TW201400208A - 特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，所述鑄造方法包含有真空熔解、真空保溫、金屬線材成型等相關步驟，藉由本發明連續式真空鑄造金屬線材，使金屬原料在真空環境中熔解成液態金屬，並以垂直引拔形成金屬線材；故，據此創新技術，使得本發明可確實達到簡化習知鑄造金屬線材的製作過程，並減少鑄造過程所耗費的時間、能源，以及有效提高具有極低含氧量、控制結晶尺寸大小、單方向結晶組織及金屬合金成份均質化等特性之金屬線材的品質。

Description

特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品

本發明係有關於特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品；詳而言之，特別係指將金屬原料在真空狀態下熔解成液態金屬，再將液態金屬以連續方式鑄造形成金屬線材之方法。

首先，請參閱發明專利第I323199號之第一圖；由圖可知，習知鑄造金屬線材方法為：

1.提供金屬原料(1a)：準備銀成分之金屬原料於真空熔爐中，並依需求添加次要原料。

2.熔煉製造(2a)：將銀成份之金屬原料製成銀合金鑄塊。

3.進行拉伸(3a)：將銀合金鑄塊進行拉伸形成銀合金線材。

由上所述，習知封裝導線用之銀合金銲線的製法及其成品缺點在於：

1.由於真空熔爐將金屬原料熔解後，需再將液態金屬倒入熔煉製造鑄塊的模具中，形成金屬鑄塊後，需在空氣中藉由重複壓延拉伸的步驟才得以形成金屬線材，此時金屬線材已暴露在空氣環境中，使其氧化程度較高，品質不穩定。

2.鑄造後需冷卻再進行壓延拉伸，所耗費的工作時間長。

有鑑於此，本案發明人遂依其多年從事相關領域之研發經驗，針對前述進行深入研究，並依前述尋找新的金屬線材的鑄造方法，歷經長時間的努力研究與多次測試，終於完成本發明。

本發明之主要目的係指將金屬原料在真空狀態下熔解成液態，再將液態金屬以連續方式鑄造形成金屬線材之方法。

依據上述目的，本發明為特殊金屬線材真空連續鑄造方法，其特徵在於包含真空熔解、真空保溫以及金屬線材成型等步驟。

所述真空熔解：將主要金屬原料置於真空熔爐中，不論是純金屬或依需求添加次要金屬原料，以高週波電磁循環攪拌加熱熔解成液態金屬。

所述真空保溫：將與真空熔爐相連接之真空保溫爐加熱，使其溫度到達設定溫度後，再將液態金屬倒入真空保溫爐中，使金屬原料維持液體型態。

所述金屬線材成型：利用控制裝置設定引拔參數，將液態金屬原料以引拔方式通過成型模具形成單方向結晶組織的特殊金屬線材，其中該控制裝置亦可設定真空熔解及真空保溫步驟之環境參數。

上述步驟所使用之主要金屬原料係為金、銀、銅，而次要金屬原料係為金、銅、銀、鎳、錫、磷、錳、鉻 、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等金屬，而熔解後的液態金屬即為純金、純銀、純銅等純金屬，銀銅、銀磷銅、錫銅、磷錫銅、鎳銅等銅合金及銅銀的銀合金，亦可依需要加入錳、鉻、鐵等元素。

本發明實施時，首先利用真空熔爐並藉由控制裝置設定高週波加熱的參數，藉由高週波加熱之電磁循環攪拌效果，使金屬原料在真空熔爐中，熔解成均勻的液態金屬；當金屬原料完全被熔解成液態金屬時，會藉由控制裝置設定真空保溫爐的溫度參數，將真空保溫爐預加熱，到達設定的溫度，再將液態金屬倒入真空保溫爐中；最後依金屬線材之圓線徑需求更換成型模具，除圓形、四角形、六角形亦可作其他異形模具，並設定控制裝置的參數，使液態金屬以引拔方式同時藉由冷卻裝置形成適當線徑及形狀的金屬線材。

故，習知在於鑄造金屬線材時，係將金屬原料熔解成液態之後，再將液態金屬倒入成型模具中，使其液態金屬形成鑄塊後，藉由重複的壓延及拉伸步驟，才得以形成金屬線材，反觀本案主要是以真空連續式鑄造將金屬原料熔解成液態金屬後，使液態金屬在真空環境一體形成極低含氧量的金屬線材，同時可調整模具直接製成所需線徑的線材，不論是圓形、四角形、六角形或其他異形材，簡化製程、工時縮短、節能減碳、降低成本並能提昇功能性金屬線材品質之效益。

為期許此發明之目的、功效、特徵及結構能夠有更為詳盡瞭解，茲舉較佳實施例並配合圖式說明如後。

請同時參閱第二圖、第三圖、第四圖及第五圖；第二圖係為本發明之流程示意圖，第三圖係為本發明之作動示意圖(一)，第四圖係為本發明之作動示意圖(二)，第五圖係為本發明之作動示意圖(三)。

