DE2823495A1 - Verfahren zur herstellung von laenglichen kupfererzeugnissen - Google Patents

Description

ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, England

Verfahren zur Herstellung von länglichen Kupfererzeugnissen

Die Erfindung betrifft die Herstellung länglicher Kupfererzeugnisse, d.h. von Stäben, Drähten, Stangen, Streifen, Röhren sowie länglichen Körpern mit Querschnitten anderen Profils, die sämtlich bekannt sind und im folgenden als Abschnitte (sections) bezeichnet werden.

Die metallurgischen und elektrischen Eigenschaften von Kupfer werden von Verunreinigungen, wie beispielsweise von Eisen, Blei, Zinn, Selen und Schwefel, die sich im Kupfer gelöst befinden, beeinträchtigt, wobei die Anwesen- . heit derartiger Verunreinigungen besonders unerwünscht in Kupfererzeugnissen ist, die als elektrische Leiter verwendet werden sollen. Diese Verunreinigungen können aus der Lösung in Form von Oxiden ausgefällt werden, die durch bevorzugte Oxydation nach Einführung von Sauerstoff in das unreine Kupfer gebildet werden, was während des Schmelzens des Kupfers als Vorbereitung für das Gießen und das Verformen zu den gewünschten Produkten durchgeführt werden kann.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von länglichen Kupfererzeugnissen zu schaffen, durch das eine verbesserte Steuerung der Zusammensetzung des Kupfers, insbesondere eine Steuerung des Sauerstoffgehalts und eine Vermeidung der Einbringung von mehr Sauerstoff, als zur Ausfällung der Verunreinigungen erforderlich ist, wodurch unerwünschtes Kupferoxid in das Produkt eingebracht würde, erzielt werden kann und daher Erzeugnisse von guter Qualität, zufriedenstellenden mechanischen Eigenschaften und hoher elektrischer Leitfähigkeit erhalten werden können. 809850/0801

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von länglichen Kupfererzeugnissen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man aus massivem Kupfer (bulk copper) mit bekanntem Gehalt an oxydierbaren Verunreinigungen und an Sauerstoff teilchenförmiges Kupfer herstellt und dieses teilchenförmige Kupfer unmittelbar zu der gewünschten länglichen Form verfestigt, wobei jede der Verfahrensstufen der Herstellung des massiven Kupfers und der Herstellung und Verfestigung des teilchenförmigen Kupfers unter derartigen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Gesamtmenge an Sauerstoff, die während dieser Verfahrensstufen in das Kupfer eingeführt wird, derart gesteuert wird, daß sie im wesentlichen lediglich dazu ausreicht, um die Verunreinigungen auszufällen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in der Weise von Vorteil, daß es die herkömmlichen Stufen des Gießens von Kupfermassen großen Querschnitts, wie von Stäben und dicken Stangen, sowie der anschließenden Überführung dieser Massen in die erwünschte längliche Form durch wiederholte Bearbeitungen eliminiert und man dadurch eine Verunreinigung der Oberfläche, ein ungesteuertes Aufnehmen von Sauerstoff und eine Einführung von eisenhaltigen Einschlüssen vermeidet, was normalerweise bei den herkömmlichen Bearbeitungsvorgängen auftritt.

Die Verfahrensschritte der Herstellung des massiven Kupfers und der Herstellung des teilchenförmigen Kupfers daraus können auf bekannte Weise unter solchen Bedingungen durchgeführt werden, daß der Sauerstoffgehalt, die Teilchengröße und die Oberflächenreinheit der Teilchen gesteuert werden können, wodurch man die Eigenschaften des Endproduktes optimieren kann. Insbesondere besitzen die Erzeugnisse eine gute Anlaßbarkeit, und Draht, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem verhältnismäßig niedrigen Sauerstoffgehalt von beispielsweise unter 250 ppm (Gewicht) hergestellt worden ist, besitzt ein verbessertes Zugverhalten für feine

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Drähte, verglichen mit einem Draht von höherem, ungesteuertem Sauerstoffgehalt, der nach herkömmlichen Methoden hergestellt worden ist.

Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung des teilchenförmigen Kupfers besteht darin, daß man geschmolzenes massives Kupfer mit bekanntem Verunreinigungsgehalt, in das im wesentlichen die zur Ausfällung der anwesenden Verunreinigungen erforderliche Sauerstoff menge während des Schmelzens eingeführt worden ist, beispielsweise dadurch, daß man das geschmolzene Kupfer einer Atmosphäre von geeigneter Zusammensetzung ausgesetzt hat, in bekannter Weise zerstäubt. Der Sauerstoffgehalt des geschmolzenen Kupfers wird tiberwacht, bevor das Kupfer in die Zerstäubungseinheit eintritt, und die Zerstäubung wird in einer Inertgasatmosphäre, wie beispielsweise unter Stickstoff, Argon oder Wasserdampf, ausgeführt oder, falls die Überwachung anzeigt, daß eine weitere Sauerstoffaufnahme erforderlich ist, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre.

