DE102017124144A1 - Method for producing a copper profile and copper profile - Google Patents

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    • C23C2/38Wires; Tubes

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils, insbesondere eines Kupferdrahtes, wobei ein Matrixelement, insbesondere ein Filament, durch eine Öffnung eines mit flüssigem Kupfer gefüllten Kupfertiegels geführt ist, sodass das Matrixelement mit dem Kupfer benetzt ist, und wobei durch ein Ziehen des Matrixelements mit einer Zuggeschwindigkeit sich das Kupferprofil ausbildet.The invention relates to a method for producing a copper profile, in particular a copper wire, wherein a matrix element, in particular a filament, is passed through an opening of a liquid copper filled copper crucible, so that the matrix element is wetted with the copper, and wherein by pulling the matrix element With a pulling speed, the copper profile is formed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils und ein Kupferprofil.The invention relates to a method for producing a copper profile and a copper profile.

Die Herstellung von einem Kupferdraht mit einem Metall-Matrix-Composit (MMC) erfolgt durch verschiedene Prozesse. Beim schmelzmetallurgischen Prozess erfolgt eine Infiltration von Fasern oder Partikeln durch Vakuum oder Druck und ein Einführen von Partikeln in die Schmelze mit anschließender Weiterverarbeitung durch Gieß- und Umformverfahren. Auch können pulvermetallurgische Prozesse erfolgen, bei denen Pulvermixturen gesintert werden. Auch das Beschichten aus einer Gasphase (PVD/CVD), elektrolytische Abscheidung oder Plasmaspritzen ist möglich. Im Allgemeinen sind Verfahrensschritte wie Gieß-Walz-Drahtherstellung, Grobdrahtzug und Feindrahtzug notwendig. Durch das Verwenden von Legierungen oder durch Umformen eines Kupferprofils reduziert sich die elektrische Leitfähigkeit erheblich. Zudem wird die Verarbeitung von höher festen Legierungen zu Drähten mit einem Durchmesser kleiner 0,3mm durch die geringe Umformbarkeit immer aufwändiger.The production of a copper wire with a metal matrix composite (MMC) is carried out by various processes. In the metallurgical melt process, fibers or particles are infiltrated by vacuum or pressure and particles are introduced into the melt with subsequent further processing by casting and forming processes. Also powder metallurgical processes can take place in which powder mixtures are sintered. Coating from a gas phase (PVD / CVD), electrolytic deposition or plasma spraying is also possible. In general, process steps such as cast-rolled wire making, rough wire drawing and fine wire drawing are necessary. By using alloys or by forming a copper profile, the electrical conductivity is reduced considerably. In addition, the processing of higher-strength alloys into wires with a diameter of less than 0.3 mm due to the low formability becomes more complex.

Aufgabe ist es den Stand der Technik zu verbessern.The task is to improve the state of the art.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.The object is achieved by a method for producing a copper profile according to the main claim. Advantageous embodiments will be apparent from the relevant subclaims.

Zudem wird die Aufgabe gelöst durch ein Kupferprofil gemäß dem Anspruch 9, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus dem Unteranspruch 10 ergeben.In addition, the object is achieved by a copper profile according to claim 9, wherein advantageous embodiments of the dependent claim 10 result.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere ein Draht mit einem MMC hergestellt werden, bei dem der Durchmesser im Wesentlichen frei wählbar ist und insbesondere kleiner 0,3mm Durchmesser sein kann. Somit kann ein quasi endloser Draht (Draht beliebiger Länge) hergestellt werden, welcher beispielsweise Filamente aus Kohlenstofffasern oder Siliziumcarbidfasern beinhaltet. Auch können weitere Filamentmaterialien einsetzbar sein.With the method according to the invention, in particular, a wire can be produced with an MMC in which the diameter is essentially freely selectable and in particular can be smaller than 0.3 mm in diameter. Thus, a quasi-endless wire (wire of arbitrary length) can be produced, which includes, for example, filaments of carbon fibers or silicon carbide fibers. Also, other filament materials can be used.

Vorteilhafter Weise kann der MMC-Draht direkt aus einer Kupferschmelze ohne die herkömmlichen Verfahrensschritte wie beim Gieß-Walz-Draht oder Upcast, Grobdrahtzug und Feindrahtzug erfolgen.Advantageously, the MMC wire can be made directly from a copper melt without the conventional process steps such as cast rolled wire or upcast, rough wire and fine wire draw.

Somit werden mit den vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren Kupferprofile und insbesondere Kupferdrähte hergestellt, die in Bezug auf Zugfestigkeit und Dauerschwingfestigkeit sowie Dichte optimierte Materialeigenschaften haben.Thus, the present inventive method copper profiles and in particular copper wires are produced, which have in terms of tensile strength and fatigue strength and density optimized material properties.

Ganz besonders vorteilhaft ist, dass ein Kupferdraht frei von Umformprozessen hergestellt werden kann, welcher eine optimierte elektrische Leitfähigkeit bereitstellt.It is particularly advantageous that a copper wire can be produced free of forming processes, which provides an optimized electrical conductivity.

