EP3473352B1 - Method for producing a copper profile and copper profile - Google Patents
Method for producing a copper profile and copper profile Download PDFInfo
- Publication number
- EP3473352B1 EP3473352B1 EP18200963.9A EP18200963A EP3473352B1 EP 3473352 B1 EP3473352 B1 EP 3473352B1 EP 18200963 A EP18200963 A EP 18200963A EP 3473352 B1 EP3473352 B1 EP 3473352B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- copper
- matrix element
- profile
- wire
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 172
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims description 152
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims description 152
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 73
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 42
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 14
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 claims description 2
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 29
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 29
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 29
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 7
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 3
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- ALKZAGKDWUSJED-UHFFFAOYSA-N dinuclear copper ion Chemical compound [Cu].[Cu] ALKZAGKDWUSJED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009715 pressure infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/008—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of clad ingots, i.e. the molten metal being cast against a continuous strip forming part of the cast product
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/34—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the shape of the material to be treated
- C23C2/36—Elongated material
- C23C2/38—Wires; Tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils, insbesondere eines Kupferdrahtes, aus einem Matrixelement, wobei das Matrixelement mindestens ein Filament aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kupferprofil.The invention relates to a method for producing a copper profile, in particular a copper wire, from a matrix element, the matrix element having at least one filament. Furthermore, the invention relates to a copper profile.
Zur Herstellung von einem Kupferdraht aus einem Metall-Matrix-Composit (MMC) sind verschiedene Verfahren bekannt. Beim schmelzmetallurgischen Prozess erfolgt eine Infiltration von Fasern oder Partikeln durch Vakuum und/oder Druck, ein Einrühren von Partikeln in die Schmelze und anschließende Weiterverarbeitung durch Gieß- und Umformverfahren. Ebenso können pulvermetallurgische Prozesse verwendet werden, bei denen Pulvermixturen gesintert werden oder ein Sintern oder Schmieden von Tauen aus Metall- und Nichtmetallfasern erfolgt. Auch kann ein Beschichten aus einer Gasphase (PVD/CVD), elektrolytisches Abscheiden oder Plasmaspritzen angewandt werden.Various methods are known for producing a copper wire from a metal matrix composite (MMC). In the melt metallurgical process, fibers or particles are infiltrated by vacuum and / or pressure, particles are stirred into the melt and then further processed by casting and forming processes. Powder metallurgical processes can also be used in which powder mixtures are sintered or sintering or forging of ropes made of metal and non-metal fibers. Coating from a gas phase (PVD / CVD), electrolytic deposition or plasma spraying can also be used.
Im Allgemeinen benötigen alle diese Herstellungsverfahren mehrere Verfahrensschritte wie Gieß-Walz-Drahtherstellung, Grobdrahtzug und/oder Feindrahtzug.In general, all of these manufacturing processes require several process steps, such as cast-rolled wire production, coarse wire drawing and / or fine wire drawing.
Zudem reduziert sich die elektrische Leitfähigkeit durch das Verwenden von Legierungen und/oder durch Umformen eines Kupferprofils erheblich. Des Weiteren wird die Verarbeitung von höherfesten Legierungen zu Drähten mit einem Durchmesser < 0,3mmm durch die geringe Umformbarkeit immer aufwändiger.In addition, the electrical conductivity is significantly reduced by using alloys and / or by reshaping a copper profile. Furthermore, the processing of higher-strength alloys into wires a diameter of <0.3mm is becoming more and more complex due to the low formability.
In der
Aus der
Die
Die
Nachteilig bei den oben genannten Verfahren sowie den allgemein bekannten Verfahren zur Herstellung von Feindrähten mit einem Durchmesser < 0,3mm sind die Vielzahl an notwendigen Verfahrensschritten, insbesondere Gieß-Walzdraht-Herstellung, Up-Casting, Grobdrahtzug, Mitteldrahtzug und Feindrahtzug sowie eine mehrfache Wärmebehandlung.A disadvantage of the abovementioned processes and the generally known processes for producing fine wires with a diameter of <0.3 mm are the large number of necessary process steps, in particular cast wire rod production, up-casting, coarse wire drawing, medium wire drawing and fine wire drawing as well as multiple heat treatment.
Ein einfach durchführbares und kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines Kupferdrahtes aus Metall-Matrix-Composit und somit einem Kupfer-Nichtmetall-Verbundwerkstoff ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt.An easy to carry out and inexpensive method for producing a copper wire from metal matrix composite and thus a copper-non-metal composite material is not known from the prior art.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the prior art.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils, insbesondere eines Kupferdrahtes, aus einem Matrixelement, wobei das Matrixelement mindestens ein Filament aufweist, mit folgendem Schritt:
- Durchführen des Matrixelementes durch eine Öffnung eines mit flüssigem Kupfer gefüllten Kupfertiegels derart, dass flüssiges Kupfer auf dem Matrixelement aufgebracht wird und das aufgebrachte Kupfer auf dem Matrixelement frei von dem flüssigen Kupfer vom gefüllten Kupfertiegel derart erstarrt, dass direkt das Kupferprofil ausgebildet wird.
- Passing the matrix element through an opening of a copper crucible filled with liquid copper in such a way that liquid copper is applied to the matrix element and the applied copper on the matrix element solidifies free of the liquid copper from the filled copper crucible in such a way that the copper profile is formed directly.
Mit dem erfinderischen Verfahren ist somit ein Kupfer-Matrix-Composit-Draht direkt in einem einzigen Verfahrensschritt durch das Durchführen des Matrixelementes durch die Kupferschmelze herstellbar. Folglich entfallen die herkömmlichen Verfahrensschritte wie beim Gieß-Walzdraht, Up-Casting, Grobdrahtzug und/oder Feindrahtzug.With the inventive method, a copper matrix composite wire can thus be produced directly in a single process step by passing the matrix element through the copper melt. As a result, the conventional process steps, such as for wire rod, up-casting, coarse wire drawing and / or fine wire drawing, are eliminated.
