TWI870073B - 低異向性銅板及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種低異向性銅板的製造方法，其係將高純度銅胚經特定條件之加熱製程、軋延製程與熱處理製程，而可改變所獲得的銅板之晶粒尺寸、再結晶集合組織以及軋延集合組織。利用本發明的製造方法所獲得的銅板於0 ^o、45 ^o和90 ^o三方向的降伏強度、拉伸強度以及伸長率之水平異向性均小於5%。

Description

低異向性銅板及其製造方法

本發明是關於一種低異向性銅板以及一種低異向性銅板的製造方法。本發明的低異向性銅板於0°、45°和90°三方向的降伏強度、拉伸強度以及伸長率之水平異向性均小於5%。

一般鑄造、擠型與軋延銅板常因0°、45°和90°三方向機性(例如，降伏強度、拉伸強度以及伸長率)差異過大，故具有明顯的異向性，因此無法順利成型。

目前已知一種利用連續鑄造製作之銅板，其將高純銅原料加熱後，直接澆鑄成圓柱銅鑄錠，然後切片成銅板，再加工成銅藥型罩。然而，此方法所得之銅板的晶粒尺寸大於5000μm，導致其0°、45°和90°三方向機性差異相當大，例如拉伸強度的水平異向性與伸長率的水平異向性都大於10%。因此，此方法所製得之銅板無法順利成型，且產生橘皮與破裂等現象。

還已知一種利用鍛造法製作之銅板，其將銅鑄錠於 高溫鍛打成圓柱銅錠，然後切片成銅板，再加工成銅藥型罩。然而，此方法所得之銅板的尺寸約為400μm且晶粒尺寸分布不均，導致0°、45°、90°三方向伸長率相差很大，例如其伸長率的水平異向性高達12%。此種銅板成型時，會因三方向伸長率差異相當大，無法順利成型對稱型狀，且會產生凸耳或產品互相不對稱。

因此，亟須提供一種低異向性銅板的製造方法，以解決上述問題。

本發明之一態樣是提供一種低異向性銅板，其中銅板的晶粒尺寸小於70μm，且具有特定比例的(100)[001]再結晶集合組織與(110)[112]和(112)[111]軋延集合組織。銅板於0°、45°和90°三方向的各種力學性能的水平異向性都小於5%，故本發明的低異向性銅板可以避免產生橘皮、破裂以及凸耳等的情形，因此可以順利成型。

本發明至少一實施例提供一種低異向性銅板的製造方法，包含以下步驟。提供銅胚。對銅胚進行加熱步驟。於加熱步驟後，對銅胚進行熱軋步驟，以獲得熱軋銅板。對熱軋銅板進行冷軋步驟，以獲得冷軋銅板。對冷軋銅板進行退火步驟，以獲得退火銅板。對退火銅板進行水冷步驟，以獲得低異向性銅板。其中於該低異向性銅板中，降伏強度的水平異向性小於5%，拉伸強度的水平異向性小於5%，且伸長率的水平異向性小於5%。

在本發明至少一實施例中，上述銅胚的純度為99.9%至99.99%。

在本發明至少一實施例中，上述加熱步驟的加熱溫度為550℃至650℃。上述加熱步驟的加熱時間為30分鐘至2小時。

在本發明至少一實施例中，上述熱軋步驟中的每道次之熱軋裁減量為5%至20%。上述熱軋步驟的完軋溫度為500℃至550℃。

在本發明至少一實施例中，上述冷軋步驟中的每道次之冷軋裁減量為5%至20%。

在本發明至少一實施例中，上述冷軋步驟中的總冷軋裁減量為50%至60%。

在本發明至少一實施例中，上述退火步驟的退火溫度為300℃至400℃。

在本發明至少一實施例中，上述退火步驟的退火時間為30分鐘至2小時。

在本發明至少一實施例中，對上述退火銅板進行水冷步驟中的水冷時間為2分鐘內，並在2分鐘內降溫至常溫。

在本發明至少一實施例中，藉由上述之低異向性銅板的製造方法所製成，其中於低異向性銅板中，降伏強度的水平異向性小於5%，拉伸強度的水平異向性小於5%，且伸長率的水平異向性小於5%。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下。