Eine weitere geeignete Methode zur Herstellung von massivem Kupfer hoher Reinheit und niedrigen Sauerstoffgehalts besteht in der Elektrolyse eines Kupfersalzes, die unter derartigen Bedingungen durchgeführt wird, daß das Kupfer an der Katode in kugeliger Form abgeschieden wird: Die Bedingungen werden derart gesteuert, daß die Kügelchen, die von der Katode entfernt werden, eine geeignete Größe haben, damit man sie unmittelbar als das zu verfestigende teilchenförmige Kupfer verwenden kann.

Die Kupferteilchen sind vorzugsweise 1 bis 3 mm groß, sie können jedoch auch kleiner sein, vorausgesetzt, daß die Verunreinigung der Oberfläche und der Sauerstoffgehalt entsprechend gesteuert werden.

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Das teilchenförmige Kupfer wird vorzugsweise durch Extrudieren durch eine Düse hindurch verfestigt, was bei hinreichend hoher Temperatur zu geschehen hat, um das Kupfer leicht deformierbar zu machen. Der Düsenkopf des Extruders und die Mittel zum Beschicken der Düse mit den Kupferteilchen sind von einer Inertgasatmosphäre, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff, umgeben. Der verwendete Extruder ist vorzugsweise ein solcher, der ein hohes Extrudierverhältnis aufweist, wodurch eine ausgedehnte Verformung und im wesentlichen eine Homogenisierung des Beschickungsmaterials sichergestellt werden. Andere Verfahren zur Verfestigung, wie beispielsweise Heißpressen und Walzen, können ebenfalls verwendet werden, wenn die dazu verwendete Methode in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden kann, keine Oberflächenverunreinigung des Kupfers hervorruft und es ermöglicht, daß irgendwelche Änderungen in der chemischen Zusammensetzung des teilchenförmigen Materials praktisch ausgeschlossen werden.

Der Sauerstoffgehalt des verfestigten Produktes kann erforderlichenfalls verhältnismäßig hoch sein, beispielsweise kann er bis 450 ppm betragen, jedoch kann er auch beträchtlich niedriger sein, beispielsweise 50 bis 250 ppm, was selbstverständlich von dem Gehalt an oxydierbaren Verunreinigungen abhängt. Gewünschtenfalls kann das Beschickungsmaterial für ein Verfestigungsverfahren aus zwei oder mehreren Chargen aus Kupferteilchen unterschiedlicher Zusammensetzung im Hinblick auf den Gehalt an oxydierbaren Verunreinigungen und Sauerstoff bestehen, die in geeigneten Mengenverhältnissen vermischt sind, um ein Produkt von gewünschter Zusammensetzung einschließlich eines vorherbestimmten Sauerstoffgehaltes zu erhalten: Auf diese Weise können Abweichungen im Gehalt an oxydierbaren Verunreinigungen in den unterschiedlichen Chargen kompensiert werden. Dieses Mischverfahren zur Steuerung der Zusammensetzung des Produktes läßt sich besonders auf die Verfestigung durch Extrudieren anwenden, da dieses Verfah-

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ren geeignet ist, die Homogenisierung des Gemisches zu fördern.

Nachdem der erwünschte Sauerstoffgehalt auf einer beliebigen Stufe des Verfahrens erreicht worden ist, muß vermieden oder auf ein Minimum begrenzt werden, daß das Kupfer während der nachfolgenden Stufen des Verfahrens oder während irgendeiner nachfolgenden Behandlung des Produktes, die erforderlich sein kann, einer oxydierenden Umgebung ausgesetzt wird,= In einigen Fällen, beispielsweise bei der Herstellung von feinem Draht, ist die weitere Herabsetzung des Querschnitts des Erzeugnisses durch herkömmliche Bearbeitungen erforderlich? Derartige Verfahren können bei Raumtemperatur in Luft durchgeführt werden, um eine Aufnahme von Sauerstoff zn verhindern. Außerdem können das Anlassen oder andere Wärmebehandlungen in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden, um eine Oberflächenoxydation zu verhindern.

Im folgenden wird eine spezifische Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kupferdraht in Form eines Beispiels beschrieben.

