CN117884427A - 一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,属于铜箔端面除锈领域,通过真空泵,将反应室抽成真空状态,通过输气管道引入惰性气体,排出反应腔室内残留的空气,为达到反应室中无空气干扰,惰性气体需循环一段时间,随后通过输气管道引入反应气体,S4:调节放电功率,设定腔室内温度,开启辉光放电,S5:对于端面氧化层较厚的部位,通过多次等离子体清洗的方法将端面氧化层完全清除,实现对铜箔卷端面的除锈工艺。本发明中,利用等离子体清洗铜箔端面锈层的方法,不仅可以有效去除锈层,还可以保护铜箔免受二次伤害,避免性能下降,利用氩氢混合气体为铜箔提供一个惰性环境,进一步保护铜箔卷在除锈完成后不会再次氧化。
Description
技术领域
本发明属于铜箔端面除锈领域,尤其涉及一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺。
背景技术
铜箔具有良好的导电性、抗氧化、延展性和耐腐蚀性能,是制备覆铜板、印制电路板和新能源电池的重要的原材料,尽管铜的价格便宜,用途广泛,但是其在空气环境中易于氧化的缺陷制约着铜作为导电材料的进一步发展,即铜与空气直接接触时,在室温下即可与氧发生反应,形成疏松的金属氧化物,且反应速率随温度增加而急剧增大,氧化层的产生对纯铜的性能产生严重影响,如导电性变差、结合强度变低、信号传输变差等。
在已知的还原氧化铜的现有获得技术中,被广泛应用且方法较为成熟的主要包括热还原法和加热分解法。其中热还原的方法是采用氢气、一氧化碳和碳等还原剂还原金属氧化物,在高温环境中将氧化铜还原为铜,产生二氧化碳和水,例如CN 218012675U公开了一种环保型一氧化碳还原氧化铜的装置,该装置新型安全可靠,可实现一步法完成氧化铜还原过程,此外,CN 108922354 B公开了一种石墨烯还原氧化铜的实验方法,能够显著改善木炭还原氧化铜实验的特征现象。能够显著提高木炭还原氧化铜的成功几率。加热分解法是通过加热氧化物使其直接分解得到相应的金属单质,金属活动性顺序表中排在Hg以后的金属氧化物都可以通过此方法还原。
等离子体科学是近年来研究热门的一项技术,已成为一些产业(如微电子、半导体、材料、航天、冶金等)的重要技术,为消毒灭菌、污染治理、等离子体显示、材料表面改性、同位素的分离和焊接等技术的应用创造了极大的经济效益。CN 116334644 A公开了一种低温低压水蒸汽等离子体的金属表面除锈方法,其特征在于在低温低压环境下通过电离将水蒸气电离出氢离子,对金属表面进行除锈。CN 103484928 A公开了一种基于等离子体钢制品除锈抛光方法,通过脉冲直流电源,使阴极待抛光钢制品因电位差和焦耳热的作用而蒸发,形成气膜,此气膜所产生的放电等离子体会刻蚀钢制品表面,将氧化层清除干净。
低温等离子体具有化学活性高,能够和电磁场产生相互作用的特点,在表面强化领域有着得天独厚的优势。将等离子体作为表面强化的处理环境或处理材料,可以降低处理温度、加快处理速度、提高处理质量、增强强化效果、降低处理成本、延长零部件使用寿命。
但上述专利中,无法针对铜箔卷端面的不平整行为进行适应性的调整,铜箔作为一种硬度较差的金属箔材,使用其他除锈方法都会对铜箔表面或端面造成二次伤害,等离子体的高温也容易导致铜箔发生塑性变形而影响到刚性性能,并且氧化完成后容易二次氧化影响到除锈效果,因此,存在改进的空间。
发明内容
本发明的目的在于:为了解决铜箔端面不平整不利于通过化学试剂或水溶液以及物理方法去除铜锈的问题,而提出的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,所述方法具体包括以下步骤:
S1:将铜箔卷放入反应腔室内,将铜箔端面对准电极片;
S2:通过真空泵,将反应室抽成真空状态;
S3:通过输气管道引入惰性气体,排出反应腔室内残留的空气,为达到反应室中无空气干扰,惰性气体需循环一段时间;随后通过输气管道引入反应气体;
S4:调节放电功率,设定腔室内温度,开启辉光放电;
S5:对于端面氧化层较厚的部位,通过多次等离子体清洗的方法将端面氧化层完全清除,实现对铜箔卷端面的除锈工艺。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述气体流量为300-1500sccm。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述低温范围为20-40℃。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述等温等离子体除锈处理时间为10-60min。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述反应放电功率1000-7000W。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述惰性气体循环时间5-30min,所述惰性气体为氩氢混合气。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述反应室内放电电极的间距为100-500mm。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述铜箔卷卷径1-500mm。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述辉光放电为电容耦合辉光放电。
