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1、第 1 1 卷增刊 V O L I 1 S u p p l 中国有色金月学报 T h e C h i n e s e J o u r n a l o f N o n f e nn o s Me t a l s20 0 1M a r 孺 精密铜及铜合金加工材的研究开发 钟卫佳， ， 闰晓东 2 ， 沈 健2谢水生2 ( 1 洛阳锅加工集团有限责任公司， 洛阳 4 7 1 0 3 9 ; 2 北京有色金属研究总院 加工中心， 北京 1 0 0 0 8 8 摘要 随 着以 电 子、 通 讯为 代表的 现 代 科 学 技 术的 迅 猛 发展， 市 场对 精密 铜及铜 合 金 加 工材 的 需 求量和
2、产品 质量要求迅速提高， 但目 前我国精密铜材大多不能自 行生产， 大量依靠进口。 主要由于 铜加工行业的总体技术水 平与发达国家差距较大， 其中 熔铸技术和精密铜板带生产技术是当前制约我国 精密铜材加工的两大瓶颐技术。 因 此大力开展精密铜材加工技术研究与开发是一项非常紧迫的任务， 并具有重要盒义。 主要措施是开展精密钥及铜 合金熔炼、 连铸技术以 及铜带轧制板形控制技术和消除残余应力技术的研究开发。 关扭词 精密 铜加工材; 加工 技术; 措施 1 我国精密铜材市场状况 建国5 0 年来， 我国铜及其合金加工材的生产 经历了 从无到有， 从小到大的发展， 尤其是经过改 革开放2 0 年来的
3、迅速发展， 已经形成了 较大规模 的工业化生产体系， 到1 9 9 8 年， 我国铜及其合金加 工材的生产能力已达2 5 7 万t / a ， 产量达到 1 2 5 万 t / a 1 , o 铜及铜合金加工材具有许多 优良 性能， 在国民 经济中有着广泛的用途， 在金属材料消费中仅次于 钢和铝， 位居第3 位。随着国民经济发展和人民生 活水平的不断提高， 我国铜加工材的消费量也迅速 增长， 1 9 9 0 年到1 9 9 8 年间平均年递增 1 7 . 6 %， 而 且仍有巨大的消费潜力。 特别是随着以电子、 通讯 等高 新技术为 代表的现代科学技术的迅猛发展， 对 精密铜及铜合金加工材的
4、需求量及质量要求越来越 高。 但由于我国铜加工行业总体技术水平比较落 后， 产品品种少， 精度低， 均匀性差， 表面质量不 高， 电子、 通讯、 机械、 轻工、 汽车、 航空航天、 军 工等部门急需的高新精密铜材大多不能自行生产， 只能依靠进口， 数量逐年大幅度增加。 1 9 9 8 年仅铜 及其合金加工材进口量就达5 4 . 7 万t ， 比上年增加 1 2 . 8 %， 花去外汇l 4 亿美元。 我国 铜加工材市场的 3 2 % 以上份额已 被国 外生产商占 据， 其中主要是高 新精密铜材， 国产高新精密铜材市场份额仅为5 % - 2 0 %。 这严重制约了我国高新技术产业和国民经 济 的
5、 发 展 2 - 4 1 精密铜材的进口品种主要包括引线框架铜带、 微电子用高强高导材料、 汽车水箱铜带、 冷凝管、 变压器铜带、 空调管、 高弹性被青铜带等。 例如 1 9 9 8 年我国自产引线框架铜合金带材不足 3 0 0 t , 且只能用于低档次的集成块， 其余9 3 %的铜带依靠 进口; 高精度敏青铜带5 0 0 t 全部依软进口; 至今 还没有能够专门生产0 . 0 5 -0 . 0 2 5 m m厚的尺寸精 度高、 耐蚀性好、 抗软化温度高的超长汽车水箱用 超薄铜带生产线， 国内 水箱带产量远不能满足汽车 工 业发 展的 需 要， 8 0 % 需 从国 外引 进 5 2 精密铜加