圖1為根據本發明之實驗例之低異向性銅板的掃描式電子顯微鏡圖。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。關於本文中所使用之「約」、「大約」或「大致」的用語一般通常係指數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較佳地是約百分之十以內，更佳地則是約百分五之以內。

須說明的是，本文用語「異向性」代表「水平異向性(in-plane anisotropy；IPA)」，其用於定量化板材 的異向性。IPA的計算公式為

， 其中，X_max代表三個方向的力學性能的最大值，X_mid代表三 個方向的力學性能的中間值，X_min代表三個方向的力學性能的最小值。上述「三個方向」為0°、45°和90°方向。上述「力學性能」包含降伏強度、拉伸強度以及伸長率。

上述0°、45°和90°方向的定義係具有通常知識者所熟知。簡略說明如下，0°、45°和90°方向均平行於板材的頂表面，且以0°方向為起始方向，將其順時針旋轉45°和90°即分別可得知所述的45°方向與90°方向。

本發明的一些實施例中提供一種低異向性銅板的製造方法。製造方法包含對銅胚進行加熱步驟與熱軋步驟，以獲得熱軋銅板。對熱軋銅板進行水冷步驟，以獲得水冷銅板。對水冷銅板進行冷軋步驟，以獲得冷軋銅板。對冷軋銅板進行退火步驟，以獲得退火銅板。對退火銅板進行水冷步驟，以獲得本發明之低異向性銅板。

在一些實施例中，低異向性銅板的晶粒尺寸小於70μm。當銅板的晶粒尺寸大於70μm時，將影響銅板的(100)[001]再結晶集合組織與(110)[112]和(112)[111]軋延集合組織，使得銅板於0°、45°和90°三方向的各種力學性能的水平異向性大於5%，因此銅板於成型過程中會產生橘皮、破裂以及凸耳的情形。

在一些實施例中，由於本發明的低異向性銅板同時具備(100)[001]再結晶集合組織與(110)[112]和(112)[111]軋延集合組織，使得低異向性銅板於0°、45°和90°三方向的降伏強度、拉伸強度與伸長率的水平異向性均小於5%。當各種力學性能的水平異向性大於5%時， 無法使銅板順利成型，會使銅板於成型過程中產生橘皮、破裂以及凸耳的情形，不利於後續應用。

在一些實施例中，上述銅胚的純度為99.9%至99.99%。當銅胚的純度介於上述範圍時，可以使後續形成的銅板的晶粒尺寸小於70μm，且銅板的各種力學性能的水平異向性小於5%。

在一些實施例中，上述加熱步驟的加熱溫度為550℃至650℃。在一些實施例中，上述加熱步驟的加熱時間為30分鐘至3小時。當加熱溫度與加熱時間介於上述範圍時，有利於均勻地加熱上述銅胚，且有利於後續的軋延步驟。

在一些實施例中，上述熱軋步驟中的每道次之熱軋裁減量為5%至20%。在一些實施例中，上述熱軋步驟中的總熱軋裁減量為50%至90%。在一些實施例中，上述熱軋步驟的完軋溫度為500℃至550℃。由於熱軋步驟需要達到足夠的總裁減量並維持特定的完軋溫度，方能確保銅板具備均勻細緻的晶粒。因此，當每道次之熱軋裁減量、總熱軋裁減量與完軋溫度介於上述範圍時，可以使後續形成的銅板的晶粒尺寸小於70μm，且銅板的各種力學性能的水平異向性小於5%。

在一些實施例中，對上述熱軋銅板進行水冷步驟中的水冷時間為30秒至20分鐘，並水冷至常溫。當水冷時間介於上述範圍時，可以避免銅板處於高溫發生晶粒成長，進而確保銅板晶粒尺寸細緻，從而強化銅板的強度。因此， 可以使後續形成的銅板的晶粒尺寸小於70μm，且銅板的各種力學性能的水平異向性小於5%。

在一些實施例中，上述冷軋步驟中的每道次之冷軋裁減量為5%至20%。在一些實施例中，上述冷軋步驟中的總冷軋裁減量為50%至60%。由於冷軋總裁減量須達50%以上方可確保形成特定的集合組織，降低銅板異向性。因此，當每道次之冷軋裁減量與總冷軋裁減量介於上述範圍時，可以使後續形成的銅板的晶粒尺寸小於70μm，且銅板的各種力學性能的水平異向性小於5%。