Mithin werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Kupferprofile und insbesondere Kupferdrähte aus MMC hergestellt, die in Bezug auf Zugfestigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Dauerschwingfestigkeit sowie Dichte optimierte Materialeigenschaften aufweisen. Es ist besonders vorteilhaft, dass ein Kupferdraht frei von Umformprozessen hergestellt wird, welcher eine optimierte elektrische Leitfähigkeit bereitstellt.The method according to the invention therefore produces copper profiles and in particular copper wires made of MMC, which have optimized material properties with regard to tensile strength, electrical conductivity and fatigue strength as well as density. It is particularly advantageous that a copper wire is produced free from forming processes, which provides an optimized electrical conductivity.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass ein Matrixelement mittels einer Öffnung in einem Tiegel mit Kupferschmelze derart durch die Kupferschmelze geführt wird, dass das Erstarren des auf dem Matrixelement aufgebrachten Kupfers unbeeinflusst von flüssigem Kupfer im Tiegel erfolgt und dadurch direkt das Kupferprofil ausgebildet wird. Somit wird ein Kupfer-Matrix-Draht direkt in einem einzigen Verfahrensschritt gefertigt.An essential idea of the invention is based on the fact that a matrix element is guided through the copper melt by means of an opening in a crucible with copper melt in such a way that the solidification of the copper applied to the matrix element is unaffected by liquid copper in the Crucible takes place and thereby the copper profile is formed directly. A copper matrix wire is thus produced directly in a single process step.
Ein "Kupferprofil" ist insbesondere ein längliches Bauteil aus Kupfer und dem Matrixelement. Ein Kupferprofil weist insbesondere über seine gesamte Länge einen gleichen Querschnitt und/oder eine gleiche Oberflächenqualität auf. Bei einem Kupferprofil handelt es sich insbesondere um einen Draht, insbesondere Feindraht, ein Band und/oder einen Stab aus einem Verbundwerkstoff Kupfer-Matrixelement.A "copper profile" is in particular an elongated component made of copper and the matrix element. A copper profile has, in particular, the same cross section and / or the same surface quality over its entire length. A copper profile is in particular a wire, in particular fine wire, a strip and / or a rod made of a composite copper matrix element.
Unter einem "Kupferdraht" wird insbesondere ein dünn, lang und biegsam geformtes Metall und/oder Kupferlegierung verstanden. Ein Kupferdraht kann insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt oder eine andere Querschnittsform aufweisen. Bei einem Kupferdraht kann es sich insbesondere auch um einen Flach-, Vierkant- und/oder Profildraht handeln. Der Kupferdraht weist insbesondere einen Durchmesser von 0,1mm bis 30mm, bevorzugt 0,2mm bis 0,5mm auf. Der Kupferdraht weist insbesondere ein Matrixelement auf und bildet somit aus einem Kupfer-Nichtmetall-Verbundwerkstoff.A “copper wire” is understood to mean in particular a thin, long and flexible metal and / or copper alloy. A copper wire can in particular have a circular cross-section or another cross-sectional shape. A copper wire can in particular also be a flat, square and / or profile wire. The copper wire has in particular a diameter of 0.1 mm to 30 mm, preferably 0.2 mm to 0.5 mm. The copper wire has in particular a matrix element and thus forms from a copper-non-metal composite material.
Ein "Matrixelement" ist insbesondere ein längliches Element, welches frei von Kupfer und/oder Kupferlegierungen oder Metall ist. Das Matrixelement weist insbesondere mindestens ein Filament auf.A "matrix element" is in particular an elongated element which is free of copper and / or copper alloys or metal. The matrix element has in particular at least one filament.
Unter "Filament" wird insbesondere eine einzelne Faser beliebiger Länge verstanden. Ein Filament weist insbesondere einen anorganischen oder organischen Stoff auf. Bei einem Filament kann es sich beispielsweise um eine Textil-, Glas-, Kohlenstoff- und/oder Keramikfaser handeln. Bevorzugt weist das Filament und/oder Matrixelement eine Oberflächeneigenschaft auf, welche Schmelze anzieht."Filament" means in particular a single fiber of any length. A filament has in particular an inorganic or organic substance. A filament can be, for example, a textile, glass, carbon and / or ceramic fiber. The filament and / or matrix element preferably has a surface property which attracts melt.
Ein "Kupfertiegel" auch Schmelztiegel genannt ist insbesondere ein einseitig und insbesondere offener Behälter. In einem Kupfertiegel kann insbesondere festes Kupfer in einem Schmelzeofen geschmolzen werden. Der Kupfertiegel weist insbesondere flüssiges Kupfer auf, durch welches das Matrixelement durch eine Öffnung geführt wird.A “copper crucible” is also called a crucible, in particular a container that is open on one side and in particular. Solid copper in particular can be melted in a melting furnace in a copper crucible. The copper crucible has, in particular, liquid copper, through which the matrix element is guided through an opening.
Eine "Öffnung" ist insbesondere eine nichtverschlossene Stelle im Boden des Kupfertiegels und somit ein Durchlass durch den Boden des Kupfertiegels. Die Öffnung weist insbesondere einen beliebigen Querschnitt auf. Bevorzugt ist die Öffnung an das durchgeführte Matrixelement derart angepasst, dass flüssiges Kupfer aus dem Kupfertiegel nicht durch die Öffnung nach außen dringen und/oder auslaufen kann. Im Falle eines zu fertigenden Drahtes ist die Öffnung beispielsweise als rundes Loch und im Falle eines zu fertigenden Bandes als Langloch ausgeführt.An "opening" is in particular a non-closed point in the bottom of the copper crucible and thus a passage through the bottom of the copper crucible. The opening has in particular any cross section. The opening is preferably adapted to the matrix element being carried out in such a way that liquid copper cannot pass out of the copper crucible through the opening and / or run out. In the case of a wire to be manufactured, the opening is designed, for example, as a round hole and in the case of a tape as an elongated hole.
Unter "flüssigem Kupfer" wird insbesondere Kupfer und/oder Kupferlegierung im flüssigen Aggregatzustand verstanden, sodass das flüssige Kupfer fließfähig ist.“Liquid copper” is understood to mean in particular copper and / or copper alloy in the liquid state, so that the liquid copper is flowable.
