铜,是一种非常常见的金属,我们身边的很多东西都是用铜打造的。
可是你或许不知道,平日里我们所说的铜其实并不是真正的铜,而是铜合金,想要获取真正的纯铜,那是相当困难的,甚至在很长一段时间之中,纯铜都被国外所垄断。不过令人欣喜的是,这一切早已成为过去,现在我国的高纯度铜生产技术已经达到了国际领先水平,产品不仅能够满足国内的需求,还打入了国际市场,成为了国际高纯度铜市场的重要生产和出口国。说了这么多,那么到底什么是高纯度铜呢?
平日里我们所见的铜制品,其实使用的都是铜合金,即便是纯度较高的铜合金,其纯度也只有99%。
那么什么样的铜材料才能摆脱掉“合金”两个字呢?根据国际标准,无氧铜中氧的含量不能超过0.003%,各种杂质总含量不能超过0.05%,而铜的纯度必须高于99.95%。达到了这个标准的材料就不再是铜合金,而可以称之为“铜”了,但这仍旧不是高纯度铜,目前我国生产出来的超纯铜,其纯度已经达到了99.99999%。
看起来超纯铜只是比普通的铜纯度高了0.04%,可就是这0.04%却要付出极大的努力才可以实现。
铜矿石刚开采出来的时候,是含有很多杂质的,比如铁、硫、铅等等,要去除这些杂质,先要将铜矿石进行破碎、磨矿、浮选,这些都是预处理过程,目的主要是分离处含铜矿物。之后便要通过闪速熔炼、转炉吹炼,进一步去除杂质,完成这些步骤后便可以得到粗铜了。接下来就是比较精细的环节了,电解精炼是比较常见的提升铜纯度的方法。当然,要生产超纯铜,这些常规的步骤是不够的,最后还要采用新技术进一步提纯。
目前生产高品质无氧铜的最佳方案就是真空熔炼技术。
经过多次精炼的高纯阴极铜或重熔铜会在由石墨坩埚打造的中频无芯感应炉中进行真空熔炼,这个过程会加入鳞片状的石墨粉来帮助铜材脱氧。虽然听起来是很简单的化学反应过程,但只有在极高真空度之下进行熔炼和铸造,才能够获得完全不含氧的铜材,那么到底需要多高的真空度才行呢?至少要达到10的-6次方才可以。
在高真空环境之下进行熔炼的无氧铜,最终氧含量可以降至0.0005%以下,氢含量则会低于0.0001%至0.0003%之间。
高纯铜的整个熔炼过程对于技术水平有着极高的要求,而且能耗巨大,所以成本于是十分昂贵。那么,为什么要费这么大劲来制取高纯度铜呢?别看高纯铜只是比普通的铜材纯度高了0.04%,但它是很多高科技领域难以替代的重要材料。首先,高纯铜能够克服普通铜材在高温下的抗蠕变性能不足的问题,即使是在高温环境之下也能够表现出高强度和高热导率,所以在电子、电器、能源传输等领域都有着广泛的应用。
再者,高纯铜还有着很强的延展性和耐腐蚀性,所以真空电子器件领域也少不了它,很多精密仪器的制造都要用到高纯铜。
喜欢音响设备的朋友应该知道,要想获得更加细腻的听觉享受,就必须要有更高的信号保真度,而这就必须用到由高纯铜打造的6N高纯单晶铜丝来制作音频线,这是因为高纯铜的杂质含量极低,所以电学属性极为稳定。另外,铜在经过超纯化处理之后,电阻明显下降,甚至可以接近白银的水平,因此可以应用于航空航天、船舶制造等诸多领域。