置及制备方法，单晶铜薄板制备装置，包括牵引轮6，引锭单晶铜薄板7，冷却器8，凹槽23，加热装置10，水平圆形通液管11，连接法兰盘9，水平板状通液管24；水平圆形通液管11左端通过法兰盘9与熔炉14内的通液管相连，其周围有加热装置10且内部有感应器能控制温度，右端与水平板状通液管24相连；水平板状通液管24始端设有凹槽23，末端紧靠冷却器8其内部的感应器能控制冷却水的流量；距冷却器8预设距离设有牵引轮6，牵引轮6和引锭单晶铜薄板7能够同时调节牵引速度。

如图1所示，在熔炉14内有搅拌器15，由电动机22通过陶瓷管19控制；在坩埚17内部设有阀体3，其为中空套管，下端有下端进液口12，还与驱动装置控制1的塞杆2配套使用。

如图1、图2所示，通过对驱动装置1的控制使熔炼好的金属液16进入水平圆形通液管11，其管道外壁有加热装置10，能使金属液16直接进入单晶铜薄板的拉制装置。

如图1~图3所示，单晶铜薄板拉制装置中的水平圆形通液管11与水平板状通液管24连接处有圆弧过度。

如图2~图3所示，在水平板状通液管24的始端设有凹槽23。

如图1~图3所示，在水平板状通液管24的末端设有冷却器8，其内部设有感应装置，能控制冷却水的流量。

如图1~图3所示，在水平圆形通液管11和水平板状通液管24的外壁设有加热装置10，它的内部有感应装置能控制管内的温度。

本发明的单晶铜薄板的制备方法，如图1~图3所示，其步骤为：

（1）感应炉熔炼：将适量99.999%的纯铜为原料进行熔炼，熔炼温度控制在1130～1200℃；

（2）保温：在熔炼温度1130～1200℃下保温4～6h；

（3）热型连铸：保温后的金属液16进入水平圆形通液管11，加热装置10的温度感应器将感应温度设置在700～850℃，确保管道口的温度为700～850℃；

（4）拉制：牵引轮6和引锭单晶铜薄板7的牵引速度控制在5～15mm/min，冷却器8将冷却水量控制在30～50l/h，冷却距离为50～80mm。

如图1~图3所示，本发明主要是对单晶铜薄板拉制装置的设计，连接方式为水平圆形通液管11左端通过法兰盘9与熔炉14内的通液管相连，其周围有加热装置10且内部有感应器可控制温度，右端与水平板状通液管24相连。水平板状通液管24始端设有凹槽23，末端紧靠有冷却器8其内部的感应器可控制冷却水的流量。距冷却器8100～250mm有牵引轮6，其牵引轮6和引锭单晶铜薄板7可同时调节牵引速度。

图图1~图3所示，将适量99.999%的纯铜为原料进行熔炼，熔炼温度控制在1130～1200℃。在熔炉14内有搅拌器15，由电动机22通过陶瓷管19控制，可通过搅拌除去金属液16的氧气。同时在坩埚17内部设有阀体3，其为中空套管，下端有下端进液口12，同时还与驱动装置1控制的塞杆2配套使用，通过对驱动装置1的控制可改变金属液16的流量。金属液的流量应与单晶铜薄板拉制速度5～15mm·min^-1相匹配。将金属液16保温4～6h进行单晶铜板的拉制，金属液16流入水平圆形通液管11，它的左端通过法兰盘9与熔炉14内的通液管相连，其周围有加热装置10且内部有感应器可控制温度，单晶铜薄板拉制温度控制在1130～1200℃，右端与水平板状通液管24相连，连接部分有圆弧过度。水平板状通液管24始端设有凹槽23，可使金属液16充满整个水平板状通液管24，它的末端紧靠有冷却器8其内部的感应器可控制冷却水的流量，冷却水量为30～50l·h^-1，冷却距离为50～80mm，将结晶出口温度控制在700～850℃。距冷却器8100～250mm有牵引轮6，其牵引轮6和引锭单晶铜薄板7可同时调节牵引速度，拉制速度控制在5～15mm·min^-1的范围内，可制备出具有优良的机械性能、物理性能和光电性能的单晶铜薄板。