Unter "Erstarren des aufgebrachten Kupfers auf dem Matrixelement frei von dem flüssigen Kupfer im gefüllten Kupfertiegel" wird insbesondere verstanden, dass bereits auf dem Matrixelement aufgebrachtes Kupfer bei seinem Erstarren nicht oder nur im geringen Maße von dem flüssigen Kupfer im gefüllten Kupfertiegel beeinflusst wird. Somit erfolgt ein definiertes Abkühlen und Erstarren der Schmelze am oberen Ende des Meniskus. Dieser Effekt führt insbesondere zur einer Ausbildung der Erstarrungsfront über der Schmelzoberfläche und parallel zu dieser. Die Erstarrungsrichtung erfolgt dabei insbesondere entgegen der Bewegungsrichtung des Filaments.“Solidification of the applied copper on the matrix element free of the liquid copper in the filled copper crucible” means in particular that copper already applied to the matrix element is not or only slightly influenced by the liquid copper in the filled copper crucible when it solidifies. In this way, a defined cooling and solidification of the melt takes place at the upper end of the meniscus. This effect leads in particular to the formation of the solidification front over the melt surface and parallel to it. The direction of solidification takes place in particular against the direction of movement of the filament.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens erfolgt das Durchführen durch ein kontinuierliches Ziehen.In a further embodiment of the method, it is carried out by continuous pulling.
Dadurch, dass das Matrixelement kontinuierlich durch die Öffnung des mit flüssigen Kupfers gefüllten Kupfertiegels gezogen wird, ist ein endloser MMC-Draht und/oder ein endloses Kupferprofil beliebiger Länge herstellbar. Zudem wird das Kupferprofil kontinuierlich mit einer hohen, gleichbleibenden Oberflächenqualität gefertigt.By continuously pulling the matrix element through the opening of the copper crucible filled with liquid copper, an endless MMC wire and / or an endless copper profile of any length can be produced. In addition, the copper profile is continuously manufactured with a high, consistent surface quality.
Es ist besonders vorteilhaft, dass über eine Geschwindigkeit beim kontinuierlichen Ziehen ein spezifischer Durchmesser des gefertigten Kupferprofils und insbesondere ein sehr geringer MMC-Drahtdurchmesser gefertigt werden kann.It is particularly advantageous that a specific diameter of the finished copper profile and in particular a very small MMC wire diameter can be produced via a speed during continuous drawing.
Vor allem wird alleinig durch das Ziehen des Matrixelementes durch den mit flüssigem Kupfer gefüllten Kupfertiegel das Kupferprofil gefertigt. Somit liegt ein sehr kostengünstiges und einstufiges Verfahren zum Fertigen eines Kupferprofils aus MMC-Verbundwerkstoff vor.Above all, only by pulling the matrix element through the one filled with liquid copper Copper crucible made the copper profile. This is a very cost-effective and one-step process for producing a copper profile from MMC composite material.
Folglich kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere ein Draht mit einem MMC hergestellt werden, bei dem sein gefertigter Durchmesser im Wesentlichen frei wählbar ist und insbesondere < 0,3mm sein kann. Zudem kann ein quasi endloser Draht mit beliebiger Länge und mindestens einem Filament hergestellt werden.Consequently, the method according to the invention can be used in particular to produce a wire with an MMC in which the diameter of which it is manufactured can essentially be freely selected and in particular <0.3 mm. In addition, a quasi-endless wire with any length and at least one filament can be produced.
Es ist besonders vorteilhaft, dass ein MMC-Draht durch Ziehen eines Matrixelementes direkt aus einer Kupferschmelze ohne weitere Verfahrensschritte gefertigt wird.It is particularly advantageous that an MMC wire is produced directly from a copper melt by pulling a matrix element without further process steps.
Unter "Ziehen" wird insbesondere ein Ausüben einer Kraft in Richtung einer Kraftquelle verstanden. Beim Ziehen wird insbesondere eine Zugspannung auf das Matrixelement und/oder das Filament aufgebracht. Beim Ziehen wird insbesondere das Matrixelement und/oder Filament durch die Öffnung und das geschmolzene Kupfer des gefüllten Kupfertiegels gezogen. Somit ist Ziehen insbesondere im Sinne von Führen zu verstehen.“Pulling” is understood in particular to mean the exertion of a force in the direction of a power source. In particular, tensile stress is applied to the matrix element and / or the filament during drawing. When pulling, the matrix element and / or filament in particular is pulled through the opening and the molten copper of the filled copper crucible. Thus, pulling is to be understood in particular in the sense of leading.
Um ein optimales Erstarren des aufgebrachten Kupfers auf dem Matrixelement zu erreichen, wird eine Erstarrungsrichtung des aufgebrachten Kupfers auf dem Matrixelement längs oder parallel einer Längsachse des Matrixelementes ausgerichtet.In order to achieve optimal solidification of the applied copper on the matrix element, a direction of solidification of the applied copper on the matrix element is aligned along or parallel to a longitudinal axis of the matrix element.
Somit erfolgt das Erstarren des aufgebrachten Kupfers entlang der Längsachse des Matrixelementes, sodass ein Erstarrungsprofil entlang des Matrixelementes ausgebildet werden kann.The applied copper thus solidifies along the longitudinal axis of the matrix element, so that a solidification profile can be formed along the matrix element.
Mithin ist die Erstarrungsrichtung entgegengesetzt zur Zugrichtung, wodurch die Ausdehnung der Erstarrungsfront sowie die Dicke des erstarrten Kupfers auf dem Matrixelement durch die Geschwindigkeit des Durchführens und/oder Ziehens beeinflusst werden kann.The direction of solidification is therefore opposite to the direction of pull, as a result of which the extent of the solidification front and the thickness of the solidified copper on the matrix element can be influenced by the speed at which it is carried out and / or pulled.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn durch das Durchführen und/oder Ziehen das Matrixelement mit dem aufgebrachten Kupfer oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des flüssigen Kupfers aus der Kupferschmelze herausgebracht und das Erstarren außerhalb des flüssigen Kupfers oberhalb des Flüssigkeitsspiegels erfolgt.It is particularly advantageous if the matrix element with the applied copper is brought out of the copper melt above the liquid level of the liquid copper by carrying out and / or pulling, and the solidification takes place outside the liquid copper above the liquid level.
Eine "Erstarrungsrichtung" ist insbesondere die Richtung, in der das Erstarren des aufgebrachten Kupfers auf das Matrixelement erfolgt. Wird beispielsweise das Matrixelement nach oben aus dem Kupfertiegel mit dem gefüllten flüssigen Kupfer hinaus in die umgebende Atmosphäre gezogen, so ist die Erstarrungsrichtung insbesondere entgegen der Zugrichtung, d.h. in Richtung der Schmelze, und vertikal ausgerichtet. Somit etabliert sich insbesondere eine stationäre Erstarrungsfront.A "solidification direction" is in particular the direction in which the applied copper solidifies onto the matrix element. If, for example, the matrix element is pulled upwards out of the copper crucible with the filled liquid copper into the surrounding atmosphere, the direction of solidification is in particular opposite to the direction of pull, i.e. towards the melt, and aligned vertically. In particular, a stationary solidification front is established.
