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1、压延铜箔生产技术探讨铜加工 2011 年第 4 期(总第 124 期)压延铜箔生产技术探讨冯天杰韩新俊徐继玲于连生常保平(菏泽广源铜带股份有限公司 274040)摘要:本文主要探讨了压延铜箔生产过程中的技术要点,包括厚度控制,板型控制以及铜箔表面质量控制等.关键词:压延铜箔;生产技术;厚度;板型;表面质量引言 1.铜箔厚度控制工业用铜箔按其生产方式的不同,分为压延铜箔和电解铜箔两大类.压延铜箔以铜带坯为母材,工艺流程涉及轧制,退火,脱脂清洗及表面功能性处理等过程,其组织结构是精细的层片重叠状加工组织,具有比电解铜箔更好的传导性,抗弯曲性,延展性,耐化学性,平滑性等特性,主要用于制作挠性印制电路
2、板,锂离子电池,电磁屏蔽材料,软连接,电池电极集流网等,广泛应用于航空航天,军工,计算机与通讯,汽车电子,医疗设备,高端消费型电子产品等领域,是一种高端电子产品的核心基础材料.压延铜箔的生产难度大,设备精度要求高,国内的高精压延铜箔生产尚处于起步阶段,相关的研究刚刚开始.目前世界压延铜箔的生产厂家主要有日本日矿公司,美国奥林公司(Olin), 日本福田金属箔粉公司等少数生产厂家,上述公司对压延铜箔的生产技术非常封闭,无与外界交流的任何公开文献资料.我公司目前在开展压延铜箔项目,对压延铜箔生产技术进行了前期的开发研究,并在现有设备上试轧制成功,轧制出 0.OlOmm220ram 的铜箔样品 .本
3、文针对铜箔生产中的一些技术要点进行探讨和分析.与铝箔轧制相同,铜箔轧制也属于极限压延,在 0.035mm 以下厚度轧制时使用元(负 )辊缝为主体的 AGC 控制方式.在无(负 )辊缝状态下,轧辊的变形已是一个非圆轮廓,不能通过轧制力的改变去补偿这个变形,即轧制力的增强变化对箔材厚度的变化影响已经很小(轧机辊隙稳定的前提下),故需采用速度效应和张力效应来减薄 J.在铜箔轧制过程中,影响铜箔厚度的主要因素有工作辊径,轧制速度,轧制张力等几个方面.1.1 工作辊径根据斯通方程,轧制箔材厚度越薄,则工作辊辊径应越小.图 1 表明了工作辊直径与最小可轧厚度关系.可以看出,随工作辊直径的增加,最小厚度也随
4、之增大.根据图1 所示,如当工作辊径约为 125mm 时,选择合适润滑,获得摩擦系数为 0.O10.05,g奏:00摩擦系数-o05-004I一0l/,/,/一/,=一,一J_-”2J工作辊矗径,舢 l图 l 工作辊径尺寸与最小可轧厚度关系图?19?可以获得最小厚度范围为 0.0060.025mmo如果采用的工作辊直径太小,则不易获取更高的轧制速度用于减薄.因此,对于铜箔轧制,应当综合考虑最小可轧厚度及轧制速度,来获得合适的工作辊径.1.2 轧制速度轧制速度是铜箔轧制的一个重要参数,其大小直接决定轧机的生产效率,也是衡量轧制技术水平高低的重要指标.同时,轧制速度是实现箔材轧制厚度减薄的重要因素
5、.轧制速度越高,则进入变形区的油膜厚度越厚,有利于厚度减薄.随轧制速度的增加,摩擦系数则降低,减少了变形阻力能量消耗.1.3 轧制张力轧制张力对厚度的调节功能与轧制时的摩擦因数有关,摩擦因数越小,张力的厚度调节功效越大”,润滑油膜厚度与轧辊粗糙度决定了轧制摩擦,速度越高则进入轧辊间的润滑油量越多,但随着轧制过程的进行,热力学条件会变化,轧制摩擦力会随着温度的升高而升高,在生产时还需要考虑润滑油的粘度变化对润滑条件的影响,找到合适的速度油量粘度张力组合关系.1.4 厚度不匀产生的原因及解决方法箔材在轧制过程中会出现厚度不匀的现象,主要原因有轧机辊隙不稳定,轧辊偏心,来料厚度不匀,来料硬度不匀等.
