DEP0047501DA - Verfahren zur Herstellung von homogenen, oxydzonenfreien Kupferdrähten - Google Patents

Description

Kupferdraht für elektronische Zwecke wird aus möglichst reinem Kupfer zur Erzielung einer hohen Leitfähigkeit hergestellt. Es wird im Raffinierofen gereinigt und dann in langgestreckte, liegende Formen gegossen, die vermittels des Wirebar-Karussels am Ofen vorübergefahren werden. Die dabei entstandenen langestreckten Kupferblöcke, Wirebars genannt, bilden die Ausgangsstücke für die Drahtherstellung. Sie werden im Walzwerk warm bis an 6 mm gewalzt, danach von ihrer Walzhaut einer festhaftenden Oxydschicht, durch Abbeizen befreit und dann in gereinigten Zustand auf das gewünschte Endmaß im Drahtzug kalt gezogen.

Erfahrungsgemäss lassen sich dabei fehlerhafte Stellen im Draht trotz sorgfältiger Behandlung nie ganz vermeiden. Sie haben ihre Ursache in Lunkern, Gas- oder Oxydeinschlüssen, die beim Guss der Wirebars entstanden waren. Die Schmelzoberfläche bildet nämlich mit dem Luftsauerstoff Kupferoxydul. Es löst sich in der Schmelze und bleibt im erstarrenden Wirebar als Ausscheidungsstoff zurück. Bei der späteren Verarbeitung beeinträchtigt es die Leitfähigkeit oder verursacht die gefürchtete Wasserstoffkrankheit, jenen brüchigen oder unbrauchbaren Zustand, den Kupfer bekommt, wenn es beispielsweise im Anwärmofen mit Wasserstoff abgebenden oder entwickelnden Gasen bei hohen Temperaturen in Berührung gekommen war. Dabei diffundiert nämlich der Wasserstoff in das Kupfer und reduziert das Kupferoxydul unter Wasserdampfbildung. Der Dampf kann aber nicht mehr durch das Metall diffundieren. So entstehen feine Haarrisse im Kupfer, die es brüchig und unbrauchbar machen.

Zur Vermeidung der von den Oxyduleinschlüssen herrührenden Fehler hat man für die Drahtherstellung schon Stangen oder

Blöcke stehend gegossen. Die Stangen werden anstelle der Wirebars benutzt, während der Block wegen seines wesentlich größeren Querschnitts vermittels einer Presse zu einem Kupferstrang gepresst und anstelle des Walzdrahts weiterverarbeitet wird. Beim stehenden Guss ist eine wesentlich kleinere Fläche der Luft ausgesetzt. Infolgedessen kann sich Kupferoxydul nur in einer wesentlich kleineren Menge in der Schmelze bilden und der Oxydulgehalt der stehend gegossenen Stangen oder Blöcke ist wesentlich geringer als beim Wirebar. Dafür haben aber jene mehr versteckte Fehler, die von Gasblasen oder Lunkern herrühren. Außerdem ist ihre Fertigung nicht wirtschaftlich. Infolgedessen ist als Ausgangswerkstück für die Drahtfertigung bisher im wesentlichen der Wirebar benutzt worden, obwohl seine Verarbeitung in den Stufen des Drahtzugs schwierig ist und eine besondere Sorgfalt erfordert.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein homogenes, fehlerfreies Kupfer, insbesondere zur Drahtherstellung zu erzeugen, das beim Glühen und Schweissen von Wasserstoff nicht angegriffen wird. Dies Kupfer lässt sich dann ohne nachteilige Folgen in einem mit Fern- oder Wasserstoffgas beheizten Ofen, sowie in reduzierender Atmosphäre, beispielsweise in Ammoniak oder Kohlenoxyd, glühen und mit wasserstoffhaltigen Gasen schweissen. Das als Ausgangswerkstück benutzte Kupfer soll also so beschaffen sein, dass es weder versteckte Fehler, wie Lunker, noch oxydulhaltige Zonen hat.

Erfindungsgemäß ist ein nach dem Stranggussverfahren hergestellter Kupferblock oder eine danach hergestellte Stange für die Kupferdrahtherstellung das geeignete Ausgangswerkstück weil beim Strangguss sich keine Lunker bilden und die Entstehung von Oxydulzonen fast unmöglich ist oder durch ein Schutzgas ganz vermieden werden kann.

