一、無(wú)氧銅

1.概述

1號(hào)、2號(hào)無(wú)氧銅板TU1、TU2是含氧量極少的銅，具有純度高，導(dǎo)電，導(dǎo)熱性高的特點(diǎn)，無(wú)“氫病”或極少“氫病”。含磷量極低的無(wú)氧銅，與玻璃封結(jié)性好，加工性能，焊接性，耐蝕性，耐寒性均好。無(wú)氧銅主要用于電真空儀器儀表用零件，廣泛用于匯流排，導(dǎo)電條，波導(dǎo)管，同軸電纜，真空密封件，真空管，晶體管的部件等。

2.無(wú)氧銅物理化學(xué)成份

TU1，銅含量：99.97以為，雜質(zhì)總和≤0.03

TU2：銅含量：99.97以上，雜質(zhì)總和≤0.05

①無(wú)氧銅熱性能

熔點(diǎn)：1082.5～1083℃。

熱導(dǎo)率：20℃時(shí)為391W/(m·℃)。

比熱容：20℃時(shí)為385J/(kg·℃)。

②TU1無(wú)氧銅質(zhì)量特性： 無(wú)氧銅20℃時(shí)，凝固時(shí)的收縮率為4.92%，密度為8.94g/cm3。

③無(wú)氧銅電性能 20℃時(shí)導(dǎo)電率為g=101.4% IACS,700℃退火，30min后測(cè)定。 20℃時(shí)電阻率為ρ=0.0171μΩ·m。

④無(wú)氧銅磁性能： 無(wú)氧銅為抗磁性，室溫質(zhì)量磁化率為-0.085×10-6m3/kg。

⑤無(wú)氧銅化學(xué)性能

抗氧化性能：銅在高溫時(shí)氧化速度顯著提高，在大氣中，與室溫下即緩慢氧化。

耐腐蝕性能：無(wú)氧銅在大氣、純凈淡水、流速不大的海水中均耐腐蝕，對(duì)非氧化性酸類也有良好的抗力，但對(duì)氧化性酸類、濕氨、濕鹵素、硫化物和含銨離子溶液抗腐蝕性很低。

⒊無(wú)氧銅熱加工處理規(guī)范

無(wú)氧銅熱加工與熱處理規(guī)范為：

退火溫度：375～650℃.

熱加工溫度：750～875℃.

⒋無(wú)氧銅力學(xué)性能

⑴無(wú)氧銅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能

根據(jù)GU/T14953-1994規(guī)定，線材反復(fù)彎曲性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為：直徑不小于0.3mm的線材在氫氣退火后反復(fù)彎曲試驗(yàn)，彎曲試驗(yàn)次數(shù)不少于10次。

⑵無(wú)氧銅室溫及各種溫度下的力學(xué)性能

①硬度：室溫硬度：HBS35～45(M態(tài))，HBS85～95(Y態(tài))。

②拉伸性能：

室溫下TU2銅板材的拉伸性能為：σb=350～390MPa，δ=3%～5%（Y態(tài)）

σb=220～235MPa，δ=45%～55%（M態(tài)）

③沖擊性能：沖擊韌性：αKU=1560～1760kJ/㎡

④扭轉(zhuǎn)和剪切性能：剪切強(qiáng)度：τ=210MPa（Y態(tài)）：τ=150MPa（M態(tài)）

⑤疲勞性能：高周疲勞強(qiáng)度極限為：TU2板材，冷變形50%。循環(huán)次數(shù)108周，σD=119MPa。

⑥彈性性能：彈性模量：E=117.2GPa。切變模量：G=44.1GP

目前，隨著我國(guó)真空電子器件、電氣、微電子等高科技領(lǐng)域的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)無(wú)氧銅的需求量越來(lái)越大，對(duì)材質(zhì)提出的要求也越來(lái)越高。如何生產(chǎn)高品質(zhì)無(wú)氧銅（TU0、TU1）滿足市場(chǎng)需要，是銅加工企業(yè)面臨的一大課題。

二、影響無(wú)氧銅質(zhì)量的主要因素

1.主要因素

① 原材料質(zhì)量

② 氧的影響

③ 熔煉裝備的密封

無(wú)氧銅生產(chǎn)遵循“精料、密封、精煉”的工藝原則，嚴(yán)把原輔材料質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格工藝制度和操作規(guī)程，采取有效檢測(cè)手段，提高無(wú)氧銅質(zhì)量，是目前無(wú)氧銅生產(chǎn)中可行的有效控制手段。

2.無(wú)氧銅氧含量影響因素及其控制

氧含量是無(wú)氧銅材的一項(xiàng)非常的重要指標(biāo)，影響無(wú)氧銅氧含量的因素較多，以下是主要的影響因素及控制措施：

(1)原料陰極銅  

氧含量確實(shí)存在較大差異（***低3ppm，***高90ppm）。高品質(zhì)（TU0、LC1011、TU1）無(wú)氧銅生產(chǎn)對(duì)原料陰極銅的要求高，一般應(yīng)選用高純陰極銅。

(2)熔體覆蓋與保護(hù)  

2.1 熔體覆蓋

木炭是無(wú)氧銅熔煉***好的覆蓋劑。木炭覆蓋在熔體表面上，不僅有防氧、防吸氣的作用，還能起到很好的脫氧作用。木炭的脫氧反應(yīng)是：

Cu₂O +C=2Cu+ CO

Cu₂O + CO =2Cu + CO₂

木炭的質(zhì)量對(duì)熔體的脫氧效果有較大的影響，對(duì)各類木炭進(jìn)行了分析，結(jié)果見表2。應(yīng)選用櫟木等木材燒出的白炭作為無(wú)氧銅的脫氧劑。此外，木炭應(yīng)煅燒（500℃～800℃）且不宜久放，應(yīng)即烤即用。