作为上述技术方案的进一步描述:
等离子体存在的温度范围和气压范围较广,是一种对外显示电中性的电离气体,由大量的带电粒子组成,如处于各种激发态的电子、离子、气体的分子和原子、自由基、射线等,等离子体在空间尺度1>>λD和时间尺度τ>>1/ωpe呈现准电中性、粒子的运动和行为在长程力作用下以集体效应为主。其中λD表示德拜屏蔽长度,1/ωpe表示电子等离子体振荡特征周期。等离子体的特殊性在于它是导电的流体,带电粒子间存在库仑力,它们的运动行为受电磁场的影响和支配。等离子体除了做热运动外,还有等离子体震荡现象。
其原理是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的,气体被激发为等离子态;重粒子撞击固体表面;电子与活性基团与固体表面发生反应解析为新的气相物质而脱离表面。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明中,通过在室温低压条件下,利用等离子体对铜箔端面锈层进行清洗。室温条件下的清洗过程不会导致铜箔发生塑性变形,避免塑性变形对铜箔的性能的影响,并且通过使用等离子体进行清洗,可以在不损害铜箔基本结构的前提下,有效地去除锈层。
其次,本发明中使用的氩氢混合气体在反应过程中可以使铜箔整体处在一个惰性环境中。这种环境有助于保护铜箔卷在除锈完成后不会再次氧化。避免二次氧化可能会导致铜箔的性能下降,通过使用惰性气体环境,在除锈过程中保护铜箔的完整性。
最后,铜箔作为一种硬度较差的金属箔材,使用其他除锈方法可能会对铜箔表面或端面造成二次伤害,通过等离子体除锈技术却可以解决这个问题,在有效去除锈层的同时,不会对铜箔卷的性能产生负面影响。这一点使得等离子体除锈方法在铜箔处理领域具有很大的优势。
总之,本发明提供了一种在室温低压条件下,利用等离子体清洗铜箔端面锈层的方法,不仅可以有效去除锈层,还可以保护铜箔免受二次伤害,避免性能下降,在此基础上,还利用氩氢混合气体为铜箔提供一个惰性环境,进一步保护铜箔卷在除锈完成后不会再次氧化,为铜箔的处理提供了一种更为安全、有效的方式,有利于进行推广应用。
附图说明
图1为实施列1清洗铜箔卷端面后前后对比;
图2为实施列2清洗铜箔卷端面后前后对比;
图3为实施列3清洗铜箔卷端面后前后对比。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
本申请提出的一种低温低压等离子体对铜表面除铜锈的方法,采用的方法为低温低压环境下对铜箔卷端面进行除锈操作。
其原理是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的,气体被激发为等离子态;重粒子撞击固体表面;电子与活性基团与固体表面发生反应解析为新的气相物质而脱离表面。
电容耦合辉光放电(Capacitively Coupled Glow Discharge,CCGD)是一种在等离子体物理学中使用的技术,具有一些独特的优势,特别是在材料处理和分析应用中
本申请采用的等离子体源为氩氢混合气,气体对铜箔端面反应不会产生任何影响,反应前会通入惰性气体排空反应室中的空气,避免反应过程中会有空气存在,氩气也保证了反应过程中铜箔卷处于惰性环境中。
低温等离子体具有化学活性高,能够和电磁场产生相互作用的特点,在表面强化领域有着得天独厚的优势。将等离子体作为表面强化的处理环境或处理材料,可以降低处理温度、加快处理速度、提高处理质量、增强强化效果、降低处理成本、延长零部件使用寿命。此外,采用氩氢混合气为反应气体,不会引入杂质,且腔体中的氩气会防止放电过程中的高温导致铜的二次氧化。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。
实施例1
步骤S1:将直径150mm的铜箔卷放入反应腔室内,将铜箔端面垂直于电极片放置,之后开始低温低压等离子体除锈,后续具体步骤为:
步骤S2:通过真空泵,将反应室抽成真空状态;
步骤S3:通过输气管道引入氩氢气体,反应功率为3000W,真空腔温度设定为30℃,真空腔压力调节到15Pa,处理时间为5min,在铜箔表面短时间处理,使活性离子充满反应腔室内,有利于后续清除铜箔卷表面的铜锈。
步骤S4:随后增大气流量,反应时间达到25min,调节放电功率,设定腔室内温度,开启辉光放电;