Ein Kern der Erfindung beruht insbesondere darauf, dass ein Filament, durch einen Tiegel mit Kupferschmelze geführt ist und, dass eine Öffnung, welche das Filament durch den Tiegel und durch eine Kupferschmelze führt derart ausgestaltet ist, dass Kupferschmelze über diese Öffnung nicht aus dem Tiegel austreten kann.A core of the invention is based in particular on the fact that a filament is guided through a crucible with molten copper and that an opening, which leads the filament through the crucible and through a molten copper, is designed such that molten copper does not escape from the crucible via this opening can.

Weiterer Kern der Erfindung beruht insbesondere darauf, dass durch eine Zuggeschwindigkeit des Filaments/Kupferprofils durch die Kupferschmelze und nachgeordneter Wärmebehandlung der Durchmesser des Kupferdrahtes einstellbar ist.Another core of the invention is based in particular on the fact that the diameter of the copper wire can be adjusted by a pulling speed of the filament / copper profile through the molten copper and subsequent heat treatment.

Auch können Kupferbänder und dergleichen hergestellt werden, wobei in diesem Fall die Öffnung insbesondere ein Langloch ist, durch welches ein Filament oder ein entsprechendes (Filament)Band, welches von der Kupferschmelze umgeben werden soll, geführt und gezogen wird.Also, copper tapes and the like can be produced, in which case the opening is, in particular, a long hole through which a filament or a corresponding (filament) tape to be surrounded by the copper melt is guided and pulled.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die einzige

  • 1 eine stark schematische Schnittdarstellung eines Kupfertiegels, bei dem ein Filament gezogen wird, sodass ein MMC-Draht hergestellt ist.
Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The only one shows
  • 1 a highly schematic sectional view of a copper crucible in which a filament is pulled so that an MMC wire is made.

Ein Schmelztiegel 107 weist bodenseitig eine Öffnung 108 auf. Durch die Öffnung 108 wird ein Filament 103 vertikal nach oben geführt. Anschließend wird eine Kupferschmelze 105 in den Schmelztiegel 107 eingeführt. Darauffolgend wird in Ziehrichtung 111 an dem Filament 103 gezogen. Dabei benetzt die Kupferschmelze 105 das Filament 103.A melting pot 107 has an opening on the bottom side 108 on. Through the opening 108 becomes a filament 103 guided vertically upwards. Subsequently, a copper melt 105 in the crucible 107 introduced. Subsequently, in the drawing direction 111 on the filament 103 drawn. The molten copper wets 105 the filament 103 ,

Am Filament bildet sich ein Miniskus 113 schmelzfüssigen Kupfers aus. Die Erstarrungsfront (Übergang flüssig zu fest) bildet sich am Übergang Miniskus zum regulären Drahtquerschnitt aus. Durch das geziehlte Führen des Meniskus 113 bildet sich eine selbsstabilisierender runder Querschnitt aus, welcher eventuelle Nacharbeiten reduziert oder vermeidet.The filament forms a miniscus 113 melt-molten copper. The solidification front (liquid to solid transition) forms at the transition from the miniscus to the regular wire cross section. By the deliberate guiding of the meniscus 113 Forms a self-stabilizing round cross-section, which reduces or avoids any reworking.

Zusätzlich führt der Miniskus 113 dazu, dass sich an der Basis (unten) mögliche kleine Partikel (Zunder, Tiegelmaterial,etc.) sammeln können und damit der Bereich der Erstarrungsfront frei von Partikeln bleibt. Die Drahtoberfläche wird grundsätzlich glatt und frei von Partikeln ausbildet.In addition, the miniskus leads 113 In addition, possible small particles (scale, crucible material, etc.) can collect at the base (below) and thus the area of the solidification front remains free of particles. The wire surface is basically smooth and free of particles.

Der MMC-Draht 101 wird durch die Nachwärmzone 109 geführt, welche einzelne Heizelemente und/oder auch Kühlelemente aufweist, über welche ein entsprechendes Temperaturprofil dem MMC-Draht 101 aufgeprägt wird. Die Heizelemente als auch Kühlelemente können aktiv und/oder passiv ausgestaltet werden. Als aktives Heizelement wird ein Wärmestrahler auf Basis von Gas oder elektrische Energie eingesetzt, als passives wird Abwärme zugeleitet. Das Kühlelement kann aktiv oder passiv sein. Als passives Kühlelement werden Kühlrippen eingesetzt, welche in räumlicher Nähe zum MMC-Draht 101 angeordnet werden. Als aktive Kühlung wird ein Peltier-Element eingesetzt. Alternativ oder ergänzend wird der MMC-Draht 101 in der Nachwärmzone 109 durch Materialien mit bestimmten Wärmeeigenschaften, wie beispielsweise Wärmereflexion oder Wärmeleitung eingesetzt.The MMC wire 101 is through the reheating zone 109 guided, which has individual heating elements and / or cooling elements, via which a corresponding temperature profile of the MMC wire 101 is imprinted. The heating elements and cooling elements can be made active and / or passive. As an active heating element, a heat radiator based on gas or electrical energy is used, as passive, waste heat is supplied. The cooling element can be active or passive. As a passive cooling element, cooling fins are used, which are in close proximity to the MMC wire 101 to be ordered. As active cooling a Peltier element is used. Alternatively or in addition, the MMC wire 101 in the reheating zone 109 used by materials with certain thermal properties, such as heat reflection or heat conduction.

