一种高密高导无氧铜材及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及用于核电、高端设备制造领域的高密高导无氧铜，特别是一种用于核电核聚变、医疗设备质子刀制造的高密高导无氧铜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]核聚变因其不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料直接取自海水中富有的氘、氚，因此是理想的能源供给方式。核聚变发电机组中的巨型发电机，必须具有高效的冷却系统，以维持正常的发电作业。冷却介质和方式直接影响发电机的发电能力，目前所用的冷却方法主要有空气冷却、氢气冷却和水冷却。空气冷却效能最低，氢气冷却比空气冷却效能要高3?4倍，由于水的热容量大、导热和散热能力强，因此水冷却效果最好，比空气冷却效能高40?50倍。因此在核聚变发电机组中优选水冷却系统保证发电机组的正常运行。
[0003]无氧铜由于其优良的导电导热性能成为核聚变发电机组中水冷却系统的首选材料。然而，由于其应用环境复杂和应用领域的特殊性，不允许出现任何质量事故，对材料的要求非常高，无氧铜由于其杂质含量低，氧含量少，其导电导热性能优越，由于其密度较高，其抗压性能高，能很好的满足上述要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种高密高导无氧铜材及其制备方法，制得的纯铜或银铜排材具有导电导热率高，抗压能力强等特点。
[0005]为了实现本发明的目的，采用的技术方案是:
[0006]—种高密高导无氧铜材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]1)、前处理:选用I号电解铜作为原料，对所述电解铜表面进行除锈，除铜绿、铜豆处理，然后烘干；
[0008]2)、熔炼:熔炼加热温度控制在1140?1240°C，熔炼过程中铜液表面采用煅烧彻底的木炭覆盖，覆盖厚度为180?200cm ;
[0009]3)、除渣除氧:熔炼完成后保温，在保温过程中通过惰性气体把含稀土的精炼剂加入熔体，对熔体进行除渣和除氧处理，并一直通惰性气体于炉体内，对熔体进行再次覆盖保护，起到隔绝氧气和脱氧效果；
[0010]盖好炉盖，持续对炉体内通入上述惰性气体，使炉体内保持正压，静置10?30分钟，
[0011]4)、浇注:在石墨结晶器中浇注成型，浇铸温度1150°C?1180°C，浇注时用煅烧过的烟灰对结晶器中的铜液进行覆盖；
[0012]5)、冷却:石墨结晶器的冷却系统选用4个相互垂直入口，且进水方向为沿结晶器外圆切线方向进行水冷却。这样保证了冷却效果，同时保证了水流在结晶器中的充分对流，保证了冷却的均匀性，保证了铸锭的组织均匀细小，减少了气孔、缩孔的出现。
[0013]优选地:所述木炭煅烧时进行挑选，剔除未烧透的和含水量高的木炭，并且选择粒径大小为20?60mm的木炭，然后再进行煅烧烘干。
[0014]优选地:所述稀土为Ce或者Zr。
[0015]优选地:所述稀土含量为I?10%，更优选地是5?8%。
[0016]优选地:所述惰性气体为氮气或者氩气。
[0017]优选地:所述石墨结晶器的纯度为99.9%。浇注所用的石墨棒、石墨碗、石墨浇头、石墨结晶器均采用纯度达到99.9%的高纯石墨。
[0018]优选地:所述铸造速度为80?120mm/min，所述冷却水压0.08?0.15MPa。
[0019]本发明还公开了根据上述高密高导无氧铜材的制备方法制得的铜材。
[0020]本发明具有的有益效果:
[0021]能够制备出氧含量在8ppm以下的铜材，并且导电率比常规无氧铜高出1% IACS,密度在8.93g/cm3及以上。可解决现有的一般纯铜或银铜排材导电导热率较低，密度小，抗压能力不足的技术问题。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅仅局限于实施例。
[0023]实施例1:
[0024]I)选用1#电解铜作为原料，对电解铜进行表面除锈、出铜绿、铜豆处理，并进行烘干处理，加入750kg有芯电炉中；
[0025]2) 1#电解铜分批次加入，加热熔炼，熔炼温度为1200°C，熔炼过程中铜液表面采用煅烧过、挑选过的烟灰覆盖，覆盖厚度为180cm ;
[0026]3)用氩气将0.1 %的含稀土自制精炼剂加入到熔体中进行除渣除氧处理；
[0027]4)保温，炉体内通入氮气保护，并盖好炉盖，静置10分钟后出炉浇铸，浇铸温度1160 0C ；
[0028]5)保温结束后进行铸造，垂直铸造，铸锭直径150mm，铸造速度为110mm/min，冷却水压 0.08MPa ；
[0029]制备的高导高密无氧铜材密度为8.93g/cm3，氧含量为7ppm，水封挤压后导电率为
99.7% IACS ；
[0030]实施例2:
[0031]I)选用1#电解铜作为原料，对电解铜进行表面除锈、出铜绿、铜豆处理，并进行烘干处理，加入750kg有芯电炉中；
[0032]2) 1#电解铜分批次加入，加热熔炼，熔炼温度为1210°C，熔炼过程中铜液表面采用煅烧过、挑选过的烟灰覆盖，覆盖厚度为200cm ;
[0033]3)用氩气将0.3%的含稀土自制精炼剂加入到熔体中进行除渣除氧处理；
