【電工會】銅及銅合金導體製造技術的新進展__上海有色網

SMM11月5日訊：在2020（第五屆）中國電工材料供需交易峰會上，中國工程院院士黃崇祺帶來了主題為「銅及銅合金導體製造技術的新進展」的演講，他的講話主要圍繞近些年來國內外有關銅和銅合金的新成果及新應用展開。

我國電工用銅導體的總用量已約佔國際相應總量的1/3，2019年我國銅、鋁導體的總用量分別約為670萬噸（佔我國總用銅量的60%以上）和190萬噸；電線電纜行業的銷售總產值已達1.42萬億元。在大機械行業中，除汽車行業外，排第2。

近些年來，國內外有關金屬導體先進位造的新材料、新工藝、新技術、新設備和新產品不斷出現，例如：

►「再生銅原料」（GB/T 38471-2019）和「電工用火法精煉高導電銅杆」（NB/T 10194-2019）新標準已在2020年頒布實施，與標準相配套，這種銅杆的質量評估體系也已同時建立。為保證電線電纜導體質量、節能環保、物盡其用、優質優價創造了必要的條件。

►用再生銅原料在上引法生產線上，生產電工級和電子級高導電無氧銅杆（UNS C10100和C10200）已不是神話，而是現實。

►再生銅漆包線原料脫漆預處理技術已有了新的進展。對保證電線電纜導體的質量，在再生有色金屬市場上再生銅漆包線原料和電工用塗漆零部件等供貨較多，具有重要的技術經濟意義。

►我國超高純5N、6N銅的產業化已取得實質性的進展，後續的純度再提高及其檢測，大幅調整價格，擴展市場，不再依靠進口，是需要深化研究的問題。

►「czochralki」單晶銅製造法有別於日本「ohno」連鑄法，其單晶銅導電率高達105.6%IACS，在視頻/音頻電纜上應用，可改善信號的傳遞效果。

►銅銀合金線用於架空輸電線路可獲得高強度高導電的導線，從而可有效增加載流量達12%，工作溫度可達150°C，與其他高溫導線（鋁-鋯耐熱鋁合金導線）方案相比，傳輸能量損耗最大可降低40%。

本文著重介紹高純銅銀線箔、鍵合線和精密電阻以及12萬噸/年再生銅原料火法精煉高導電低氧銅（FRHC）直接再生制杆國產化示範生產線。

高純銅銀線箔、鍵合線和精密電阻

由上海電纜研究所組織的技術攻關集團，在國家科技部電子材料專項的支持下，電工用銅合金，正在向電子用銅合金的方向發展，我國秉持「獨立自主，自力更生」的精神已發起攻關，並已取得成果，相信在不久的將來定能跟上我國電子工業迅猛發展的需要。

我國已組織建設了國內首條超純銅合金微細線箔示範生產線，具有全國產從原料到成品的全部自主製造能力。

技術難點：

► 提高原料純度，精煉除氣，嚴控含氧量，抑制界面脆性相的形成，防止晶粒疏鬆，氣孔富集，保證線坯和線質量一致性，為精密加工打好基礎。

►控制Ag含量適當和穩定，尋找超細線適宜的多道次加工硬化，隨拉拔道次的增加，形成明顯纖維化的組織，複合強化效應逐漸得以顯示。

►銅-銀系中，銀易通過置換固溶形成均質固溶體，難以實現性能提升。需要改進熱處理工藝，精確控制每個工藝要點，以達到Cu、Ag雙相的連續析出和彌散分布，進而調控合金性能。

12萬噸/年再生銅原料火法精煉高導電低氧銅（FRHC）直接再生制杆國產化示範生產線

由贛州江鎢新型合金材料公司和上海電纜研究所組織的技術攻關集團，開發的12萬噸/年再生銅原料火法精煉直接再生制杆國產示範生產線，在國家科技部支持下，已於2014年通過科技部驗收，當即成為科技部重點推廣項目。該種杆可用於電力電纜、裝備線纜、漆包線和裸銅線等生產。

目前「FRHC」已成為國際標準中通用的專用術語，首先納入歐標，然後中國YS/T793-2012行標第二，美標ASTM第三。我國再生銅原料火法精煉直接制杆工藝、裝備、技術和產品質量已進入國際先進水平行列。綠色環保要求亦已達到國家標準要求。

該生產線的創新點：

►研發了國內第一條高端裝備生產線，不僅適用於廢雜銅直接再生製造電工用銅杆，也適用於用電解銅生產電工用銅杆；

►生產線融合國內外最新的工藝、裝備、輔助設施、自動控制；

►幾十年來在我國首次實現連鑄自動液位控制，從而降低勞動強度，穩定產品質量，填補了國內空白；

►生產線實現了實時、在線的質量控制，保證了穩定生產和產品質量的一致性，提高了產品的「可軋性、可拉性、可退火性」；

►採用先進高效的氣體淨化技術、燃燒系統實現PLC界面操控，具有強化冶煉、高效除雜、綠色環保、低能耗的顯著特點，根據原材料的不同，天然氣消耗指標為75-95m3/t銅杆左右，與傳統廢雜銅—陽極銅—電解銅—反射爐熔煉—舊的國產連鑄連軋生產線制杆相比，節約能耗約一半，產品成品率幾乎達100%。