6、工技术现状及发展趋势 铜加工技术总的发展趋势是: 重视技术创新及 新技术的推广应用， 重视开发新产品， 特别是高技 术含量的产品， 且开发周期短， 更新换代快， 基本 做到应用一代、 储备一代、 研究一代， 以此作为新 的经济效益增长点。 对于精密铜材加工技术具体如 下。 1 ) 熔铸技术发展方向 工业发达国家在铜及铜合金熔炼铸造方面， 采 用主 要连续和 半连续铸造、 大功率感应器、 双向流 动 熔沟、 快速更换感应器和气 体保护熔炼铸造等， 采用先进的熔体处理和保护技术、 过拢技术进行金 属熔体净化， 锭坯成分控制严格， 冶金质量高， 铸 造成品率为9 3 %一 % 。 连铸法配合大型感应
7、炉或 竖炉熔炼， 使生产效率显著提商， 最高达8 5 t / h o 除水平连铸和立式半连铸外。 国外发达国家还 采用轮带式、 履带式连续铸造和上引法、 浸溃法连 铸方式生产各种铜合金， 连铸比可达7 5 %- 9 2 %, 尤其是对一些高精度、 高冶金质量要求的钢材， 国 作者摘介1 钟卫佳( 份5 6 一 ) ， 男， 教授级高级工程师 一， ， 尸甲 - - - - - 曰 . . . -份 1 尸 灯 ， 第 1 1 卷增刊 . 钟卫佳， 等: 精密润及炯合金加工材的研究开发 外普遍采用连铸的方法进行生产。 研究开发出先进 的 熔体处理和保护技术， 其中包括: 开发具有最佳 筱盖作用和
8、精炼效果的优质熔剂， 采用过滤进行金 属熔体净化， 真空严 戈 氛保护铸造， 使锭坯成分得 以严格控制， 使材料质量大大提高， 可满足各种电 子、 信息、 宇航、 汽车等高技术产业的要求。 表1 列出了国内 外铜合 金 熔炼铸造技 术的比 较情况 J 。 2 ) 精密铜板带板形控制及残余应力消除技术 随着徽电子、 汽车、 机械、 船舶工业的发展， 特别是以计算机信息网络技术为代表的高新技术产 业的快速兴起， 高精度、 高性能、 高质量的铜及铜 合金板带材的需求量越来越大， 对板形质量和残余 应力消除的 要求也 越来越高X 6 1 。 如超大规模集成电 路用引线框架材料、 汽车用超薄水箱带、 仪
9、器仪表 用精密弹性材料等对板形和残余应力的要求都非常 严格。 目 前， 国外先进铜带精轧机通常都配备有动态 调整板形的液压弯辊装置、 分段冷却装置、 张力控 制装置和板形仪自反馈控制系统。 采用液压压下、 液压正负弯辊、 A G C自动厚度调节、 A F C自动板 形控制、 分段冷却等联合板形控制技术来优化带材 板形， 减少带材内 部的残余应力。 对板形和内应力 要求高的 带材如I C引线框架材料等， 进行拉弯矫 直、 张力退火等精整处理， 成品带材板形表面好， 基本消除残余内应力， 质量均匀稳定。 液压弯辊控 制系统可使板材平直度达到5 0 1 左右， 配合张力控 制、 板形仪调整， 分段冷
10、却后可使带材平直度达到 1 5 一 2 0 1 ; 经拉弯 矫直 后可以 达到3 - 5 0 . 国内9 0 年代初引进了一批具有世界先进水平 的加工设备， 基本具备生产普通框架材料的技术和 装备， 但由于未能全面掌握轧制生产过程和后续精 整过程中的板形控制和残余应力消除技术， 一直未 能在高精度引线框架材料开发上取得突破。 主要表 现在尺寸精度低， 残余应力大且不均匀， 不符合超 大规模集成电路用集成块封装使用要求; 带材表面 清洁度差， 影响电镀和封接; 合金品种少， 国外用 于大规模集成电路的高强高导型合金已有几十种工 业化生产， 而我国只有 C u - P和C u - F e - P两
11、种最普 通合金， 高强高导合金带材的生产尚 属空白。 近年来国内个别铜加工企业根据市场发展需 要， 对一些生产线进行了技术改造， 引进了一部分 关键或配套装备， 如铜带精轧机和拉弯矫直设备， 某些轧机也配备了 板形仪， 并对高精铜及钢合金带 材生产技术进行了前期开发， 但由于没有针对板形 控制及残余应力消除技术等精密钥带生产的共性关 键技术进行专项研究开发， 其效果并不明显。 对板 形控制工艺参数与技术的了解尚不全面， 未进行专 项研究开发; 对引进设备技术的消化与吸收工作尚 不完善; 对拉弯矫直工艺技术的研究也尚未开展， 难以充分发挥现有装备技术优势， 精密铜薄带拉弯 矫直后板形只能达到1