步骤S5:对于端面氧化层较厚的部位,通过多次等离子体清洗的方法将端面氧化层完全清除,实现对铜箔卷端面的除锈工艺,从图1看出,此时铜箔端面氧化情况反而严重,这是由于铜箔端面与电极片不平行导致。
实施例2
步骤S1:将直径150mm的铜箔卷放入反应腔室内,将铜箔端面平行于电极片放置,之后开始低温低压等离子体除锈,后续具体步骤为:
步骤S2:通过真空泵,将反应室抽成真空状态;
步骤S3:通过输气管道引入惰性气体,反应功率为3000W,真空腔温度设定为20℃,真空腔压力调节到19Pa,处理时间为5min,气流量为300sccm,通过惰性气体在反应腔内循环,排除反应腔内的大部分空气,有利于后续清除铜箔卷表面的铜锈。
步骤S4:通过输气管道引入氩氢反应气体,反应时间达到15min,调节放电功率,设定腔室内温度,开启辉光放电;
步骤S5:对于端面氧化层较厚的部位,通过多次等离子体清洗的方法将端面氧化层完全清除,实现对铜箔卷端面的除锈工艺。
实施例3
步骤S1:将直径150mm的铜箔卷放入反应腔室内,将铜箔端面平行于电极片放置,之后开始低温低压等离子体除锈,后续具体步骤为:
步骤S2:通过真空泵,将反应室抽成真空状态;
步骤S3:通过输气管道引入惰性气体,反应功率为3000W,真空腔温度设定为20℃,真空腔压力调节到19Pa,处理时间为5min,气流量调至1500sccm,通过惰性气体在反应腔内循环,排除反应腔内的大部分空气,有利于后续清除铜箔卷表面的铜锈。
步骤S4:通过输气管道引入氩氢反应气体,反应时间达到15min,增大放电功率至7000W,设定腔室内温度,开启辉光放电;
步骤S5:对于端面氧化层较厚的部位,通过多次等离子体清洗的方法将端面氧化层完全清除,实现对铜箔卷端面的除锈工艺,从图3中可以看出,此工艺参数下铜箔端面从红棕色转变为铜的金属光泽,效果明显。
进一步的,通过电容辉光放电的具体好处在于:
1.低温操作:CCGD通常在较低的温度下进行,这对于处理热敏感材料非常重要。
2.均匀的等离子体分布:这种技术能够在较大的表面区域上产生均匀的等离子体,这对于材料加工和涂层应用非常有利。
3.高效率和低能耗:电容耦合的方式可以更有效地将电能转化为等离子体能量,从而减少能耗。
4.良好的可控性:通过调节电压、电流和气体流量,可以精确控制放电条件,从而实现特定的处理效果。
5.较少的离子轰击损伤:与直流等离子体相比,CCGD产生的离子能量较低,从而减少了对材料表面的损伤。
6.广泛的应用:它适用于半导体制造、表面改性、薄膜沉积、清洗过程等多种应用。
7.环境友好:这种技术产生的废物较少,对环境的影响较小。
8.成本效益:由于其高效性和低能耗,CCGD在许多工业应用中是一种成本效益较高的解决方案。
在本发明中,术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:
S1:将铜箔卷放入反应腔室内,将铜箔端面对准电极片;
S2:通过真空泵,将反应室抽成真空状态;
S3:通过输气管道引入惰性气体,排出反应腔室内残留的空气,为达到反应室中无空气干扰,惰性气体需循环一段时间,随后通过输气管道引入反应气体;
S4:调节放电功率,设定腔室内温度,开启辉光放电;
S5:对于端面氧化层较厚的部位,通过多次等离子体清洗的方法将端面氧化层完全清除,实现对铜箔卷端面的除锈工艺。
2.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述气体流量为300-1500sccm。
3.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述低温范围为20-40℃。
4.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述等温等离子体除锈处理时间为10-60min。
5.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述反应放电功率1000-7000W。
6.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述惰性气体循环时间5-30min,所述惰性气体为氩氢混合气。
7.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述反应室内放电电极的间距为100-500mm。
8.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述铜箔卷卷径1-500mm。
9.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,所述辉光放电为电容耦合辉光放电。
10.根据权利要求1所述的一种铜箔端面的低温等离子体除锈工艺,其特征在于,还包括在铜箔端面氧化层低温等离子体除锈前的预处理方法:具体包括对铜箔卷端面通过30-60℃进行鼓风进行预热后去除表面灰尘。
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