Folglich ist ein fortlaufender gerichteter Erstarrungsprozess des aufgebrachten Kupfers auf dem Matrixelement realisierbar.Consequently, a continuous, directed solidification process of the applied copper on the matrix element can be implemented.
Eine "Längsachse" ist insbesondere die Länge der längsten Ausdehnung des Matrixelementes. Eine Längsachse ist somit insbesondere die in der Längsrichtung des Matrixelementes verlaufende Achse.A "longitudinal axis" is in particular the length of the longest dimension of the matrix element. A longitudinal axis is thus in particular the axis running in the longitudinal direction of the matrix element.
In einer weiteren Gestaltungsform des Verfahrens wird die Längsachse des Matrixelementes vertikal ausgerichtet, sodass sich ein freier Meniskus aus aufgebrachtem Kupfer um das Matrixelement am und/oder oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels des flüssigen Kupfers im gefüllten Kupfertiegel ausbildet.In a further embodiment of the method, the longitudinal axis of the matrix element is aligned vertically, so that a free meniscus made of applied copper forms around the matrix element on and / or above a liquid level of the liquid copper in the filled copper crucible.
Somit wird ein freier Meniskus aus aufgebrachtem Kupfer um das Matrixelement ausgebildet, wobei der freie Meniskus einen selbststabilisierenden runden Querschnitt aufweist. Dadurch werden eventuelle Nachbearbeitungsschritte reduziert oder vermieden.A free meniscus made of applied copper is thus formed around the matrix element, the free meniscus having a self-stabilizing round cross section. This reduces or avoids any post-processing steps.
Zudem führt der ausgebildete Meniskus dazu, dass sich an der unteren Basis des Meniskus kleine Partikel, wie Zunder und/oder Tiegelmaterial, sammeln können und in das flüssige Kupfer im gefüllten Kupfertiegel absinken, sodass der Bereich der Erstarrungsfront frei von Partikeln bleibt. Folglich wird grundsätzlich eine Drahtoberfläche ausgebildet, welche glatt und frei von Partikeln ist.In addition, the trained meniscus means that small particles, such as scale and / or crucible material, can collect on the lower base of the meniscus and sink into the liquid copper in the filled copper crucible, so that the area of the solidification front remains free of particles. As a result, a wire surface is basically formed that is smooth and free of particles.
Des Weiteren kann nicht nur über die Ziehgeschwindigkeit des Matrixelementes, sondern auch durch gezielte Beeinflussung des Meniskus das Erstarren des aufgebrachten Kupfers auf dem Matrixelement beeinflusst werden. Neben der Ausgestaltung des mit flüssigen Kupfers gefüllten Kupfertiegels, wie die Flüssigkeitshöhe des flüssigen Kupfers, die Ausgestaltung der Öffnung im Kupfertiegelboden, die Temperatur und Viskosität des flüssigen Kupfers, wird die Ausbildung und Form des Meniskus, da dieser oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des flüssigen Kupfers in den Kupfertiegel und somit weitgehend in der umgebenden Atmosphäre angeordnet ist, durch weitere Parameter, wie die Umgebungstemperatur, den Luftdruck und ähnliches, sowie durch die Temperatur des Matrixelementes an der Erstarrungsfront beeinflusst. Insbesondere die Tiegelausgestaltung und -form sowie die Art des Filaments wirken sich stabilisierend auf den Meniskus aus.Furthermore, the solidification of the applied copper on the matrix element can be influenced not only via the drawing speed of the matrix element, but also by deliberately influencing the meniscus. In addition to the design of the copper crucible filled with liquid copper, such as the liquid level of the liquid copper, the design of the opening in the bottom of the crucible, the temperature and viscosity of the liquid copper, the formation and shape of the meniscus, since this is arranged above the liquid level of the liquid copper in the crucible and thus largely in the surrounding atmosphere, by further parameters , such as the ambient temperature, air pressure and the like, as well as influenced by the temperature of the matrix element on the solidification front. In particular, the crucible design and shape as well as the type of filament have a stabilizing effect on the meniscus.
Es ist insbesondere Vorteilhaft, dass sich der Meniskus in Ziehrichtung kontinuierlich auf die Dicke des erstarrten Kupfers auf dem Matrixelement verjüngt.It is particularly advantageous that the meniscus tapers continuously in the direction of drawing to the thickness of the solidified copper on the matrix element.
Unter einem "Meniskus" wird insbesondere eine Wölbung an der Oberfläche einer Flüssigkeit verstanden. Der Meniskus bildet sich insbesondere an der Flüssigkeitsoberfläche des flüssigen Kupfers im gefüllten Kupfertiegel aufgrund des Durchführens und/oder Ziehens des Matrixelementes durch das flüssige Kupfer und des Durchbrechens des Matrixelementes durch die Flüssigkeitsoberfläche des flüssigen Kupfers aus. Somit geht die Ausbildung des Meniskus insbesondere auch auf die Wechselwirkung zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und der Oberfläche des Matrixelementes mit dem aufgebrachten Kupfer zurück. Der Meniskus weist insbesondere oben an der Erstarrungsfront eine konvexe und unten zum Flüssigkeitsspiegel eine konkave Form auf. Insbesondere ist an der Erstarrungsfront die Krümmung des Meniskus maximal und nimmt mit Annäherung an den Flüssigkeitsspiegel ab.A “meniscus” is understood in particular to mean a curvature on the surface of a liquid. The meniscus forms in particular on the liquid surface of the liquid copper in the filled copper crucible due to the passage and / or pulling of the matrix element through the liquid copper and the breakthrough of the matrix element through the liquid surface of the liquid copper. Thus, the formation of the meniscus is particularly due to the interaction between the liquid level and the surface of the matrix element with the applied copper. The meniscus in particular has a convex shape at the top of the solidification front and a concave shape at the bottom to the liquid level. In particular is on the solidification front, the curvature of the meniscus maximally and decreases as the liquid level approaches.
