電解銅箔生產(chǎn)

內(nèi)容概要

電解銅箔作為一個新興的銅加工產(chǎn)品，在電子材料工業(yè)中的地位越來越重要。電解法生產(chǎn)的銅箔，除仍保持其他方法生產(chǎn)的銅箔所具有的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、一定的機械強度、美麗的金屬光澤外，還由于電解銅箔一面光潔，另一面較為粗糙，便于粘貼到其他材料的表面。因此，電解銅箔除像壓延銅箔可以廣泛應(yīng)用于建筑裝飾材料、撓性母線、電波屏蔽板、高頻匯流排及熱能搜集器外，主要用于印刷線路板的導(dǎo)電材料和鋰電池的電極材料。
電解銅箔生產(chǎn)方法及有關(guān)理論知識?在一些論文中都有過介紹，但還沒有一本專著把電解銅箔生產(chǎn)的理論與技術(shù)緊密地結(jié)合，把電解銅箔的原料、生箔制作、表面處理、品質(zhì)控制等連接起來，詳細(xì)、系統(tǒng)、全面地進(jìn)行介紹?；谶@種認(rèn)識，筆者在20多年從事電解銅箔生產(chǎn)實踐經(jīng)驗積累與總結(jié)，技術(shù)開發(fā)、科學(xué)研究工作的基礎(chǔ)上寫成了此書。期望將有關(guān)電解銅箔的基礎(chǔ)理論、生產(chǎn)技術(shù)、常用的有關(guān)知識總結(jié)在一起，比較系統(tǒng)、詳細(xì)、全面地介紹給讀者，以便對電解銅箔生產(chǎn)的整個過程有一個全面的了解。
本書為中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織編寫，為“十一五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目《有色金屬叢書》中之一本，共分10章，第1章主要介紹了電解銅箔的品種、分類、生產(chǎn)方法以及發(fā)展歷史與發(fā)展方向；第2章至第4章分別介紹了各種原料的要求、溶銅造液的原理及電解液的凈化技術(shù)；第5章從電化學(xué)的基本知識開始，由淺人深，闡述了生箔的形成過程、電極反應(yīng)、生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝和常見品質(zhì)缺陷的處理；第6章介紹了合金沉積的基本理論和陰、陽極過程，分析了電解液組成及工藝條件對合金成分的影響，對銅箔的氧化處理技術(shù)、電化學(xué)粗化的原理、工藝過程、設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型計算進(jìn)行論述，對生產(chǎn)上常見品質(zhì)問題給出了解決?法；第7章重點介紹了不同載體超薄銅箔、涂樹脂銅箔、上膠銅箔、鋰電池用銅箔、高溫高延銅箔、高頻銅箔和激光成孔銅箔生產(chǎn)方法和技術(shù)；第8章為分切和包裝；第9章對生產(chǎn)中間過程控制、品質(zhì)的一致性、SPC應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)說明，第10章為環(huán)境保護部分，介紹了銅箔生產(chǎn)過程中的三廢處理。

書籍目錄

第1章 概 論1
 1.1 金屬箔的生產(chǎn)
 1.1.1 壓延法1
 1.1.2 濕式法2
 1.1.3 干式法3
 1.2 金屬箔材分類5
 1.3 電解法生產(chǎn)銅箔的發(fā)展歷史5
 1.3.1 電解銅箔的產(chǎn)生5
 1.3.2 美國銅箔的發(fā)展6
 1.3.3 日本銅箔的發(fā)展6
 1.3.4 中國電解銅箔的發(fā)展8
 1.3.5 韓國銅箔的發(fā)展9