在一些實施例中，上述退火步驟的退火溫度為300℃至400℃。在一些實施例中，上述退火步驟的退火時間為30分鐘至2小時。在退火步驟中，銅板因為發生再結晶，進而促進晶粒的生長。因此，當退火溫度與退火時間介於上述範圍時，可以使後續形成的銅板的晶粒尺寸小於70μm，且銅板的各種力學性能的水平異向性小於5%。

在一些實施例中，對上述退火銅板進行水冷步驟中的水冷時間為2分鐘內，並在2分鐘內降溫至常溫，以獲得低異向性銅板。在退火步驟後進行水冷，可避免銅板因處高溫發生晶粒成長，進而有利於細化晶粒。因此，當水冷步驟中的水冷時間介於上述範圍時，可以使後續形成的銅板的晶粒尺寸小於70μm，且銅板的各種力學性能的水平異向性小於5%。

以下利用實驗例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

實驗例

首先，將純度為99.99%的銅胚置於高溫爐中，並於650℃加熱3小時。然後，對加熱後的銅胚進行熱軋步驟，其中熱軋步驟的總熱軋裁減量為80%，且完軋溫度控制於550℃以下，以獲得熱軋銅板。接著，對熱軋銅板進行水冷步驟，使熱軋銅板於2分鐘內冷卻至常溫，以獲得水冷銅板。然後，對水冷銅板進行冷軋步驟，其中冷軋總裁減量為55%，以獲得冷軋銅板。在獲得冷軋銅板後，再度進行水冷步驟。接著，對冷軋銅板進行退火步驟，並將冷軋銅板於400℃進行熱處理1小時，以獲得退火銅板。然後，對退火銅板進行水冷步驟，以獲得本發明之低異向性銅板。

實驗例所製得的銅板之金相組織請參考圖1。實驗例所製得的銅板分別以下述之評價方式來量測的晶粒尺寸，以及銅板於0°、45°和90°三方向的降伏強度(yield stress；YS)、拉伸強度(tensile stress；TS)、伸長率(elongation；EL)以及上述之IPA。其結果分別如表1所示。

比較例

首先，將純度為99.99%的銅胚置於高溫爐中，並於950℃加熱3小時。然後，對加熱後的銅胚進行熱軋步驟，其中熱軋步驟的總熱軋裁減量為90%，且完軋溫度 控制於800℃以下，以獲得熱軋銅板。接著，對熱軋銅板進行退火步驟，並於700℃進行熱處理1小時，以獲得退火銅板。然後，對退火銅板進行水冷步驟，以獲得銅板。

比較例所製得的銅板分別以下述之評價方式來量測銅板的晶粒尺寸，以及銅板於0°、45°和90°三方向的降伏強度、拉伸強度、伸長率以及上述之IPA。其結果分別如表1所示。

評價方式 1.晶粒尺寸

本發明之晶粒尺寸是利用掃描式電子顯微鏡影像來測量，其採標準方法ASTM E8之對角線、水平線及垂直線量測法所獲得之平均晶粒尺寸作為評價結果。表1顯示實驗例的晶粒尺寸為小於70μm，其掃描式電子顯微鏡圖請參圖1，其中圖1的晶粒分布均勻。比較例的晶粒尺寸為350μm至400μm。

2.降伏強度(YS)

本發明此處所稱之降伏強度係依據標準方法ASTM E8進行試驗，以測量實驗例及比較例之銅板於0°、 45°和90°三方向的降伏強度，單位為MPa。表1顯示實驗例之銅板於各方向的降伏強度約為68MPa，而比較例之銅板於各方向的降伏強度介於約79MPa至約101MPa。

3.拉伸強度(TS)

本發明此處所稱之抗拉強度係依據標準方法ASTM E8進行試驗，以測量實驗例及比較例之銅板於0°、45°和90°三方向的抗拉強度，單位為MPa。表1顯示實驗例之銅板於各方向的抗拉強度約為224MPa，而比較例之銅板於各方向的降伏強度介於約200MPa至約203MPa。