Der gesamte Herstellungsprozess erfolgt unter einer Schutzgasatmosphäre, sodass insbesondere kein Sauerstoff in den MMC-Draht 101 hineindiffundiert.The entire manufacturing process takes place under a protective gas atmosphere, so that in particular no oxygen in the MMC wire 101 diffuses.

Über eine Ziehgeschwindigkeit in Ziehrichtung 111 und über das eingestellte Wärmeprofil der Nachwärmzone 109 wird der Durchmesser des MMC-Drahts 101 festgelegt.About a pulling speed in the pulling direction 111 and the set heat profile of the reheating zone 109 becomes the diameter of the MMC wire 101 established.

Die Öffnung 108 weist ein kreisrundes Profil mit einem Durchmesser von einem Millimeter auf. Dies gewährleistet, dass die Kupferschmelze 105 über die Öffnung 108 nicht vertikal durch die Öffnung 108 austritt. Der Bereich um die Öffnung 108 weißt ein Material mit einem abweisenden Benetzungsverhalten auf.The opening 108 has a circular profile with a diameter of one millimeter. This ensures that the molten copper 105 over the opening 108 not vertically through the opening 108 exit. The area around the opening 108 know a material with a repellent wetting behavior.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101
MMC-Draht (Metall-Matrix-Composit-Draht)MMC wire (metal matrix composite wire)
103103
Filamentfilament
105105
Kupferschmelzecopper smelter
107107
Schmelztiegelmelting pot
108108
Öffnungopening
109109
Nachwärmzonereheating
111111
Ziehrichtungdrawing direction
113113
Meniskusmeniscus

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils (101), insbesondere eines Kupferdrahtes, wobei ein Matrixelement (103), wobei das Matrixelement insbesondere ein Filament und/oder mehrere Filamente und/oder ein Filamentbündel aufweist, durch eine Öffnung (108) eines mit flüssigem Kupfer (105) gefüllten Kupfertiegels (107) geführt ist, sodass das Matrixelement mit dem Kupfer benetzt ist, und wobei durch ein Ziehen des Matrixelements mit einer Zuggeschwindigkeit sich das Kupferprofil ausbildet. parallelMethod for producing a copper profile (101), in particular a copper wire, wherein a matrix element (103), wherein the matrix element comprises in particular a filament and / or a plurality of filaments and / or a filament bundle, through an opening (108) of a liquid copper (105 ) filled copper crucible (107) is guided, so that the matrix element is wetted with the copper, and wherein by pulling the matrix element at a pulling speed, the copper profile is formed. parallel Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung durch das flüssige Kupfer bedeckt ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the opening is covered by the liquid copper. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung derart ausgestaltet ist und das flüssige Kupfer derart eingestellt ist, dass eine Austrittsseite der Öffnung frei von flüssigem Kupfer ist.Method according to Claim 2 , characterized in that the opening is configured and the liquid copper is adjusted such that an exit side of the opening is free of liquid copper. Verfahren nach Anspruch einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziehen, insbesondere durch Einstellen der Ziehgeschwindigkeit, Temperatur des flüssigen Kupfers und/oder einer Umgebungstemperatur, derart eingestellt ist, dass sich ein Miniskus 113 ausbildet und insbesondere eine Erstarrungsfront parallel zu einem Flüssigkeitsspiegel des Kupfertiegels konstant, insbesondere mittels Regelung und/oder Steuerung geführt wird, sodass sich insbesondere eine Drahtoberfläche glatt und frei von Partikeln ausbildet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drawing, in particular by adjusting the drawing speed, temperature of the liquid copper and / or an ambient temperature, is set such that a miniscus 113 forms and in particular a solidification front parallel to a liquid level of the liquid Copper crucible constant, in particular by means of control and / or control is performed, so that in particular a wire surface smooth and free of particles formed. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixelement eine Kohlenstofffaser und/oder eine Siliziumcarbidfaser aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the matrix element comprises a carbon fiber and / or a Siliziumcarbidfaser. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filament oder mehrere Filamente einen Durchmesser zwischen 6µm und 20µm aufweist oder aufweisen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that one or more filaments have a diameter between 6μm and 20μm or have. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out under a protective gas atmosphere. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Kupferprofils mittels der Zuggeschwindigkeit und einer Temperierung, insbesondere einer vertikalen Temperierung, eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a thickness of the copper profile by means of the pulling speed and a temperature, in particular a vertical temperature, is set. Kupferprofil, insbesondere Kupferdrahtes, wobei das Kupferprofil mittels eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist.Copper profile, in particular copper wire, wherein the copper profile is produced by a method according to one of the preceding claims. Kupferprofil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Kupferprofils kleiner 0,3mm ist.Copper profile after Claim 9 , characterized in that a thickness of the copper profile is smaller than 0.3mm.
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