 1.3.6 銅箔技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)的的發(fā)展9
 1.4 電解銅箔的用途與要求10
 1.4.1 銅箔的用途10
 1.4.2 電解銅箔的基本要求11
 1.4.3 發(fā)展趨勢12
第2章 原料準(zhǔn)備14
 2.1 電解銅箔的原料14
 2.1.1 銅料14
 2.1.2 硫酸17
 2.1.3 雙氧水19
 2.1.4 硫酸鎳21
 2.1.5 鉻酐 21
 2.1.6 五氧化二砷22
 2.1.7 氫氧化鈉23
 2.1.8 硫酸鋅24
 2.1.9 氧化鋅25
 2.2 純水制備26
 2.2.1 電滲析法27
 2.2.2 離子交?法27
 2.2.3 填充床電滲析29
第3章 溶銅造液33
 3.1 溶銅原理33
 3.1.1 水的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)33
 3.1.2 Cu-H2O系的電位—pH圖35
 3.2 溶銅的方法 37
 3.3 溶銅設(shè)備38
 3.3.1 溶銅罐38
 3.3.2 輸送泵40
 3.3.3 換熱器41
 3.4 生產(chǎn)實踐47
 3.4.1 工藝流程47
 3.4.2 溶銅常見故障及處?49
第4章 溶液凈化處理51
 4.1 凈化方法51
 4.1.1 過濾介質(zhì)的分類51
 4.1.2 選擇過濾介質(zhì)的基本要求52
 4.1.3 常用過濾介質(zhì)及其主要性能53
 4.1.4 助濾劑 55
 4.2 有機物的凈化56
 4.2.1 活性炭的分類57
 4.2.2 影響粒狀活性炭吸附作用的主要因素58
 4.3 過濾設(shè)備58
 4.2.1 高效密閉加壓葉濾機59
 4.2.2 濾袋式過濾器 60
 4.2.3 板框過濾機61
 4.4 過濾技術(shù)的發(fā)展62
 4.4.1 微濾技術(shù)62
 4.4.2 超濾法63
 4.4.3 過濾精度64
第5章 生箔電解67
 5.1 電解基本理論知識 67
 5.1.1 濃度67
 5.1.2 電解液的導(dǎo)電機理 68
 5.1.3 電解定律70
 5.1.4 電流效率72
 5.1.5 電解液的?質(zhì)73
 5.2 電極過程 76
 5.2.1 電極過程76
 5.2.2 電極電勢和可逆電極 77
 5.2.3 電極反應(yīng)的速率82
 5.2.4 極限電流密度84
 5.2.5 電勢-pH圖(E-pH圖) 85
 5.3 電解銅箔的形成過程 85
 5.3.1 銅在陰極上析出86
 5.3.2 氫在陰極上析出89
 5.3.3 陽離子在陰極上共同放電90
 5.3.4 電流在陰極上的分布93
 5.3.5 金屬在陰極輥上的分布95
 5.3.6 結(jié)晶形態(tài)和結(jié)構(gòu)96
 5.4 陽極反應(yīng) 98
 5.4.1 陽極反應(yīng)和陽極材料98
 5.4.2 鉛陽極的陽極過程99
 5.4.3 鉛基合金陽極100
 5.4.4 鈦陽極102
 5.5 輥式連續(xù)電解方法和設(shè)備103
 5.5.1 生箔制造工藝流程103
 5.5.2 設(shè)備組成104
 5.5.3 生產(chǎn)工藝116
 5.5.4 陰極輥的拋磨118
 5.6 添加劑的影響122
 5.6.1 添加劑的類型122
 5.6.2 添加劑的作用機理122
 5.6.3 添加劑的選擇方法 125
 5.6.4 添加方式127
 5.7 設(shè)備選型與計算 127
 5.7.1 概述127
 5.7.2 計算127
 5.8 其他生產(chǎn)技術(shù)128
 5.8.1 環(huán)帶式 130
