铜,我们生活中最常见的金属之一,没人会觉得它稀奇。
但如果我告诉你,我国的铜也曾被长期被国外“卡脖子”,你信吗?这确实是真的,只是国外垄断的不是一般的铜,而是纯铜。
所谓的“纯”是什么概念呢?按照国际标准,无氧铜中的氧含量不得超过0.003%,杂质总含量不超过0.05%,而铜的纯度则应超过99.95%。
普通的铜制品多采用铜合金,其纯度大约为99%。
而我国目前能够生产出来的超纯铜,纯度可达到99.99999%。
都是铜,这0.04%的纯度有什么差距吗?这看似一点点的差距究竟有多难突破?高纯度铜的重要性高纯度铜,是铜材料中的极致纯净形态,能被加工成无氧铜板、无氧铜带、无氧铜线等多样化的铜材,以满足精密电子器件的需求。
弥散无氧铜更是在这些基础上,克服了传统铜材料在高温下的抗蠕变性能不足,展现出高温下的高强度和高热导率特性,使其在电子、电气、能源传输等领域成为不可或缺的材料。
同时,其延展性和耐腐蚀性也使其成为制造精密仪器的首选,在真空电子器件领域,无氧铜的使用量已位居七大结构材料之首。
在高科技领域,高纯度铜的应用更是广泛而深远。
从微电子芯片的制造到航空航天器的关键部件,高纯度铜都发挥着至关重要的作用。
可以说,没有高纯度铜,现代工业的许多技术进步将难以实现。
6N高纯单晶铜丝以其精细的外观和卓越的性能脱颖而出。
这种铜丝细密到几乎看不出线条,找不到“线头”,重量轻至约8克,却能延伸至1500米之长,直径仅约头发丝的四分之一到五分之一。
这种“键合丝”主要用于制造高品质音视频线、信号线,以及特种磁力线材和导线。
由于超纯铜的杂质含量极低,电学属性极为稳定,使得其在音响设备上的应用能够提供更高的信号保真度,为消费者带来更加细腻的听觉享受。
铜金属经过超纯化处理后,电阻能显著减少约3%到5%,接近白银的水平,同时延展性也大大增强,与黄金相仿。
这些特性使得超纯铜在航天航空、船舶制造、精密电子设备以及极端环境下的屏蔽等领域有着广泛的应用。
随着科技的不断进步,高纯度铜的应用前景将更加广阔,它将继续作为现代工业的黄金血脉,为人类社会的发展贡献力量。
高纯度铜的制取难度然而,高纯度铜的制取并非易事。
铜矿石中通常含有铁、硫、铅等多种杂质,这些杂质的存在会严重影响铜的纯度和性能。
因此,从矿石中提炼出高纯度铜,需要经历一系列复杂的物理和化学处理步骤。
首先,矿石要经过破碎、磨矿、浮选等预处理过程,以分离出含铜矿物。
接着,通过闪速熔炼、转炉吹炼等冶炼技术,去除铜矿物中的杂质,得到粗铜。
最终,通过电解精炼等方法,进一步提升铜的纯度,从而获得高纯度铜。
真空熔炼技术是生产高品质无氧铜的最佳选择。
它不仅可以显著降低氧含量,还能有效减少氢及其他杂质元素的含量。
在中频无芯感应炉内进行的真空熔炼过程中,通常使用石墨坩埚,并选用经过两次精炼的高纯阴极铜或重熔铜作为原料,同时,还会加入鳞片状石墨粉以助于脱氧。
实际上,脱氧过程主要是通过石墨坩埚中的碳进行的。
碳的消耗量可以通过计算确定,例如,1公斤铜大约需要消耗100克碳。
实践经验表明,铜液中初始氧含量越高,熔炼初期的脱氧反应就越快。
通过真空熔炼得到的无氧铜,其氧含量可以降至0.0005%以下,氢含量则低于0.0001%至0.0003%。
实际上,只有在极高真空度下进行熔炼和铸造,才能获得完全不含氧和其他气体的铸件。
因此,用于生产电子管用铜材的真空炉,其真空度应达到10^-6以上。
这一制取过程不仅技术要求极高,而且成本昂贵,能耗巨大。
高纯度铜的制取,一直是材料科学领域的难题,但同时也是推动工业进步和科技发展的关键所在。
我国高纯度铜制造技术的发展不过,尽管炼制纯铜难度极大,但值得骄傲的是,我国的高纯度铜生产技术已经达到了国际先进水平。
国内多家企业和研究机构通过技术创新,不断优化冶炼和精炼工艺,提高了铜的纯度和生产效率。
同时,通过引进和消化吸收国外先进技术,我国在高纯度铜的生产设备和工艺上也实现了自主可控。
位于河南省平顶山市宝丰县的国玺超纯,就是一家专注于超纯金属材料规模产业化生产、科技研发及成果转化、以及精深加工一体化的科技创新型企业。
该公司以其卓越的年产能力高达1000吨的"7N"纯度超纯铜而闻名。
国玺超纯不仅在生产规模上占据优势,更在技术创新上展现了其深厚的实力,目前拥有生产工艺发明专利4项、实用新型专利16项。
凭借这些成就,国玺超纯在2023年荣获国家级专精特新小巨人企业的称号。
国玺超纯的7N超纯铜不仅实现了产业化,而且其8N产品的多项主要指标已达到国际一流水平。
这一成就充分证明了,只有坚持不断的科技创新,企业才能有效提升自身的核心竞争力,并在激烈的市场竞争中占据有利地位。
又例如四川华赐科技有限公司,其坐落于四川眉山仁寿县,是一家在高纯金属新材料领域不断突破的企业。
该公司年产能力达到1万吨的超高纯铜和高纯无氧铜,董事长韦建敏带领团队在这一赛道上稳步前行,肩负着实现超高纯金属“国产化”的使命。
2010年,华赐科技组建了一支专业团队,致力于攻克技术难关,自主研发了金属无损分离技术。
该技术能够从硫酸体系含铜药液中提取出纯度高达96%的金属铜。
韦建敏及其团队并未满足于此,他们投入了10年的时间,将铜的纯度从96%提升至99.9999%,这一跃升标志着华赐科技在高纯铜领域的技术实力。
2020年,华赐科技的研发团队在遂宁成功进行了中试,不仅实现了6N高纯铜的量产技术,还攻克了真空区熔炼技术的研发难题。
华赐超纯项目于2021年6月在仁寿落地,该项目规划分为三期建设。
目前,一期工程已经建成了国内唯一的量产级7N超高纯铜和高纯无氧铜产线各一条。
随着一期工程的成功投产,华赐科技正积极推进二期建设,计划建设1万吨高纯铜和高纯无氧铜生产线。
展望未来,三期工程预计将建设9万吨高纯铜、高纯无氧铜及靶材生产线,这将进一步巩固华赐科技在高纯金属新材料领域的领先地位。
目前,我国不仅能够满足国内对高纯度铜的需求,还成功打入国际市场,成为高纯度铜的重要生产和出口国。
这一成就,不仅体现了我国在材料科学领域的技术实力,也为我国工业的进一步发展提供了坚实的物质基础。
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