[0034]4)保温，炉体内通入氮气保护，并盖好炉盖，静置25分钟后出炉浇铸，浇铸温度1180 0C ；
[0035]5)保温结束后进行铸造，垂直铸造，铸锭直径150_，铸造速度为115mm/min，冷却水压 0.1MPa ；
[0036]制备的高导高密无氧铜材密度为8.95g/cm3，氧含量为5ppm，水封挤压后导电率为100.6% IACS ；
[0037]实施例3:
[0038]I)选用1#电解铜作为原料，对电解铜进行表面除锈、出铜绿、铜豆处理，并进行烘干处理，加入1500kg有芯电炉中；
[0039]2) 1#电解铜分批次加入，加热熔炼，熔炼温度为1210°C，熔炼过程中铜液表面采用煅烧过、挑选过的烟灰覆盖，覆盖厚度为190cm ;
[0040]3)用氩气将0.05%的含稀土自制精炼剂加入到熔体中进行除渣除氧处理；
[0041]4)保温，炉体内通入氮气保护，并盖好炉盖，静置15分钟后出炉浇铸，浇铸温度1175°C ；
[0042]5)保温结束后进行铸造，垂直铸造，铸锭直径250mm，铸造速度为85mm/min，冷却水压 0.15MPa ；
[0043]制备的高导高密无氧铜材密度为8.94g/cm3，氧含量为4ppm，水封挤压后导电率为100.2% IACS ；
[0044]实施例4:
[0045]I)选用1#电解铜作为原料，对电解铜进行表面除锈、出铜绿、铜豆处理，并进行烘干处理，加入750kg有芯电炉中；
[0046]2) 1#电解铜分批次加入，加热熔炼，熔炼温度为1190°C，熔炼过程中铜液表面采用煅烧过、挑选过的烟灰覆盖，覆盖厚度为180cm ;
[0047]3)用氩气将0.08%的含稀土自制精炼剂加入到熔体中进行除渣除氧处理；
[0048]4)保温，炉体内通入氮气保护，并盖好炉盖，静置15分钟后出炉浇铸，浇铸温度1170。。；
[0049]5)保温结束后进行铸造，垂直铸造，铸锭直径150mm，铸造速度为120mm/min，冷却水压 0.13MPa ；
[0050]制备的高导高密无氧铜材密度为8.94g/cm3，氧含量为6ppm，水封挤压后导电率为
100.4% IACSo
[0051]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
【主权项】
1.一种高密高导无氧铜材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)、前处理:选用I号电解铜作为原料，对所述电解铜表面进行除锈，除铜绿、铜豆处理，然后烘干； 2)、熔炼:熔炼加热温度控制在1140?1240°C，熔炼过程中铜液表面采用煅烧彻底的木炭覆盖，覆盖厚度为180?200cm ; 3)、除渣除氧:熔炼完成后保温，在保温过程中通过惰性气体把含稀土的精炼剂加入熔体，对熔体进行除渣和除氧处理，并一直通惰性气体于炉体内，对熔体进行再次覆盖保护，起到隔绝氧气和脱氧效果； 盖好炉盖，持续对炉体内通入上述惰性气体，使炉体内保持正压，静置10?30分钟后出炉浇注， 4)、浇注:在石墨结晶器中浇注成型，浇铸温度1150°C?1180°C，浇注时用煅烧过的烟灰对结晶器中的铜液进行覆盖； 5)、冷却:石墨结晶器的冷却系统选用4个相互垂直入口，且进水方向为沿结晶器外圆切线方向进行水冷却。2.根据权利要求1所述的高密高导无氧铜材的制备方法，其特征在于:所述木炭煅烧时进行挑选，剔除未烧透的和含水量高的木炭，并且选择粒径大小为20?60mm的木炭，然后再进行煅烧烘干。3.根据权利要求1所述的高密高导无氧铜材的制备方法，其特征在于:所述稀土为Ce或者Zr。4.根据权利要求1所述的高密高导无氧铜材的制备方法，其特征在于:所述惰性气体为氮气或者氩气。5.根据权利要求1所述的高密高导无氧铜材的制备方法，其特征在于:所述稀土含量为I?10%。6.根据权利要求1所述的高密高导无氧铜材的制备方法，其特征在于:所述铸造速度为80?120mm/min，所述冷却水压0.08?0.15MPa07.根据权利要求1?权利要求6中任一项权利要求所述的高密高导无氧铜材的制备方法制得的铜材。
【专利摘要】本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高密高导无氧铜材的制备方法，选用1号电解铜作为原料，进行除锈等前处理后烘干；然后熔炼，熔炼过程中铜液表面用煅烧彻底的木炭覆盖，隔绝空气；熔炼完成后通过惰性气体把含稀土的精炼剂加入熔体，对熔体进行除渣和除氧处理；静置后浇注：在高纯的石墨结晶器中浇注成型，浇注时用煅烧过的烟灰对结晶器中的铜液进行覆盖。本发明具有的有益效果：能够制备出氧含量在8ppm以下的铜材，并且导电率比常规无氧铜高出1％IACS，密度在8.93g/cm3及以上。可解决现有的一般纯铜或银铜排材导电导热率较低，密度小，抗压能力不足的技术问题。
【IPC分类】B22D11/111, C22C1/06, B22D11/055, C22C21/00
【公开号】CN105132730
【申请号】CN201510540231
【发明人】周洪雷, 徐岗, 李红雷
【申请人】上海飞驰铜铝材有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月28日