 5.8.2 生箔和表面處理同時進(jìn)行的方法130
 5.9 生產(chǎn)實踐130
 5.9.1 銅箔的內(nèi)應(yīng)力131
 5.9.2 外觀缺陷132
 5.9.3 物理性能138
 5.9.4 銅箔撕邊140
 5.9.5 尺寸缺陷143
第6章 表面處理147
 6.1 表面處理的意義147
 6.2 表面處理理論基礎(chǔ)148
 6.2.1 金屬結(jié)晶與合金相圖 148
 6.2.2 電沉積合金相圖的特點151
 6.2.3 電沉積合金的條件 154
 6.2.4 電沉積合金的結(jié)構(gòu)特點156
 6.2.5 電解液組成及工藝條件對電沉積合金成分的影響158
 6.2.6 合金電沉積的陰極過程160
 6.2.7 電沉積合金的陽極過程162
 6.3 表面處理技術(shù)165
 6.3.1 氧化處理165
 6.3.2 電化學(xué)粗化168
 6.3.3 表面處理工藝174
 6.3.4 表面處理設(shè)備177
 6.3.5 表面處理常見問題181
 6.3.6 脈沖表面處理技術(shù) 183
 6.3.7 設(shè)備選型與計算184
第7章 特殊銅箔的生產(chǎn)技術(shù)86
 7.1 超薄銅箔生產(chǎn)技術(shù)186
 7.1.1 概述186
 7.1.2 鋁載體銅箔的生產(chǎn)187
 7.1.3 銅載體超薄銅箔189
 7.2 涂樹脂銅箔生產(chǎn)技術(shù) 193
 7.2.1 涂樹脂銅箔的結(jié)構(gòu)與特性193
 7.2.2 RCC的生產(chǎn)設(shè)備及?求195
 7.2.3 RCC的發(fā)展 197
 7.3 上膠銅箔生產(chǎn) 199
 7.3.1 生產(chǎn)技術(shù)199
 7.3.2 銅箔膠對上膠銅箔性能的影響202
 7.4 鋰電池用電解銅箔207
 7.4.1 鋰電池用銅箔性能要求207
 7.4.2 鋰電池用電解銅箔生產(chǎn)技術(shù) 209
 7.5 高溫高伸長率電解銅箔211
 7.5.1 高溫高伸長率電解銅箔性能211
 7.5.2 生產(chǎn)方法212
 7.6 高頻電路用銅箔 213
 7.6.1 高頻線路的特點213
 7.6.2 高頻電路用銅箔生產(chǎn)214
 7.7 激光鉆孔銅箔 216
 7.7.1 激光鉆孔的現(xiàn)狀216
 7.7.2 激光成孔銅箔制造技術(shù)217
 7.8 反轉(zhuǎn)銅箔 218
第8章 分切與包裝219
 8.1 分切 219
 8.1.1 分切的作用219
 8.1.2 分切機的結(jié)構(gòu)和工作原理219
 8.1.3 控制系統(tǒng)219
 8.1.4 分切機構(gòu) 221
 8.1.5 主要技術(shù)指標(biāo)222
 8.1.6 分切要求222
 8.1.7 常見品質(zhì)問題222
 8.2 切片生產(chǎn) 223
 8.2.1 設(shè)備組成223
 8.2.2 設(shè)備性能要求224
 8.3 產(chǎn)品包裝224
 8.3.1 普通包裝224
 8.3.2 真空包裝224
 8.3.3 包裝箱要求225
 8.4 生產(chǎn)經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)225
第9章 質(zhì)量控制227
 9.1 銅箔生產(chǎn)中間過程控制227
 9.1.1 生箔電解液分析227
 9.1.2 表面處理電解液的分析234
 9.2 品質(zhì)的一致性237
 9.2.1 品質(zhì)的一致性概述237
 9.2.2 品質(zhì)一致性檢驗 238
