热型连铸单晶铜杆装置及其工艺的研究

摘要

近年来众多研究表明:单晶铜线材具有优异的力学和导电性能,在电子、通信、网络、音视频装置及国防等领域越来越受到人们的关注,具有非常广泛的应用前景。
　　本文根据热型连铸技术的基本原理,初步设计制造出一套横引式连续定向凝固装置,通过计算机数值分析法研究不同进、出流口设置的炉体结构对连铸平稳性的影响;同时,建立了单晶连铸凝固过程中铸杆连铸模型,通过与实验相结合的方式分析连铸工艺参数对凝固过程固/液界面及铸杆表面质量的影响,综合给出本实验条件下的合理工艺参数,并探讨了单晶组织演化规律。
　　主要结论如下:
　　(1)自行设计制造了一套横引式单晶连铸实验装置,构造简单,运行可靠,初步达到了设计要求。
　　(2)对初步设计制造的实验装置炉体部分进行了数值模拟分析,结果表明:炉体进、出流口结构对后续连铸凝固过程的稳定性有较大影响,得到了本实验装置条件下的优化结构。
　　(3)单晶连铸凝固过程中,铸型温度、连铸速度、冷却距离、冷却水量等主要工艺参数对固/液界面有较大影响,其中铸型型口温度提高、连铸速度增大、冷却能力减弱均会使固/液界面位置向铸型出口处外移,且其凸向铜液的趋势减小。
　　(4)模拟和试验结果表明:在本实验装置下,获得表面质量光滑单晶铜杆的工艺参数选择范围为:炉膛液位高度为6~10mm,熔体温度为1373~1423K,铸型温度为1363~1373K,连铸速度为80~100mm/min,冷却距离为40~50mm,冷却水量为800~900ml/min。
　　(5)结合本文模拟结果和现场反复试验,成功制得直径为8mm表面质量光滑的铜杆,并得出单晶组织生长经历了等轴晶、柱状晶和单晶体三个阶段,且经检测对比分析表明其力学和电学等性能均满足单晶要求。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 导体铜的发展史

1.3 单晶铜的特点及其应用

1.4 单晶材料的制备方法概述

1.5 热型连铸实验装置的种类

1.6 热型连铸技术的研究状况

1.7 数值模拟在热型连铸技术中的研究与应用

1.8 课题研究目的及内容

第二章 研究方案和研究方法

2.1 研究方案

2.2 研究方法

第三章 实验装置的初步设计与制造

3.1 横引式单晶连铸实验装置的基本构成

3.2 单晶铜杆连铸工艺装置关键材质的选择

3.3 单晶连铸实验装置特点

3.4 本章小结

第四章 炉体结构对连铸平稳性影响的研究

4.1 炉体连铸出流口位置对连铸平稳性的影响

4.2 炉体连铸进流口位置对连铸平稳性的影响

4.3 本章小结

第五章 工艺参数对凝固过程固/液界面影响的研究

5.1 实验方案

5.2 实验方法

5.3 铸型温度对固/液界面的影响

5.4 连铸速度对固/液界面的影响

5.5 冷却距离对固/液界面的影响

5.6 冷却水量对固/液界面的影响

5.7 本章小结

第六章 工艺参数对铸杆表面质量影响及单晶组织演化过程的研究

6.1 工艺参数对铸杆表面质量的影响

6.2 单晶组织演化过程

6.3 单晶铜杆连铸过程中易出现的问题及解决措施

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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