本發明之特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其特徵在於，包含有如下之步驟：真空熔解(1)：將主要金屬原料(40)置於真空熔爐(10)中，並依需求添加次要金屬原料(40’)，利用控制裝置(5)設定真空熔爐(10)的高週波加熱參數，並藉由高週波加熱之電磁循環攪拌效果，使金屬原料(4)在真空熔爐(10)中達到均勻混合成液態金屬(41)的效果，其中，主要金屬原料(40)係為金、銀或銅、次要金屬原料(40’)係為銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等，藉由主要金屬原料(40)與次要金屬原料(40’)搭配，可形成以下幾種主要特殊金屬線材成品：

a.單方向結晶無氧金線：金重量百分比99.99%以上。

b.單方向結晶無氧銀線：銀重量百分比99.99%以上。

c.單方向結晶無氧銅線：銅重量百分比99.99%以上。

d.銀銅：該銀的重量百分比為0.03~8%，該銅的重量百分比為92~99.97%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。

e.銀磷銅：該銀的重量百分比為0.03~8%，該磷的重量百分比為0.1~6%，該銅的重量百分比為86~99.87%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。

f.錫銅：該錫的重量百分比為0.1~0.8%，該銅的重量百分比為99.2~99.9%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。

g.磷錫銅：該磷的重量百分比為0.1~0.5%，該錫的重量百分比為4~8%，該銅的重量百分比為91.5~95.9%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。

h.鎳銅：該鎳的重量百分比為0.1~18%，該銅的重量百分比為82~99.9%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。

i.銅銀：該銅的重量百分比為0.1~20%，該銀的重量百分比為80~99.9%，並依需求可另外添 加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。

真空保溫(2)：當金屬原料(4)熔解成液態後，先藉由控制裝置(5)設定加熱溫度參數，將與真空熔爐(10)相連接之真空保溫爐(20)加熱，使其溫度到達設定溫度後，再將真空熔爐(10)及真空保溫爐(20)之間的隔板(6)開啟，使液態金屬(41)倒入真空保溫爐(20)中，令金屬原料(4)維持液體型態，由於金屬原料(4)由真空熔爐(10)熔解成液態金屬(41)再至真空保溫爐(20)中，皆係在於真空環境下操作，所以使金屬線材(42)具有極低的氧含量，並可大幅提升金屬線材(42)之導電良率。

金屬線材成型(3)：利用控制裝置(5)設定液態金屬(41)的引拔參數，將液態金屬(41)透過冷卻裝置(30)急速降溫，同時以垂直方式引拔通過成型模具(31)形成圓形、四角形、六角形及其他異形之金屬線材(42)，而藉由該引拔方式形成的金屬線材(42)內部組織不會造成偏析，且該金屬線材(42)的線徑尺寸可藉由更換成型模具(31)來控制其大小及形狀，該控制裝置(5)亦可設定真空熔解(1)及真空保溫(2)步驟之環境參數，如：溫度、冷卻條件、引拔速度等，皆可利用控制裝置(5)設定參數控制金屬線材結晶尺寸大小及單方向結晶組織。

由於本發明從金屬原料(4)形成至金屬線材(42)，係在於真空且連續鑄造的環境下進行，且真空保溫爐(20)之液態金屬(41)可藉由真空熔爐(10)將金屬原料(4)熔 解後即時補充，俾具有連續投料之效益，使金屬線材(42)具有極低含氧量、以及達到簡化製程、縮短工時、節能減碳且提高生產品質及良率之特殊金屬線材真空連續鑄造方法。

綜合上述，本發明所述之特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其係有下列之優點：

一、金屬線材具有極低含氧量：藉由真空熔爐與真空保溫爐相互連通，使金屬原料熔解成液態再鑄造成金屬線材時，皆係在真空環境下進行，令金屬原料不會有氧化之疑慮，且鑄造形成具有極低含氧量的金屬線材。

二、大幅減少金屬線材製程步驟：由於液態金屬直接鑄造成金屬線材省略澆鑄成鑄塊及壓延，大幅簡化製程、縮短工時及節約能源降低成本。

三、金屬線材組織不偏析且可控制純金屬線為單方向結晶：藉由垂直引拔方式形成的金屬線材，其組織不偏析，且可控制晶粒為單方向結晶之純金屬線。

四、可控制結晶尺寸大小：可利用控制裝置依據不同金屬材料來調整鑄造時的溫度、速度及冷卻條件等參數，藉此控制金屬線材結晶晶粒的尺寸大小。

五、可控制金屬線材成型及尺寸：可藉由更換合適的成型模具引拔形成不同線徑及不同形狀的金屬線材。

六、金屬原料合金均質化：由於本發明係屬於高週波熔解方式，並藉由高週波加熱之電磁循環攪拌效果， 令液態金屬混合充分均勻，使其所製作之合金線材均質化。

七、可連續投料：由於真空熔爐及中空保溫爐為上下分離式，當真空保溫爐中的液態金屬原料減少時，可藉由真空熔爐再次熔解金屬原料來補充真空保溫爐中的液態金屬，俾具可連續投料以達連續生產、節能減碳、降低成本之效益。