►集成再創新了新型兩輥懸臂式連軋機，機架單獨傳動，實現軋制孔型快速精準調整，整體軋制系統延伸率可調；軋輥可快速更換和調整；徹底解決了我國幾十年來油、乳混合難題，延長軋機軋輥使用壽命、降低生產成本、提高生產效率；

►實現了精確控溫、控氧，穩定了產品質量；

►解決了輔機系統液體（冷卻水、乳化液、潤滑油、清洗液）的流量、溫度和壓力的自動控制和乳化液過濾，使輔機與主機相配合，保證了穩定生產；

►採用目前國際先進的控制系統，實現了設備的連鎖啟停、迴路自動調節、報警、記錄等一系列功能，系統的兼容性、可靠性和響應速度得到了有效的保證。

FRHC銅杆生產在預處理上的新進展

「熱解熔析」又稱乾餾，預處理法在再生銅漆包線上脫漆；在銅線上脫錫或鉛錫合金和在銅包鋁上脫鋁的應用。

原理：「熱解」又稱乾餾，是將有機物質在隔絕空氣的條件下加熱或在少量氧氣存在的條件下部分燃燒，使之轉化成有用的燃料或化工原料的基本熱化學過程。「熔析」是指各種物質由於熔點不同，在熔融狀態或緩慢冷卻過程中使液相與固相分離。

技術亮點：

►環保有保證——熱解產出的油氣在密閉體系中（缺氧或還原氣氛中不含合成二惡英）排出，熱解油氣經冷凝分離淨化後在高溫800℃-900℃燃燒，有效杜絕二惡英的存在（二惡英在800℃，26秒完全分解燃燒，在1000 ℃，1秒完全分解燃燒。

►節能——熱解熔析連續生產線比間斷熱解爐要節能60%；連續生產熱解的油氣可以環保回收處理，每噸廢漆包線至少有30公斤熱解油氣，此種油氣可作為自身生產的燃料，從而可最大限度實現節能。

►資源可充分利用——可避免銅的氧化損失，金屬回收率大於98%；保證銅和活性炭良好分離，活性炭亦可回收利用。

►「熱解熔析」技術在預處理上的應用是一項我國自主創新的新技術，並已實現產業化和實際的應用。

新應用

繞組線方面的應用：

要求：強度高、電阻低、耐溫性好、直徑穩定。

用途：小型繼電器、微電機、點火線圈，微型電感、電訊儀表。

海纜從淺海向遠洋、深海方面的應用：

要求：高強度、長距離、低損耗、抗幹擾、耐疲勞等。

用途：海底大長度光纜，海上風電光、電複合纜，海上採油綜合（電纜）等。

先進醫療方面的應用：

要求：無毒、抗幹擾、耐疲勞、特細、高柔性等。

用途：心電電纜及導聯線、腦電極及電極片、高頻電刀、都卜勒探頭、內窺鏡等。

微電子方面的應用：

要求：超細、超薄、高導電、高耐熱、抗應力鬆弛、耐磨損。

用途：連接器、連接線、鍵合線、高精密電阻、屏蔽片、散熱板等。

工業機器人線纜的應用：

要求：柔軟、耐彎曲、抗拉、防水、防油、耐酸鹼、耐紫外線、耐疲勞、耐磨損。

用途：汽車生產線、物流搬運、噴塗、焊接及高溫輻照作業等。

結論

►高導電、高強度、高耐熱、超細銅銀合金線、箔的自主創新研究成功，並實現批量產業化，為電子用銅合金線纜在集成電路、航空航天、海洋工程等場合的應用填補了國內空白，為國內首創。

►用再生銅原料在上引法生產線上生產電工級和電子級高導電無氧銅（UNS C10100和C10200）杆不是神話而是現實。

►  GB/T 38471-2019再生銅原料標準和NB/T 10194-2019電工用火法精煉高導電（FRHC）銅杆標準在2020年開始執行，對擴大再生銅杆、銅線的應用，提高和保證電線電纜產品的質量，具有重要的技術經濟意義。

► 用化學法和乾餾法對再生銅漆包線進行預處理，對綠色環保生產、提高再生銅杆和銅線的質量，有重要意義，應在推廣應用中深化驗證以使供需雙方取得更好的技術、經濟效果。

► 國產5N、6N銅的產業化已取得實質性的進展，今後應在高精尖產業中擴大應用，並向國外音響市場早已商業化應用的8N銅邁進，同時要解決8N銅的分析認證問題。