 9.3 統(tǒng)計過程控制(SPC)241
 9.3.1 SPC的作用241
 9.3.2 SPC技術(shù)原理242
 9.3.3 SPC應(yīng)用步驟242
 9.3.4 SPC應(yīng)用的?勢和不足244
 9.3.5 SPC的最新發(fā)展245
第10章 環(huán)境保護246
 10.1 廢水處理246
 10.1.1 廢水的來源及水質(zhì) 246
 10.1.2 廢水處理方法247
 10.2 廢氣治理252
 10.2.1 廢氣的分類252
 10.2.2 廢氣處理技術(shù)252
參考文獻(xiàn)255

章節(jié)摘錄

第1章 概論1.1 金屬箔的生產(chǎn)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子材料、裝飾材料等對金屬箔材的需求日益增加，各種金屬箔的生產(chǎn)技術(shù)也如雨后春筍般地出現(xiàn)在人們的面前?？偟膩碚f，金屬箔的制造技術(shù)不外乎以下三種: 壓延法、濕式法和干式法。1.1.1 壓延法金屬箔最常見的生產(chǎn)方法是壓延法，銅、鐵、鋁等金屬箔材的生產(chǎn)多用此法。該方法工藝成熟，歷史比較悠久，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，但具有下列幾個缺點: (1) 生產(chǎn)工藝復(fù)雜，流程長壓延法生產(chǎn)箔材一般需要經(jīng)熔化—鑄錠—開坯—粗軋—中軋—精軋等工序，中間可能需要多次退火才能得到成品。(2) 箔材的極限厚度受到限制當(dāng)冷軋至厚度較薄時，由于彈性壓扁急劇增大，接觸面積增加，即使再增加總軋制力噸位，但軋件繼續(xù)變形需要的單位壓力不變或減小，出現(xiàn)即使增加壓下量，也不能軋薄的情況。(3) 軋輥的質(zhì)量要求極嚴(yán)軋輥直徑的大小必須滿足最小軋件厚度的要求。但是軋輥直徑的大小的影響因素較多。軋制壓力愈大，軋制速度越高，軋件平直度要求越高，均應(yīng)相應(yīng)增加軋輥直徑。但是，箔材的厚度愈小，則要求軋輥的直徑愈小，軋輥的加工精度(橢圓度、錐度、擺差)要求也愈高。(4) 箔材的寬度受到限制由于軋輥的長度增加，軋輥的擺差也隨著增加，為了得到厚度比較均勻的箔材，就必須增大軋輥的直徑。因此，壓延箔的最大寬度一般不超過200mm。而其他方法生產(chǎn)的箔材，如電解法，它的寬度一般在900~2 000mm之間。1.1.2 濕式法濕式法又可以分為化學(xué)法和電解法兩種。前者金屬膜生成速度慢,而且金屬膜的生成只限于可能的金屬。因此,一般在生產(chǎn)上多采用電解法。電解法的原理與電解精煉銅的原理是一致的。電解時,一般都是用含有沉積層金屬離子的電解質(zhì)配成電解液,金屬陰極浸入電解液中與直流電源的負(fù)極相連,用沉積層金屬作為陽極,與直流電源正極相連。通入低壓直流電,陽極金屬溶解在溶液中成為陽離子,移向陰極,這些離子在陰極獲得電子被還原成金屬,覆蓋在陰極上。該法得到的金屬箔用途廣泛,如作為印刷線路基板用銅箔、復(fù)合材料用鎳箔、磁性鐵箔等。電解銅箔的特性、性能雖因各銅箔制造企業(yè)的不同而各有特色，但制造工藝卻基本一致。該工藝以電解銅或具有與電解銅同等純度的電線廢料為原料，將其在硫酸中溶解，制成硫酸銅溶液，以金屬輥筒為陰極，通過電化學(xué)反應(yīng)連續(xù)地在陰極表面電解沉積上金屬銅，同時連續(xù)地從陰極上剝離，這種工藝稱為生箔電解工藝。最后從陰極上剝離的一面(光面)就是層壓板或印刷線路板表面見到的一面，反面(俗稱毛面)就是需要進(jìn)行一系列表面處理，在印刷線路板中與樹脂粘接的一面。