Bei dem Strangguss handelt es sich um ein den besonderen Bedürfnissen der Presstechnik, und zwar vornehmlich der Presstechnik von Leichtmetallen, angepassten Giessverfahren. Dabei wird die Schmelze in eine kurze gekühlte Kokille gegossen. Ihr Boden wird nach der Erstattung der eingelassenen Schmelze allmählich gesenkt. Die gleichzeitig ununterbrochenen zufließende Schmelze lässt so einen zusammenhängenden Gusstrang entstehen, der erfahrungsgemäß frei von Lunkern ist und ein homo- genes Gefüge hat. Die so hergestellten völlig dichten Blöcke werden ohne den erheblich Abfall verpresst, der bei anders gegossenen Blöcken unvermeidlich ist.

Die Erfindung geht also davon aus, daß ein stranggegossener Kupferblock sehr homogen ist und einen sehr niedrigen Oxydulgehalt hat. Um bewusst oxydulzonenfrei zu arbeiten, ist es zweckmäßig, das Kupfer aus dem Vorratsbehälter in die Stranggusskontrolle unter Schutzgas zu vergiessen.

Die Verwendung solcher nach dem Stranggusverfahren erzeugter Kupferblöcke verspricht einen wesentlichen Fortschritt für die Drahtherstellung. Denn sie liefern Drähte mit einer hohen Leitfähigkeit. Sie lassen sich besonders leicht ziehen, weil die sonst reibenden Kupferoxydeinschlüsse fehlen. Die Ziehdüsen bleiben deswegen auch weitaus länger gebrauchsfähig. Solche Drähte sind das geeignete Material für den Feinstzug. Denn der Draht läuft ohne zu reissen durch die feinsten Ziehdüsen. Daher lassen sich in der Fertigung hohe Leistungen erzielen. Neben der Leistungssteigerung bietet sich der weitere Vorteil der gleichmäßigen Dehnungs- und Festigkeitswerte.

Die Leitfähigkeit, die bekanntlich höchstens 58 beträgt, lässt sich nach einem weiteren Erfindungsgedanken sogar auf 60 bis 61 steigern und die Biegefähigkeit verbessern, wenn der Kupferschmelze zwecks Desoxydation geringe Spuren Lithium, ungefähr 0.002 - 0.05 %, beigegeben werden. An sich ist es zwar bekannt, dass der Lithiumzusatz in geringer Menge die Leitfähigkeit steigert. Das konnte bisher aber praktisch nicht ausgenutzt werde, denn die aus solchen Kupferschmelzen gegossenen Wirebars wiesen in der Barrenmitte so große Einsenkungen durch Lunkerung auf, daß sie nicht mehr gewalzt werden konnten. Auch der gewöhnliche stehende Guss ergab Lunkerungsschwierigkeiten und ist zu kostspielig, sodaß er praktisch ungenutzt bleibt.

Bei dem Strangguss einer mit geringem Lithiumzusatz desoxydierten Kupferschmelze treten jene Schwierigkeiten nicht auf, es entsteht ein einwandfreier Kupferblock, der, in der üblichen Weise zu Draht verarbeitet, ein Material mit höch- ster Leitfähigkeit liefert.

Die Stranggusstangen von etwa 120-140 mm Durchmesser werden zweckmäßigerweise vom Strang in einer solchen Länge abgeschnitten, dass sie gerade die lichten Maße des Walzwerkofens unterschreiten. Dadurch lässt sich die Walzwerksleistung auf ein Höchstmaß steigern. Das hat den weiteren Vorteil, daß der nachfolgende Grobzug infolge der größeren Ringgewichte wirtschaftlicher arbeitet. Der Drahtzieher braucht dann seltener eine neue Drahtrolle in die Anfangsziehdüse einzuführen, wodurch er von anderen Verrichtungen abgehalten wird, oder den Draht seltener aneinanderzuschweißen, wenn er den Anfang eines angelieferten Drahtringes mit dem Ende des auf der Ziehbank laufenden Rings verschweißt.

Die so gefertigten Straggusskupferblöcke können auch in der Presse zu Stangen verpresst und dann in der üblichen Weise anstellt von Walzdraht weiterverarbeitet werden.

Claims (6)

1. Verwendung von Stranggußkupferblöcken zur Drahtherstellung.

2. Verwendung von Stranggußkupferblöcken mit einem geringen Lithiumzusatz zur Drahtherstellung.

3. Verwendung von Stranggußkupferblöcken in einer Länge, die gerade die lichten Maße des Walzwerksofens unterschreitet, zur Drahtherstellung.

4. Verwendung der aus Stranggußkupferblöcken hergestellten Drähte im Fein- und Feinstdrahtzug.

5. Anwendung einer Schutzgasatmosphäre beim Strangguß von Leitungskupfer.

6. Leitungskupfer hergestellt aus stranggegossenem Block.