Ein "freier Meniskus" bedeutet insbesondere, dass der Meniskus selbst sich nicht innerhalb des flüssigen Kupfers im gefüllten Kupfertiegel, sondern weitgehend in der umgebenden Atmosphäre befindet. Der freie Meniskus ist insbesondere nur an seiner unteren Basis im Kontakt zum Flüssigkeitsspiegel des flüssigen Kupfers im gefüllten Kupfertiegel.A "free meniscus" means in particular that the meniscus itself is not within the liquid copper in the filled copper crucible, but largely in the surrounding atmosphere. The free meniscus is in particular only in contact with the liquid copper liquid level in the filled copper crucible at its lower base.
Der "Flüssigkeitsspiegel" ist insbesondere der Flüssigkeitsstand des flüssigen Kupfers im gefüllten Kupfertiegel. Der Flüssigkeitsspiegel, auch Flüssigkeitsoberfläche genannt, stellt insbesondere die Grenzfläche zwischen dem flüssigen Kupfer und der darüber angeordneten Umgebungsatmosphäre dar.The "liquid level" is in particular the liquid level of the liquid copper in the filled copper crucible. The liquid level, also called the liquid surface, represents in particular the interface between the liquid copper and the surrounding atmosphere arranged above it.
Um ein gleichmäßiges Aufbringen des Kupfers auf dem Matrixelement zu realisieren, ist die Öffnung durch das flüssige Kupfer bedeckt.In order to achieve a uniform application of the copper on the matrix element, the opening is covered by the liquid copper.
Somit wird das Matrixelement beim Einbringen in die Öffnung des Kupfertiegels direkt und sofort von flüssigem Kupfer umgeben. Des Weiteren kann die Kupferschmelze aufgrund einer Ausnutzung der Oberflächenspannung der Kupferschmelze nicht durch die Öffnung aus dem Kupfertiegel austreten.Thus, the matrix element is immediately and immediately surrounded by liquid copper when it is introduced into the opening of the copper crucible. Furthermore, the copper melt cannot escape through the opening from the copper crucible due to utilization of the surface tension of the copper melt.
Neben der Oberflächenspannung wird ein Auslaufen des flüssigen Kupfers aus dem Kupfertiegel auch durch eine geometrische Abstimmung zwischen dem Matrixelement und der Öffnung erreicht.In addition to the surface tension, a leakage of the liquid copper from the copper crucible is also prevented geometric coordination between the matrix element and the opening is achieved.
In einer weiteren Gestaltungsform des Verfahrens weist das Matrixelement weitere Filamente und/oder ein Filamentbündel auf.In a further embodiment of the method, the matrix element has further filaments and / or a bundle of filaments.
Somit kann der Anteil der Filamente und/oder Fasern am MMC-Profil und/oder -Draht erhöht werden. Des Weiteren können insbesondere Multifilamente und vertaute, gedrehte, geflochtene und/oder andersartig verbundene Filamente in einem Filamentbündel verwendet werden. Dadurch kann die Zugfestigkeit und Dauerschwenkfestigkeit erhöht sowie die Dichte und das Gewicht des gefertigten Kupferprofils und/oder Drahtes verringert werden.The proportion of filaments and / or fibers in the MMC profile and / or wire can thus be increased. Furthermore, multifilaments and tied, twisted, braided and / or otherwise connected filaments in particular can be used in a filament bundle. As a result, the tensile strength and fatigue strength can be increased and the density and weight of the manufactured copper profile and / or wire can be reduced.
Um optimale Eigenschaften des gefertigten Kupferprofils und/oder -drahtes einzustellen, weist das Matrixelement eine anorganische Faser, insbesondere eine Kohlenstofffaser und/oder eine Siliziumcarbidfaser auf.In order to set optimal properties of the manufactured copper profile and / or wire, the matrix element has an inorganic fiber, in particular a carbon fiber and / or a silicon carbide fiber.
Eine "Kohlenstofffaser" (auch "Karbonfaser") ist eine industriell hergestellte Faser aus kohlenstoffhaltigem Ausgangsmaterial, welche durch angepasste chemische Reaktionen in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt wird.A "carbon fiber" (also "carbon fiber") is an industrially manufactured fiber from carbon-containing starting material, which is converted into graphite-like carbon by adapted chemical reactions.
Eine "Siliziumcarbidfaser" ist insbesondere eine Faser aus einer zur Gruppe der Carbide gehörenden chemischen Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff. Bei einer Siliziumcarbidfaser handelt es sich insbesondere um eine keramische Faser.A "silicon carbide fiber" is in particular a fiber made of a chemical compound of silicon and carbon belonging to the group of carbides. A silicon carbide fiber is, in particular, a ceramic fiber.
In einer weiteren Gestaltungsform des Verfahrens weist ein Filament oder weisen mehrere Filamente einen Durchmesser zwischen 3pm und 30pm, besonders zwischen 6pm und 20pm, auf.In a further embodiment of the method, a filament or several filaments have a diameter between 3pm and 30pm, especially between 6pm and 20pm.
Folglich weist das Filament oder weisen die Filamente und somit das Matrixelement eine geeignete Geometrie auf, um insbesondere feine MMC-Drähte mit einem finalen maximalen Drahtdurchmesser von ≤ 300pm zu fertigen.Consequently, the filament or the filaments and thus the matrix element have a suitable geometry in order in particular to produce fine MMC wires with a final maximum wire diameter of 300 300 μm.
Um eine Zunderbildung und/oder ein Verschlacken der flüssigen Kupferschmelze zu verhindern sowie optimale Oberflächeneigenschaften des Kupferprofils und/oder -drahtes zu fertigen, wird das Verfahren unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt.In order to prevent scale formation and / or slagging of the liquid copper melt and to produce optimal surface properties of the copper profile and / or wire, the process is carried out under a protective gas atmosphere.
Somit kann insbesondere die Luft der umgebenden Atmosphäre und vor allem der Sauerstoff der Luft durch das Schutzgas verdrängt werden.In particular, the air in the surrounding atmosphere and especially the oxygen in the air can be displaced by the protective gas.
Folglich kann die Qualität des gefertigten Kupferprofils und/oder -drahtes weiter erhöht werden.As a result, the quality of the copper profile and / or wire produced can be further increased.
In einer weiteren Gestaltungsform des Verfahrens wird eine Dicke des Kupferprofils mittels einer Ziehgeschwindigkeit des Matrixelementes und/oder einer Temperierung, insbesondere einer vertikalen Temperierung, eingestellt.In a further embodiment of the method, a thickness of the copper profile is set by means of a drawing speed of the matrix element and / or a temperature control, in particular a vertical temperature control.