12、5 - 2 9 1 左右. 而且板内 残余 应力大且不均匀， 制约了引线框架铜带、 超薄汽车 水箱带、 精密锹铜带等高性能铜带的开发、 生产使 用和技术发展。 可见， 国内 精密铜材的产量及产品质量远远满 足不了国内市场的需求， 精密铜加工技术与发达国 表1 国内 外用及炯合金熔炼铸造技术水平比较 项目国内国外 感应电炉容It一般0 . 5 - 5 1 ， 吸近从国外引进感应电炉2 4 台一般容i f 为1 . 5 - 2 0 t , 最大容A6 0 t 感应器与炉体整体结构不可拆卸可快邃更换 炉龄一般0 . 4 一1 . 5 .炉室3 - 5 s , 感应器 1 . 5 - 3 a 铸倪铃造
13、 扁 锭少致铸 1 8 0 mm x 6 5 0 二 1 根多数铃 1 8 0 m t n x 6 5 0 -1 0 5 0 m m I 根 日悦少掀铸d 2 9 5 m m以上. 根多放厂 铸 d 3 0 0 m t n 6 根 连铸F t 1 0 %- 8 0 % 8 0 %-9 0 % 生产率2 - 2 . 5 t /b 6 -1 5 t / h 成品率 立式半连铸8 0 %-8 6 % 9 3 %- 9 5 % 卧式连续祷造9 0 % 9 6 % 水平连铸 国内引进 1 4 条生产线， 铸坯宽度2 4 0 -6 5 0 - . 国外有 . 0 0 余条生产线. 带宽2 0 0 - 8
14、0 0 - , 同时铸4条; 国内自 剑的生产线 最宽铸4 4 0 -管 坯d 2 5 / 5 t ru e - 3 0 0 / 5 0 t m n , 最多同 时铃4 根。 - 一一一一，一-r下-，-，甲甲，犷 翻折 2 1 16，中国有色金属学报2 ( 旧1 年 5 月 家存在一定差距， 需要加强这方面的工作。 3 原因及措施 产生这种局面的主要原因不是生产设备条件问 题， 而是我国尚未解决精密铜材生产的关键技术。 精密钢材要求产品成分准确均匀， 尺寸精度高， 综 合性能好， 具有优良表面质量， 板带板形好， 无残 余内 应力， 能满足不同的使用要求。 这不仅对加工 设备条件提出高要求，
15、 对生产工艺技术条件的要求 也非常苛刻。 虽然经过几十年的发展， 我国钢加工 技术取得了很大的发展， 但与国外先进水平相比仍 存在较大差距， 除少数铜加工企业引进国外先进设 备和技术外， 大部分企业的技术水平仍停留在六七 十年代水平， 甚至还有少数地方和乡镇企业仍停留 在五 六十 年代的 技术水平; 另一方面， 大部分具省 国际或国内 先进装机水平的设备， 由 于生产技术不 配套， 没有充分发挥作用。 绝大多效 子 二 品( 特别是 引线框架材料等精密铜加工材) 的实物质量与国外 同类产品相比还有较大差距， 产品精度比国外差一 个数量级， 劳动生产率差1 o -1 s 倍， 产品表面质量 差，
16、 性能不均匀， 能耗高， 阻碍了产品品种的更新 换代， 严重制约了高附加值精密铜加工材的开发与 生产。 当前制约我国高新精密铜材加工的两大瓶颈技 术是熔炼连铸技术和板形控制及残余应力消除技 术。 高 新精密钢材的质量问题有叨%是由熔铸时 的冶金缺陷造成的。 精密铜材从化学成分上说越来 越向添加多种合金元素的方向发展， 且组元成分控 制范围很窄。 变质处理的效果好， 但易烧损。 加人 的元素增多， 产生成分不均， 宏观偏析和徽观偏析 的可能性越来越大。 因 此必须从工艺技术上解决成 分、 组织结构准确均匀的问题。 我国的铜加工行业 在熔铸方面还存在以 下间题， 制约着高新精密铜材 的生产， 具体表现为: 与连铸相关的技术问题没有 得到研究开发。 包括结晶器结构、 材料、 连铸工艺 理论、 熔体净化及保护技术等， 如: 被青钢生产中 绝大多数是敞开熔炼， 被的