1.1.3 干式法1.1.3 干式法 干式法一般用來制造超薄膜，但不能大量生產(chǎn)，所以不能作為結(jié)構(gòu)材料使用。干式法生產(chǎn)主要包括真空鍍膜法和磁控濺射鍍膜兩種。真空鍍膜法(又稱物理氣相沉積，俗稱干鍍法)，是現(xiàn)代非金屬表面金屬化的主要技術(shù)。它是將待鍍件置于真空室中，在高真空狀態(tài)下，采用加熱或離子轟擊的辦法，使金屬材料由固態(tài)迅速(直接)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，并沉積到鍍件表面形成金屬薄膜的方法。由于金屬材料是以原子狀態(tài)到達(dá)并沉積在鍍件表面，故形成的是連續(xù)且光亮的金屬膜層，再對其作封閉和保護處理，則可保證其金屬膜層始終光亮如新。真空鍍膜與化學(xué)沉積相比的最大特點是: 可鍍制膜層的材質(zhì)和色澤種類多，膜層均勻，對基材前處理簡單，可鍍基材范圍廣，生產(chǎn)成本低，效率高，無任何環(huán)境污染問題，易于形成工業(yè)化生產(chǎn)。磁控濺射鍍膜，它利用幾十電子伏或更高動能的荷能粒子轟擊材料表面，使其原子獲得足夠的能量而濺出進(jìn)入氣相，這種濺出的復(fù)雜粒子散射過程稱為濺射。濺射鍍膜是利用濺射現(xiàn)象來達(dá)到制取各種膜層的目的。濺鍍薄膜的性質(zhì)、均勻度都比真空鍍膜優(yōu)良，但是鍍膜速度比真空鍍膜慢很多。新型的濺鍍設(shè)備幾乎都使用強力磁鐵使電子成螺旋狀運動以加速靶材周圍的氬氣離子化，造成靶與氬氣離子間的撞擊機率增加，提高濺鍍速率。一般金屬鍍膜都采用直流濺鍍，而不導(dǎo)電的陶瓷材料則使用RF交流濺鍍，基本的原理是在真空中利用輝光放電使氬氣離子撞擊靶材表面，電漿中的陽離子會加速沖向作為被濺鍍材的負(fù)電極表面，這個沖擊將使靶材的物質(zhì)飛出而沉積在基板上形成薄膜。通過在與靶表面平行的方向上施加磁場，利用電場和磁場相互垂直的磁控管原理減少了電子對基底的轟擊，可有效降低基底溫度，使高速濺射成為可能。一般來說，利用濺鍍流程進(jìn)行薄膜生產(chǎn)有幾項特點: ①金屬、合金或絕緣物均可做成薄膜材料。②在適當(dāng)?shù)脑O(shè)定條件下可將多元復(fù)雜的靶材制作出同一組成的薄膜。③利用放電氣氛中加入氧或其他的活性氣體，可以制作靶材物質(zhì)與氣體分子的混合物或化合物。④靶材輸入電流及濺射時間可以控制，容易得到高精度的膜厚。⑤與其他制造工藝相比，有利于生產(chǎn)大面積的均一薄膜。⑥濺射粒子幾乎不受重力影響，靶材與基板位置可自由安排。⑦基板與膜的附著強度是真空鍍膜數(shù)倍，且由于濺射粒子帶有高能量，在成膜面會繼續(xù)表面擴散而得到硬且致密的薄膜，同時此高能量使基板只要較低的溫度即可得到結(jié)晶膜。⑧薄膜形成初期成核密度高，可生產(chǎn)10nm以下的極薄連續(xù)膜。

編輯推薦

《電解銅箔生產(chǎn)》編輯推薦：有色金屬是重要的基礎(chǔ)原材料，廣泛應(yīng)用于電力、交通、建筑、機械、電子信息、航空航天和國防軍工等領(lǐng)域，在保障國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展等方面發(fā)揮了不可或缺的作用。改革開放以來，特別是新世紀(jì)以來，我國有色金屬工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，已成為世界最大的有色金屬生產(chǎn)國和消費國，產(chǎn)業(yè)整體實力顯著增強，在國際同行業(yè)中的影響力日益提高。主要表現(xiàn)在: 總產(chǎn)量和消費量持續(xù)快速增長，2008年，十種有色金屬總產(chǎn)量2 520萬噸，連續(xù)七年居世界第一，其中銅產(chǎn)量和消費量分別占世界的20%和24%; 電解鋁、鉛、鋅產(chǎn)量和消費量均占世界總量的30%以上。