4.伸長率

本發明此處所稱之伸長率係依據標準方法ASTM E8進行試驗，以測量實驗例及比較例之銅板於0°、45°和90°三方向的伸長率。表1顯示實驗例之銅板於各方向的伸長率介於約57%至約61%，而比較例之銅板於各方向的伸長率介於約51%至約57%。

5.IPA

利用前述IPA計算公式來計算上述降伏強度、抗拉強度以及伸長率之IPA。實驗例的各種力學性能之IPA都小於5%，而比較例的降伏強度之IPA以及伸長率之IPA均大於5%。

藉由分析上述實驗例所製得之銅板的集合組織可知，(100)[001]再結晶集合組織佔5.8%，(110)[112]軋延集合組織佔11.6%，而(112)[111]軋延集合組織佔 8.4%。

上述比較例所製得之銅板晶粒相當粗大(350μm至400μm)，且因銅板完成再結晶，因此再結晶集合組織強度高，軋延集合組織強度偏低，造成銅板異向性很大，因此銅板於0°、45°、90°三方向具有較高的降伏強度之IPA與伸長率之IPA。

本發明的低異向性銅板之晶粒尺寸小於70μm，且具有特定比例的(100)[001]再結晶集合組織與(110)[112]和(112)[111]軋延集合組織。其次，銅板於0°、45°和90°三方向的各種力學性能的水平異向性都小於5%，故本發明的低異向性銅板於成型時可以避免產生橘皮、破裂以及凸耳等的情形，因此可以順利成型。

可理解的是，本發明雖以特定製造方法及特定評價方式作為例示，說明本發明之低異向性銅板的製造方法，惟本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者可知，本發明並不限於此，在不脫離本發明之精神和範圍內，本發明亦可使用其他製造方法或其他評價方式進行。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種低異向性銅板的製造方法，包含：提供一銅胚，其中該銅胚的純度為99.9%至99.99%；對該銅胚進行一加熱步驟；於該加熱步驟後，對該銅胚進行一熱軋步驟，以獲得一熱軋銅板，其中該熱軋步驟中的一總熱裁減量為50%至90%，且該熱軋步驟的一完軋溫度為500℃至550℃；對該熱軋銅板進行一冷軋步驟，以獲得一冷軋銅板，其中該冷軋步驟中的每道次之一冷軋裁減量為5%至20%，且該冷軋步驟中的一總冷軋裁減量為50%以上；對該冷軋銅板進行一退火步驟，以獲得一退火銅板；對該退火銅板進行一水冷步驟，以獲得該低異向性銅板，其中該低異向性銅板的一晶粒尺寸小於70μm，其中於該低異向性銅板中，降伏強度的水平異向性小於5%，拉伸強度的水平異向性小於5%，且伸長率的水平異向性小於5%。
2. 如請求項1所述之低異向性銅板的製造方法，其中：該加熱步驟的一加熱溫度為550℃至650℃；及該加熱步驟的一加熱時間為30分鐘至3小時。
3. 如請求項1所述之低異向性銅板的製造方法，其中： 該熱軋步驟中的每道次之一熱軋裁減量為5%至20%。
4. 如請求項1所述之低異向性銅板的製造方法，其中該冷軋步驟中的該總冷軋裁減量為50%至60%。
5. 如請求項1所述之低異向性銅板的製造方法，其中該退火步驟的一退火溫度為300℃至400℃。
6. 如請求項1所述之低異向性銅板的製造方法，其中該退火步驟的一退火時間為30分鐘至2小時。
7. 如請求項1所述之低異向性銅板的製造方法，其中對該退火銅板進行該水冷步驟中的一水冷時間為2分鐘內，並在2分鐘內降溫至常溫。
8. 一種低異向性銅板，藉由如請求項1至請求項7任一項所述之低異向性銅板的製造方法所製成，其中於該低異向性銅板中，降伏強度的水平異向性小於5%，拉伸強度的水平異向性小於5%，伸長率的水平異向性小於5%，(100)[001]再結晶集合組織佔5.8%，(110)[112]軋延集合組織佔11.6%，且(112)[111]軋延集合組織佔8.4%。