故，本發明在同類產品中具有極佳之進步性以及實用性，同時查遍國內外關於此類結構之技術資料文獻後，確實未發現有相同或近似之製程存在於本案申請之前，因此本案應已符合「新穎性」、「進步性」以及「合於產業利用性」等專利要件，爰依法提出申請之。

唯，以上所述者，僅係本發明之較佳實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之其它等效結構變化者，理應包含在本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧真空熔解

10‧‧‧真空熔爐

2‧‧‧真空保溫

20‧‧‧真空保溫爐

3‧‧‧金屬線材成型

30‧‧‧冷卻裝置

31‧‧‧成型模具

4‧‧‧金屬原料

40‧‧‧主要金屬原料

40’‧‧‧次要金屬原料

41‧‧‧液態金屬

42‧‧‧金屬線材

5‧‧‧控制裝置

6‧‧‧隔板

1a‧‧‧提供金屬原料

2a‧‧‧熔煉製造

3a‧‧‧進行拉伸

第一圖係為習知封裝導線用之銀合金銲線的製法流程示意圖。

第二圖係為本發明之流程示意圖。

第三圖係為本發明之作動示意圖(一)。

第四圖係為本發明之作動示意圖(二)。

第五圖係為本發明之作動示意圖(三)。

1‧‧‧真空熔解

2‧‧‧真空保溫

3‧‧‧金屬線材成型

Claims (10)

1. 特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其特徵在於包含有如下之步驟：真空熔解：將主要金屬原料置於真空熔爐中，並依需求添加次要金屬原料，以高週波加熱之電磁循環攪拌效果熔解成均勻液態金屬；真空保溫：將與真空熔爐相連接之真空保溫爐加熱，使其溫度達到設定溫度後，再將液態金屬倒入真空保溫爐中，使金屬原料維持液體型態；金屬線材成型：利用控制裝置設定引拔參數，將液態金屬原料以引拔方式通過成型模具形成所需之尺寸、形狀的特殊金屬線材，其中該控制裝置亦可設定真空熔解及真空保溫步驟之環境參數，並由此參數可控制金屬線材之結晶晶粒大小及單方向結晶組織。
2. 依據申請專利範圍第1項所述特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其中，該主要金屬原料係為金、銅、銀，該次要金屬原料係為金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等。
3. 依據申請專利範圍第1項所述特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其中該特殊金屬線材為99.99%以上之純金線、99.99%以上之純銀線及99.99%以上之純銅線所鑄造之線材為大尺寸晶粒且單方向結晶組織。
4. 依據申請專利範圍第2項所述特殊金屬線材真空連續 鑄造方法及其成品，其中，該特殊金屬線材成為銀銅合金，該銀的重量百分比為0.03~8%，該銅的重量百分比為92~99.97%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。
5. 依據申請專利範圍第2項所述特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其中，該特殊金屬線材為銀磷銅合金，該銀的重量百分比為0.03~8%，該磷的重量百分比為0.1~6%，該銅的重量百分比為86~99.87%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。
6. 依據申請專利範圍第2項所述特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其中，該特殊金屬線材為錫銅合金，該錫的重量百分比為0.1~15%，該銅的重量百分比為85~99.9%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。
7. 依據申請專利範圍第2項所述特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其中，該特殊金屬線材為磷錫銅合金，該磷的重量百分比為0.1~0.5%，該錫的重量百分比為4~8%，該銅的重量百分比為91.5~95.9%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。
8. 依據申請專利範圍第2項所述特殊金屬線材真空連續 鑄造方法及其成品，其中，該特殊金屬線材為鎳銅合金，該鎳的重量百分比為0.1~18%，該銅的重量百分比為82~99.9%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。
9. 依據申請專利範圍第2項所述特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其中，該特殊金屬線材為銅銀合金，該銅的重量百分比為0.1~20%，該銀的重量百分比為80~99.9%，並依需求可另外添加金、銀、銅、錫、鎳、磷、錳、鉻、鐵、鋅、矽、鋁、鋯等微量元素。
10. 依據申請專利範圍第1項所述特殊金屬線材真空連續鑄造方法及其成品，其中，該成型模具係為耐熱且膨脹係數低之材質，且可更換尺寸大小、圓形、四角形、六角形及其他異形形狀之模具。