Dadurch wird ein definiertes Abkühlen und Erstarren des aufgebrachten Kupfers auf dem Matrixelement und folglich eine definierte Dicke des Kupferprofils erzielt. Vor allem kann durch die Temperierung ein Erstarrungsprofil in Längsrichtung des Matrixelementes und somit in Ziehrichtung durch die Temperierung unterstützt und/oder gezielt beeinflusst werden.This achieves a defined cooling and solidification of the applied copper on the matrix element and consequently a defined thickness of the copper profile. Above all, the temperature control can support and / or specifically influence a solidification profile in the longitudinal direction of the matrix element and thus in the direction of drawing.
Es ist besonders vorteilhaft, dass die Dicke des Kupferprofils über die Ziehgeschwindigkeit und/oder eine Temperaturführung gezielt einstellbar ist.It is particularly advantageous that the thickness of the copper profile can be specifically adjusted via the drawing speed and / or temperature control.
Um eine sich kontinuierlich ändernde, abgestufte Temperierung entlang der Erstarrungsrichtung und/oder Ziehrichtung zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Temperierung vertikal veränderlich ausgestaltet ist. Dadurch kann sowohl die Form und Ausdehnung des Meniskus als auch des Erstarrungsbereiches beeinflusst werden.In order to achieve a continuously changing, graduated temperature control along the solidification direction and / or drawing direction, it is advantageous if the temperature control is designed to be vertically variable. This can influence the shape and extent of the meniscus as well as the solidification area.
Unter einer "Temperierung" wird insbesondere eine Regelung der Temperatur verstanden. Bei einer Temperierung kann es sich insbesondere um ein Abkühlen und/oder Erwärmen handeln. Die Temperierung kann insbesondere gleichmäßig und/oder veränderlich über die Länge des Matrixelementes mit dem aufgebrachten Kupfer ausgestaltet werden. Unter einer "vertikalen Temperierung" wird insbesondere verstanden, dass die Temperierung vertikal ausgerichtet ist und somit entlang der Längsachse des Matrixelementes und der Erstarrungsrichtung verläuft. Die Temperierung weist insbesondere einzelne Heizelemente und/oder Kühlelemente auf. Die Heizelemente als auch die Kühlelemente können aktiv und/oder passiv ausgestaltet sein. Als "aktive Heizelemente" werden beispielsweise Wärmestrahler auf Basis von Gas oder elektrischer Energie eingesetzt. Eine "passive Temperierung" kann beispielsweise durch Zuleitung von Abwärme erfolgen. Ebenso können die Kühlelemente aktiv oder passiv sein. Als "passives Kühlelement" werden Kühlrippen eingesetzt, welche in räumlicher Nähe zum Matrixelement mit dem aufgebrachten Kupfer angeordnet werden. Als "aktives Kühlelement" kann beispielsweise ein Peltier-Element eingesetzt werden. Auch können zusätzlich Materialien mit bestimmten Wärmeeigenschaften, wie beispielsweise Wärmereflexion oder Wärmeleitung, zur Temperierung eingesetzt werden.A "temperature control" is understood to mean in particular a regulation of the temperature. Temperature control can in particular involve cooling and / or heating. The temperature control can in particular be made uniform and / or variable over the length of the matrix element with the applied copper. A “vertical tempering” is understood in particular to mean that the tempering is oriented vertically and thus runs along the longitudinal axis of the matrix element and the direction of solidification. The temperature control has in particular individual heating elements and / or cooling elements. The heating elements as well as the cooling elements can be configured actively and / or passively. As "active heating elements", for example, heat radiators based on gas or electrical energy are used. A "passive Tempering "can take place, for example, by supplying waste heat. Likewise, the cooling elements can be active or passive. As a" passive cooling element ", cooling fins are used, which are arranged in spatial proximity to the matrix element with the applied copper. A" Peltier ", for example, can be used as an" active cooling element " Materials with certain thermal properties, such as heat reflection or heat conduction, can also be used for temperature control.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Kupferprofil, insbesondere einen Kupferdraht, wobei das Kupferprofil mittels eines zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt ist.In a further aspect, the object is achieved by a copper profile, in particular a copper wire, the copper profile being produced using a previously described method.
Somit wird ein Kupferprofil, insbesondere Kupferdraht, bereitgestellt, welches oder welcher in einem einzigen Herstellungsschritt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigt wird. Es ist besonders vorteilhaft, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Kupferprofil hergestellt wird, welches über eine beliebige Länge eine sehr gleichmäßige Kupferumhüllung konstanter Dicke und konstanter Eigenschaften aufweist. Vor allem ist dadurch die Oberfläche des Kupferprofils und/oder -drahtes sehr glatt und frei von Partikeln, wie beispielsweise Zunder. Deshalb kann auf Nachbearbeitungsschritte des gefertigten Kupferprofils und/oder -drahtes verzichtet werden. Insbesondere können dünne Kupferdrähte mit einem Durchmesser kleiner 0,3mm gegenüber dem Stand der Technik in weniger Schritten hergestellt werden.A copper profile, in particular copper wire, is thus provided, which is manufactured in a single manufacturing step by means of the method according to the invention. It is particularly advantageous that the method according to the invention is used to produce a copper profile which has a very uniform copper cladding of constant thickness and constant properties over any length. Above all, the surface of the copper profile and / or wire is very smooth and free of particles such as scale. Therefore, post-processing steps of the manufactured copper profile and / or wire can be dispensed with. In particular, thin copper wires with a diameter of less than 0.3 mm can be produced in fewer steps than in the prior art.
In einer weiteren Ausführungsform des Kupferprofils ist eine Dicke des Kupferprofils < 0,3mm.In a further embodiment of the copper profile, a thickness of the copper profile is <0.3 mm.
Somit ist in einem einzigen Verfahrensschritt ein Kupferprofil und/oder Kupferdraht aus MMC mit einem Durchmesser von ≤ 0,3mm gefertigt. Folglich werden Feindrähte gefertigt, welche durch andere Herstellungsverfahren, beispielsweise einem Tauverfahren, nicht mit diesen kleinen Drahtdurchmessern und hohen Oberflächenqualität fertigbar sind.A copper profile and / or copper wire made of MMC with a diameter of ≤ 0.3 mm is thus produced in a single process step. As a result, fine wires are produced which cannot be manufactured with these small wire diameters and high surface quality by other manufacturing processes, for example a thawing process.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt die einzige
- Figur 1
- eine stark schematische Schnittdarstellung eines Kupfertiegels, bei dem ein Siliziumcarbid-Filament gezogen wird, sodass ein MMC-Draht hergestellt ist.