6、如轧机辊隙不稳定,在压延尤其是箔材的极限压延过程中就易出现压靠不实.解决方法主要有:(1)确保轧机辊系的完好匹配,防止辊隙失稳;(2)对来料厚度精度及性能提出更高的要求,保证厚度,性能均匀一致;(3)在设计轧制工艺时,综合考虑轧制速度,张力及润滑冷却等参数.2.铜箔板型控制2.1 轧辊控制初始轧制时轧辊处于常温状态,随着轧?20?制过程的进行,轧辊会产生膨胀,从而影响AFC 板型控制系统的补偿 ,故选用的轧辊辊径应较大,辊径越大则对于与箔材接触的轧辊的外延区域膨胀率越小,影响也就越低.在无辊缝轧制时,弯辊及压力控制已基本无法纠正板形,板形控制主要依靠以下方式:(1)辊形控制;(2)冷却液控制;
7、轧辊凸度在升速和稳速过程中有所不同,稳速较升速过程轧辊凸度大,轧辊中间因温度较边部高,区域变形量大,与原始辊型差别较大,如图 2 所示,需要更多的冷却液冷却.图 2 轧辊热变形不匀中间凸在卷取前箔材中间与边部区域的温差会导致箔材冷却后的板形变化,采用冷却液分段控制对辊型及板形的改善有一定的滞后性,故某些轧机制造厂家的轧制油采用不同温度冷却液分段冷却方式,图 3 是此种方式的一种方法,在边部喷淋热轧制油,以便在稳速轧制时保持辊型的稳定,防止产生如图2 所示的情况,采用此种方式在轧制过程中也更利于对箔材板型控制的及时有效性.图 3 工作棍分段冷却示意图2.2 轧辊粗糙度辊面粗糙度需均匀一致.轧辊表
8、面粗糙度的均匀性对板形控制相当重要,粗糙度不均匀,工作辊与铜箔间的摩擦不均匀,造成铜箔变形不均,易造成局部波浪,严重时易产生压折,使轧制过程不能继续,同一根轧匀一致.这对轧辊磨床2磨削3,糙度等提出鑫床.熨平辊小.随警呈竺苎铜箔卷取切点后方将盖起鼓褶皱,如图 4 所示坦胱州箔材卷取方向罂速卷取过程中,熨平辊的耄耋的范围:亩萼孽现象;嚣损伤;为翥偏性,熨平辊两端压力 r 溉璺等表的粗糙度较电解铜箔好,了便享毒有夺塑大铜茹誊要为亚度.蒿喜调薹芝箔材表面嚣 beck 曲线,如图 5 所示:一.Ju 卜疑誊黼 I 孳膜厚度,艿为综合表面粗括箔材表面粗度薹度下:艿:的妾 2,会产生牟摩擦,对铜箔响,在边
9、藩的减薄,要的抛光作苫,故采控制麓.铜箔表面 51j,m,电镀前仍需进行粗一33- 表面针孔控制一.智由:生的原因较多,润滑油,空耋程中都亩着雾外葫环高要求oJdJ”产生压延针孔南某星芎一个影响张力快,均可能产生大量针孔.;?21.明显的改善,成品表面质量越来越好,广泛受到国内外客户的好评.参考文献1霍国启.冷轧薄板退火粘结的原因与对策.轧钢,1994.1:13162程书生.浅论粘结形成机理及对策J 安徽冶金.2006,(o4).3王悦 ,教飚 .冷轧带钢退火粘结缺陷影响因素的研究及控制措施J辽宁科技学院,2007,(01).4王瑾 .碳钢冷轧罩式退火炉粘接缺陷种类及原因分析J机械研究与应用,
10、2010,(06).(上接第 21 页) 因此,轧制工作环境洁净度应在 10 万级以上,轧制油过滤精度应小于5;轧制速度稳定;且要求铜箔来料带坯组织均匀,性能一致.针对在线生产过程,安装针孔在线监测系统,及时把握针孔缺陷情况,对工艺参数,环境条件做出调整.4.总结与展望压延铜箔生产是一个较高的技术水平,管理水平,设备水平,环境水平的过程.本文主要从生产技术角度对铜箔厚度控制,板型控制和铜箔表面质量控制等方面进行了探讨.分析了工作辊直径,轧制速度,轧制张力等因素对厚度减薄的影响;阐述了如何应用轧辊控制,轧辊粗糙度及熨平辊等手段来获得良好板型的铜箔;说明了铜箔表面质量的要求及针孔缺陷控制方式等.压
11、延铜箔是个投资较大,生产工艺技术要求高和生产环境设置高的项目.尤其是铜箔生产技术难度高,且现有的技术皆掌握在少数的外国公司手中,技术封锁十分严重.目前我国在压延铜箔生产上刚刚起步,虽然在压延铜箔技术理论方面取得一定的成绩,但仍存在技术工艺不成熟,生产管理经验不足,仍需在生产实践中不断摸索总结,积累经验,技术创新,改进工艺,提高产品质量和成品率.参考文献1梁志立.中国 FPC 的现状与未来J.印制电路信息 ,2005,4:11 一 l4.2赵玲艳.铿离子电池用铜箔的应用与发展现状J.有色金属加工,2008,1:8 一 l0_3李晓敏.我国压延铜箔的生产与消费J.上海有色金属,2010,3:124127.4黄建斌,李逸民.压延铜箔的生产及应用c.中国铜加工技术与应用论坛文集.北京:中国有色金属加工工业协会.2008.5上妻正大,杨湘生.箔材轧制及其相关的理论和计算J.轻金属,1983,4:6064.6余同希,王大钧.塑性力学和地球动力学文集c.北京:北京大学出版社.1990.155160.7张宏昌.铝箔轧制中张力的厚度调节功效】. 中国机械工程,2008,14:17481750.?25?