Kupferabfälle von bekanntem Verunreinigungsgehalt werden in einem Schachtofen geschmolzen, und das geschmolzene Kupfer, das aus dem Boden des Ofens abfließt, wird über ein Gefluder (eine geneigte Abflußrinne) in einen Warmhalteofen geleitet und von dort durch ein zweites Gerinne zu einer Zerstäubungseinheit, wobei die Atmosphäre über den beiden Gerinnen und in dem Wannhalteofen aus verbranntem Naturgas von derart gesteuerter Zusammensetzung besteht, daß die gewünschte Menge an Sauerstoff zum Ausfällen der Verunreinigungen aus dieser Atmosphäre in das geschmolzene Kupfer eingeführt wird: In dem vorliegenden Falle des Beispiels ist ein Sauerstoffgehalt des geschmolzenen Kupfers, das in die Zerstäubungseinheit eintritt,

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von 450 ppm (Gewicht) erforderlich. Der Sauerstoffgehalt des geschmolzenen Kupfers wird unmittelbar, bevor das Kupfer in die Zerstäubungseinheit gelangt, mit Hilfe einer "oxy-cell"-Sonde überwacht. Das Kupfer wird in einer Stickst off atmosphäre zerstäubt, wobei man Teilchen von etwa 1 min Durchmesser erhält.

Ein Anteil der Kupferteilchen, die, wie beschrieben, hergestellt wurden und 450 ppm Sauerstoff enthalten, sowie eine andere Charge aus elektrolytisch hergestellten Kupferteilchen, die ebenfalls einen Durchmesser von etwa 1 mm aufweisen und 5 bis 10 ppm Se.uerstoff enthalten, werden in dem geeigneten Mengenverhältnis miteinander vermischt, um ein teilchenförmiges Material mit einem Durchschnittssauerstoff gehalt von 150 ppm zu erzielen. Dieses Gemisch wird anschließend bei 450 ⁰C unter einer Stickstoffatmosphäre durch eine Düse zu einem Draht von 2,5 mm Durchmesser extrudiert. Dieser Draht ist frei von überschüssigem Sauerstoff in Form von Kupferoxid und kann gewünschtenfalls leicht angelassen und bzw. oder zu feinem Draht ausgezogen werden.

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Claims (8)

PaientemwciUs Γϊ.-Ine. Wilhelm Im liipl-feg. Wai^-'sg Höiöii 6 Fic:r>r -.Aa. M. 1 9112 ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, England Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten Kupfererzeugnisses,

dadurch gekennzeichnet, daß man aus massivem Kupfer ("bulk copper) mit "bekanntem Gehalt an oxydierbaren Verunreinigungen und bekanntem Sauerstoffgehalt teilchenförmiges Kupfer herstellt und das teilchenförmige Kupfer unmittelbar zu der gewünschten langgestreckten Form verfestigt, wobei jeder der Schritte der Herstellung des massiven Kupfers und der Herstellung und Verfestigung des teilchenförmigen Kupfers unter derartigen Bedingungen durchgeführt wird, daß die Gesamtmenge an in das Kupfer während dieser Schritte eingeführtem Sauerstoff derart gesteuert wird, daß sie lediglich dazu ausreicht, um die Ausfällung der Verunreinigungen zu bewirken.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man das massive Kupfer dadurch herstellt, daß man Kupfer mit bekanntem Gehalt an oxydierbaren Verunreinigungen schmilzt und während des Schmelzens in das Kupfer im wesentlichen diejenige Sauerstoffmenge einführt, die zur Ausfällung der Verunreinigungen erforderlich ist, und daß man das teilchenförmige Kupfer durch Zerstäubung des geschmolzenen Kupfers in einer Inertgasatmosphäre herstellt.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man das massive Kupfer durch Elektrolyse eines Zupfersalzes unter derartigen Bedingungen herstellt, daß das Kupfer auf der Katode in Form von Kügelchen von einer Größe, die die Kügelchen zur unmittelbaren Verwendung als teilchenförmiges Kupfer geeignet macht, abgeschieden wird.

4. Verfahren gemäß Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als teilchenförmiges Kupfer solches verwendet, dessen Teilchen in jeder Richtung 1 bis 3 mm groß sind.

5. Verfahren gemäß einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verfestigung des teilchenförmigen Kupfers durch Extrudieren des Kupfers durch eine Düse bei hinreichend hoher Temperatur, um das Kupfer leicht deformierbar zu machen, bewirkt, wobei der Düsenkopf des Extruders und die Mittel zum Zuführen des teilchenförmigen Kupfers von einer inerten Atmosphäre umgeben sind.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als teilchenförmiges Kupfer solches verwendet, das aus zwei oder mehr Anteilen von Kupferteilchen von im Hinblick auf ihren Gehalt an oxydierbaren Verunreinigungen und Sauerstoff unterschiedlicher Zusammensetzung besteht, die in entsprechenden Anteilen miteinander vermischt sind, so daß man ein verfestigtes Produkt der gewünschten Zusammensetzung einschließlich eines vorherbestimmten Sauerstoffgehaltes erhält.

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7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das verfestigte langgestreckte RupfererZeugnis durch Bearbeitung bei Raumtemperatur in seinem Querschnitt verringert.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet, daß man das verfestigte langgestreckte Kupfererzeugnis in einer Inertgasatmosphäre einer Wärmebehandlung unterwirft.

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