2.2 氣體保護(hù)

在熔煉爐和保溫爐內(nèi)（保溫爐爐頭部位也應(yīng)通入氮?dú)猓┩ㄈ攵栊詺怏w（氮?dú)猓鸬礁艚^空氣，防吸氧、吸氣以及減少木炭損耗的作用；在銅液轉(zhuǎn)注過程中，流槽內(nèi)的熔體流速快，波動(dòng)大，使用固體覆蓋劑易裸露液面，應(yīng)采用惰性氣體（氮?dú)猓┗蛎簹膺M(jìn)行保護(hù)。

(3)密封  

目前國(guó)內(nèi)無(wú)氧銅熔煉設(shè)備與國(guó)外有一定差距，關(guān)鍵是在密封技術(shù)上。如采用進(jìn)口無(wú)氧銅爐組（密封好，僅用不煅燒的普通木炭）生產(chǎn)的C10200無(wú)氧銅鑄錠氧含量在10ppm以下的占99%以上，而其它國(guó)產(chǎn)設(shè)備（用煅燒木炭）生產(chǎn)的C10200無(wú)氧銅鑄錠氧含量在10ppm以下的不足90%。這一點(diǎn)說(shuō)明設(shè)備密封狀況對(duì)無(wú)氧銅鑄錠氧含量的控制是何等關(guān)鍵。

(4)精煉脫氧  

一般來(lái)說(shuō)，即使是高純陰極銅，其基礎(chǔ)氧含量大多在10ppm以上，要滿足部分客戶要求的氧含量在5ppm以下的無(wú)氧銅需要，必須進(jìn)行精煉脫氧處理。

除用優(yōu)質(zhì)的煅燒木炭脫氧處理外，加入適量的Cu-P合金脫氧，來(lái)保證無(wú)氧銅的氧含量要求。另外，為進(jìn)一步達(dá)到除氧效果，近幾年發(fā)展的一項(xiàng)無(wú)氧銅熔體除氧技術(shù)——通過透氣磚往爐膛內(nèi)通入一氧化碳和氮?dú)?，利用一氧化碳的還原作用，達(dá)到對(duì)銅液中氧的除去目的。

(5)鑄錠加熱  

為滿足用戶對(duì)無(wú)氧銅氧含量的要求，無(wú)氧銅錠在后續(xù)的加工過程中，還需防止表面滲氧。在無(wú)氧銅錠的加熱過程中，需控制好加熱溫度和加熱時(shí)間。

無(wú)氧銅鑄錠的加熱滲氧與加熱溫度和加熱時(shí)間關(guān)系密切，圖1為無(wú)氧銅鑄錠在空氣條件下滲氧深度與加熱溫度和加熱時(shí)間的關(guān)系。

三、無(wú)氧銅縮尾問題及控制

1.無(wú)氧銅縮尾問題  

高品質(zhì)無(wú)氧銅（如LC1011、TU1）棒材大多用在真空開關(guān)及其它一些電真空器件上，如果棒材存在縮尾缺陷，勢(shì)必會(huì)影響到這些高真空器件的質(zhì)量及使用壽命，因此無(wú)氧銅材料絕對(duì)不允許存在縮尾缺陷。

2.縮尾產(chǎn)生的原因  

① 鑄錠表面質(zhì)量不好；

② 擠壓速度過快；

③ 擠壓筒清理不凈；

④ 壓余厚度不夠。

3.縮尾的主要控制措施  

（1）定期修磨擠壓筒，擠壓時(shí)逐根清理擠壓筒；

（2）加強(qiáng)設(shè)備的檢修和維修，確保設(shè)備和工模具的精度；

（3）留夠適當(dāng)?shù)膲河啵?/span>

（4）適當(dāng)加大擠壓的扒皮量；

（5）擠壓速度要控制適當(dāng)，不宜過快；

（6）控制鑄錠表面質(zhì)量；

（7）采用探傷檢查把關(guān)。

四、結(jié)束語(yǔ)

氧含量作為無(wú)氧銅的一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，在生產(chǎn)過程中，要滿足用戶對(duì)這一指標(biāo)越來(lái)越高的要求，必須精選高品質(zhì)的陰極銅原料、確保設(shè)備處于良好的密封狀態(tài)、重視精煉脫氧環(huán)節(jié)的工藝控制，尋求新的工藝技術(shù)來(lái)提高脫氧效果；用于電真空器件的高品質(zhì)無(wú)氧銅棒材的縮尾缺陷，嚴(yán)重影響到用戶的產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)引起相關(guān)技術(shù)質(zhì)量部門的高度重視，在相應(yīng)的縮尾檢驗(yàn)把關(guān)環(huán)節(jié)，應(yīng)采用***有效的檢驗(yàn)方法，充實(shí)檢驗(yàn)人員力量，加強(qiáng)檢驗(yàn)人員的培訓(xùn)與管理，增強(qiáng)質(zhì)量意識(shí)，落實(shí)責(zé)任，保證無(wú)氧銅的產(chǎn)品質(zhì)量。

來(lái)源：《理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)》微信公眾號(hào) 選自：《理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)》 Vol.52 2016.10 作者：李湘海