- Figure 1
- a highly schematic sectional view of a copper crucible, in which a silicon carbide filament is drawn, so that an MMC wire is produced.
Ein Schmelztiegel 107 weist bodenseitig eine Öffnung 108 auf. Durch die Öffnung 108 wird ein Siliziumcarbid-Filament 103 mit einem Durchmesser von 15pm vertikal nach oben mittels einer nicht gezeigten unidirektionalen Ab- und Aufspuleinheit geführt. Der Schmelztiegel 107 ist in einem nicht gezeigten Schmelzeofen angeordnet und weist in seinem Inneren eine Kupferschmelze 105 auf. Mittels der unidirektionalen Ab- und Aufspuleinheit wird in Ziehrichtung 111 an dem Siliziumcarbid-Filament 103 gezogen und dieses kontinuierlich durch die Öffnung 108 und die darüber angeordnete Kupferschmelze 105 im Schmelztiegel 107 bewegt.A
Zur Fertigung eines MMC-Drahtes 101 weist die Öffnung 108 ein kreisrundes Profil mit einem Durchmesser von 0,2mm auf. Dies gewährleistet, dass die Kupferschmelze 105 über die Öffnung 108 nicht vertikal nach unten durch die Öffnung 108 austritt. Zudem weist der Bereich um die Öffnung 108 ein Material mit einem abweisenden Benetzungsverhalten auf.To manufacture an
Beim Austritt des Siliziumcarbid-Filamentes 103 an einer Flüssigkeitsoberfläche der Kupferschmelze 105 in die umgebende Atmosphäre bildet sich ein Meniskus 113 aus schmelzflüssigem Kupfer aus, welches kontinuierlich auf das Siliziumcarbid-Filament 103 aufgebracht wird. Durch das kontinuierliche Ziehen in Ziehrichtung 111 bildet sich eine Erstarrungsfront (Übergang flüssiges zu festes Kupfer) am Übergang des Meniskus 113 zum regulären Querschnitt des MMC-Drahtes 101 aus. Durch ein gezieltes Führen des Meniskus 113 bildet sich ein selbststabilisierender runder Querschnitt des aufgebrachten Kupfers auf dem Siliziumcarbid-Filament 103 aus.When the
Durch das gezielte Führen des Meniskus 113 sammeln sich eventuell vorhandene kleinere Partikel, wie Zunder, Tiegelmaterial und ähnliches, an einer unteren Basis des Meniskus 113 zur Kupferschmelze 105, wodurch der Bereich der Erstarrungsfront frei von Partikeln bleibt. Mithin wird eine Oberfläche des gefertigten MMC-Drahtes 101 erzielt, welche sehr gleichmäßig und glatt sowie frei von Partikeln ist.By deliberately guiding the
In Ziehrichtung 111 folgt nach dem Ausbilden des Meniskus 113 eine Nachwärmzone 109, durch welche der MMC-Draht 101 weiter gezogen wird. Die Nachwärmzone 109 weist einzelne Heiz- und Kühlelemente auf, über welche ein entsprechendes Temperaturprofil dem Meniskus und den MMC-Draht 101 aufgeprägt wird. Dadurch wird dem MMC-Draht 101 ein definiertes Erstarrungsprofil aufgeprägt und die Oberflächenqualität weiter verbessert.In the
Der gesamte Herstellungsprozess des MMC-Drahtes 101 erfolgt unter einer Schutzgasatmosphäre, sodass insbesondere kein Sauerstoff in den gefertigten MMC-Draht 101 hineindiffundiert.The entire manufacturing process of the
Über eine Ziehgeschwindigkeit in Ziehrichtung 111 und das eingestellte Temperierungsprofil der Nachwärmzone 109 wird der Durchmesser des gefertigten MMC-Drahtes 101 festgelegt.The diameter of the manufactured
Somit wird in einem einzigen Verfahrensschritt ein MMC-Draht 101 kontinuierlich mit sehr hohen Oberflächenqualitäten und einem gleichmäßigen Drahtdurchmesser von 130pm gefertigt, ohne dass anschließend weitere Nachbehandlungsschritte notwendig sind. Folglich wird ein kostengünstiges und schnelles Fertigungsverfahren zum Fertigen von MMC-Draht 101 bereitgestellt.Thus, in a single process step, an
- 101101
- MMC-Draht (Metall-Matrix-Composit-Draht)MMC wire (metal matrix composite wire)
- 103103
- Siliziumcarbid-FilamentSilicon carbide filament
- 105105
- Kupferschmelzecopper smelter
- 107107
- Schmelztiegelmelting pot
- 108108
- Öffnungopening
- 109109
- Nachwärmzonereheating
- 111111
- Ziehrichtungdrawing direction
- 113113
- Meniskusmeniscus
Claims (12)
- A method for manufacturing a copper profile, in particular a copper wire (101), from a matrix element (103), wherein the matrix element comprises at least one filament, with the following step of- passing the matrix element through an opening (108) of a copper crucible (107) filled with liquid copper (105) in such a manner that liquid copper is applied onto the matrix element and the applied copper is solidified on the matrix element, free from the liquid copper in the filled copper crucible, so that the copper profile is directly formed.
- The method according to claim 1, characterized in that the passing is carried out by continuous drawing.
- The method according to one of the afore-mentioned claims, characterized in that the opening is covered by the liquid copper.
- The method according to one of the afore-mentioned claims, characterized in that the matrix element comprises additional filaments and/or a filament bundle.
- The method according to one of the afore-mentioned claims, characterized in that the matrix element comprises an inorganic fiber, in particular a carbon fiber and/or a silicon carbide fiber.
- The method according to one of the afore-mentioned claims, characterized in that a filament or several filaments has or have a diameter between 3 µm to 30 µm, preferably between 6 µm and 20 µm.
- The method according to one of the afore-mentioned claims, characterized in that the matrix element with an outwardly exposed layer or without an outwardly exposed layer, wherein the exposed layer is carried by the filament, forms a contact angle with the liquid copper of 15° to 120°, preferably more than 30°.
- The method according to one of the afore-mentioned claims, characterized in that the method is carried out in a protective gas atmosphere.
- The method according to one of the afore-mentioned claims, characterized in that several copper profiles are simultaneously drawn in parallel from the copper crucible.