經(jīng)濟效益大幅提高，2008年，規(guī)模以上企業(yè)實現(xiàn)銷售收入預(yù)計2.1萬億以上，實現(xiàn)利潤預(yù)計800億元以上。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級步伐加快，2005年已全部淘汰了落后的自焙鋁電解槽; 目前，銅、鉛、鋅先進(jìn)冶煉技術(shù)產(chǎn)能占總產(chǎn)能的85%以上; 銅、鋁加工能力有較大改善。自主創(chuàng)新能力顯著增強，自主研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的350 kA、400 kA大型預(yù)焙電解槽技術(shù)處于世界鋁工業(yè)先進(jìn)水平，并已輸出到國外; 高精度內(nèi)螺紋銅管、高檔鋁合金建筑型材及時速350 km高速列車用鋁材不僅滿足了國內(nèi)需求，已大量出口到發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。國內(nèi)礦山新一輪找礦和境外礦產(chǎn)資源開發(fā)取得了突破性進(jìn)展，現(xiàn)有9大礦區(qū)的邊部和深部找礦成效顯著，一批有實力的大型企業(yè)集團在海外資源開發(fā)和收購重組境外礦山企業(yè)方面邁出了實質(zhì)性步伐，有效增強了礦產(chǎn)資源的保障能力。2008年9月份以來，我國有色金屬工業(yè)受到了國際金融危機的嚴(yán)重沖擊，產(chǎn)品價格暴跌，市場需求萎縮，生產(chǎn)增幅大幅回落，企業(yè)利潤急劇下降，部分行業(yè)已出現(xiàn)虧損?？v觀整體形勢，我國有色金屬工業(yè)仍處在重要機遇期，挑戰(zhàn)和機遇并存，長期發(fā)展向好的趨勢沒有改變。今后一個時期，我國有色金屬工業(yè)發(fā)展以控制總量、淘汰落后、技術(shù)改造、企業(yè)重組、充分利用境內(nèi)外兩種資源，提高資源保障能力為重點，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級，促進(jìn)有色金屬工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。實現(xiàn)有色金屬工業(yè)持續(xù)發(fā)展，必須依靠科技進(jìn)步，關(guān)鍵在人才。為了全面提高勞動者素質(zhì)，培養(yǎng)一大批高水平的科技創(chuàng)新人才和高技能的技術(shù)工人，由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會牽頭，組織中南大學(xué)出版社及有關(guān)企業(yè)、科研院校數(shù)百名有經(jīng)驗的專家學(xué)者、工程技術(shù)人員，編寫了《中國有色金屬叢書》?！秴矔穬?nèi)容豐富，專業(yè)齊全，科學(xué)系統(tǒng)，實用性強，是一套好教材，也可作為企業(yè)管理人員和相關(guān)專業(yè)大學(xué)生的參考書。經(jīng)過編寫、編輯、出版人員的艱辛努力，《叢書》即將陸續(xù)與廣大讀者見面。相信它一定會為培養(yǎng)我國有色金屬行業(yè)高素質(zhì)人才，提高科技水平，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)振興發(fā)揮積極作用。

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