- The method according to one of the afore-mentioned claims, characterized in that a thickness of the copper profile is adjusted by means of a drawing speed of the matrix element and/or a tempering (109), in particular a vertical tempering.
- A copper profile, in particular a copper wire, wherein the copper profile is manufactured by means of a method according to one of the claims 1 to 10.
- The copper profile according to claim 11, characterized in that a thickness of the copper profile is less than 0.3 mm.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017124144.2A DE102017124144A1 (en) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | Method for producing a copper profile and copper profile |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP3473352A1 EP3473352A1 (en) | 2019-04-24 |
EP3473352B1 true EP3473352B1 (en) | 2019-12-25 |
Family
ID=63878532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP18200963.9A Active EP3473352B1 (en) | 2017-10-17 | 2018-10-17 | Method for producing a copper profile and copper profile |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3473352B1 (en) |
DE (1) | DE102017124144A1 (en) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62112767A (en) * | 1985-11-12 | 1987-05-23 | Fujikura Ltd | Dip coating forming device |
US5871140A (en) | 1993-08-16 | 1999-02-16 | Mccrink; Edward J. | Hollow shaft and method of making same |
DE19509691C1 (en) * | 1995-03-08 | 1996-05-09 | Mannesmann Ag | Inverted continuous casting process for thin strip mfr. |
US5736194A (en) | 1996-11-05 | 1998-04-07 | Federal-Hoffman, Inc. | Method and apparatus for masking |
US5736199A (en) * | 1996-12-05 | 1998-04-07 | Northeastern University | Gating system for continuous pressure infiltration processes |
US6344270B1 (en) * | 2000-07-14 | 2002-02-05 | 3M Innovative Properties Company | Metal matrix composite wires, cables, and method |
JP3710048B2 (en) * | 2000-08-29 | 2005-10-26 | 矢崎総業株式会社 | Pressure impregnation device for impregnating metal into fiber bundle |
US20030029902A1 (en) * | 2001-07-02 | 2003-02-13 | Northeastern University | Reinforced structural elements incorporating fiber-reinforced metal matrix composite wires and methods of producing the same |
-
2017
- 2017-10-17 DE DE102017124144.2A patent/DE102017124144A1/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-10-17 EP EP18200963.9A patent/EP3473352B1/en active Active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
None * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3473352A1 (en) | 2019-04-24 |
DE102017124144A1 (en) | 2019-04-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60024748T2 (en) | High strength and lightweight conductor and stranded and compressed conductor | |
DE2733075C2 (en) | Device for hot-melt coating of wire | |
DE3638901A1 (en) | METHOD FOR CONTINUOUSLY CASTING A METAL STRIP OR STRIP | |
DE3246470C1 (en) | Continuous casting process for metals | |
DE1192793B (en) | Process for the production of threads from at least two molten metals | |
EP2954087B1 (en) | Metal flat product, preferably consisting of steel, with a surface improved by hot-dip coating | |
DE10348098B4 (en) | Apparatus and method for making pipes or rods and use | |
EP3088556A1 (en) | Carbon fibre metal composite material | |
DE3638249C2 (en) | ||
DE3146417C2 (en) | ||
EP3473352B1 (en) | Method for producing a copper profile and copper profile | |
EP1499462A1 (en) | Adjustment of heat transfer in continuous casting moulds in particular in the region of the meniscus | |
EP1571232A2 (en) | Copper wire and method and apparatus for making a copper wire | |
DE10140965A1 (en) | Pressure impregnation device for producing fiber-reinforced composite wire, has intermediate orifice having concave-shaped end corresponding to convex-shaped end of entrance side orifice | |
DE1521241A1 (en) | Method and device for the production of metallic coatings | |
WO2007071542A1 (en) | Coating for a die for a continuous casting plant and method for coating | |
DE2740070A1 (en) | PIPE | |
DE10142093B4 (en) | Process for infiltrating a stranded material with a molten metal and device therefor | |
DE3718178A1 (en) | Method for the production of metallic fibres and an apparatus for carrying out the method | |
DE2018024B2 (en) | Process for the continuous production of metal wire reinforced with carbon fibers | |
DE2701636A1 (en) | Metal mould for continuous casting of steel - where mould wall is reinforced by tungsten fibre mat coated with wear resistant layer | |
EP0295270A1 (en) | Process and device for casting thin strip or foil from a molten mass | |
WO2019011776A1 (en) | Method and installation for producing cast ingots of metal | |
DE10333589B9 (en) | Method for producing a band-shaped composite material for slide bearing production and apparatus for carrying out the method | |
JPH07105761A (en) | Manufacture of fiber-reinforced composite wire |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS |
|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20181017 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: BA ME |
|
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED |
|
INTG | Intention to grant announced |
Effective date: 20190520 |
|
GRAJ | Information related to disapproval of communication of intention to grant by the applicant or resumption of examination proceedings by the epo deleted |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSDIGR1 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS |
|
INTC | Intention to grant announced (deleted) | ||
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED |
|
RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: KME MANSFELD GMBH |
|
INTG | Intention to grant announced |
Effective date: 20190927 |
|
GRAS | Grant fee paid |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED |
|
RBV | Designated contracting states (corrected) |
Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: FG4D Free format text: NOT ENGLISH |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: EP |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R096 Ref document number: 502018000560 Country of ref document: DE |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: AT Ref legal event code: REF Ref document number: 1216606 Country of ref document: AT Kind code of ref document: T Effective date: 20200115 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: IE Ref legal event code: FG4D Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: NL Ref legal event code: MP Effective date: 20191225 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: BG Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20200325 Ref country code: FI Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: LV Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: SE Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: LT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: NO Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20200325 Ref country code: GR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20200326 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: LT Ref legal event code: MG4D |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: RS Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: HR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: AL Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: NL Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: EE Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: PT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20200520 Ref country code: CZ Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: RO Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: SK Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: SM Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: IS Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20200425 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R097 Ref document number: 502018000560 Country of ref document: DE |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DK Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: ES Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 |
|
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
26N | No opposition filed |
Effective date: 20200928 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: IT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: PL Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: SI Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: MC Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: LU Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20201017 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: BE Ref legal event code: MM Effective date: 20201031 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20201031 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: BE Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20201031 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: IE Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20201017 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: PL |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: TR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: MT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 Ref country code: CY Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: MK Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20191225 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: LI Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20211031 Ref country code: CH Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20211031 |
|
GBPC | Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee |
Effective date: 20221017 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20221017 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Payment date: 20231027 Year of fee payment: 6 |