[发明专利]一种复合铜套及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于铜制冷却铜套及其制备方法，尤其是一种用于非晶、纳米晶带材等制备中冷却用铜套及其制备方法。

背景技术

现有的铜制冷却铜套冷却速度受限于铜合金的热导率，在通常的非晶、纳米晶带材生产过程中，其冷却效果尚能满足要求。但是对一些要求较高的非晶纳米晶产品而言，现有的铜制冷却铜套的冷却效果无法满足需求。主要是因为：

一、现有铜套的厚度为30mm到50mm，如附图1和2所示，当钢液2与冷却铜套1接触时，钢液2的热量将集中沿着垂直方向导向冷却铜套1内部的冷却水3，由于此处冷却铜套1温度很高，与冷却水3接触面积较小，容易使冷却水3产生气化，空气的热导率相当于水的二十五分之一左右，致使冷却铜套1与冷却水3之间的实际导热效率显著降低，影响非晶成型工艺的稳定性。

二、现有铜制的铜套导热系数为330W/m.k，低于无氧铜的400-410W/m.k,更低于石墨导热片的1200-1500W/m.k和石墨烯的5000W/m.k。

因此，亟需研发一种新式的冷却铜套，以能够有效提升冷却效率，从而提升非晶、纳米晶产品的性能和非晶纳米晶制带设备的产品合格率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种导热效率较高、具有均匀的冷却性、能够提高非晶纳米晶制带设备的产品合格率的复合铜套；同时，本发明还提供了所述复合铜套的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种复合铜套，所述复合铜套由外到内依次包括紧密贴合在一起的外铜套、横向高热导率材料层和内铜套，所述外铜套采用铬锆铜制备而成，所述外铜套采用无氧铜制备而成。

本发明所述横向高热导率材料层中，横向高热导率材料指横向热导率高于无氧铜的400-410W/m.k的材料。

本发明所述复合铜套，由外到内依次为紧密贴合在一起的外铜套、横向高热导率材料层和内铜套，所述外铜套采用铬锆铜制备而成，铬锆铜具有耐磨、耐高温侵蚀的特性，将其置于复合铜套的外部，有利于延长本发明所述复合铜套的使用寿命。所述外铜套和内铜套之间设有横向高热导率材料层，所述横向高热导率材料层为具有横向高导热率的材料，可使外铜套接收的热量向四周传导，增加了有效散热面积，加强了外铜套的冷却效率，防止局部过热以及内部冷却水气化。所述内铜套采用无氧铜制备而成，利用无氧铜制备的内铜套与冷却水的热交换能力更高的特点，有效提升了本发明复合铜套的冷却均匀性，使带材质量更加稳定。

作为本发明所述复合铜套的优选实施方式，所述外铜套的厚度为5～30mm，所述横向高热导率材料层的厚度为0.1～1.5mm，所述外铜套的厚度为5～15mm。外铜套的厚度不应大于30mm，不然就会使得热传导距离过长，进而是表面温度过高，不利于非晶形成，当然，所述外铜套的厚度也不应小于5mm，不然强度不够，寿命短。所述横向高热导率材料层的厚度不大于1.5mm，如果厚度太厚成本过高，且影响铜套整体的结构稳定性。所述内铜套的厚度不应大于15mm，过厚将影响热传导距离，影响散热效率，提升外铜套表面温度，影响非晶形成，所述内铜套的厚度不应小于5mm，否则强度不够。

作为本发明所述复合铜套的优选实施方式，所述横向高热导率材料层为石墨烯或石墨导热片。所述横向高热导率材料层选用石墨烯或石墨导热片，石墨烯或石墨导热片的导热系数分别为石墨烯5000W/m.k、石墨导热片1200-1500W/m.k，具有远高于现有铜套的导热系数，能够将外铜套接收的热量向四周传导，增加有效散热面积，加强外铜套的冷却效率，防止局部过热以及内部冷却水气化。

作为本发明所述复合铜套的优选实施方式，所述外铜套采用的铬锆铜中，铬的质量百分含量为0.5～1.5%，锆的质量百分含量为0.08～0.3%，余量为铜。

另外，本发明还提供了所述复合铜套的制备方法，所述方法包括以下步骤：

（1）外铜套的制备：采用铬锆铜制备外铜套；

（2）内铜套的制备：采用无氧铜制备内铜套；

（3）在步骤（2）制备得到的内铜套外表面均匀粘贴横向高热导率材料层；

（4）将外铜套受热膨胀或将内铜套冷却缩小或将外铜套受热膨胀的同时将内铜套冷却缩小，至所述外铜套的内径大于所述内铜套的外径；

（5）将外表面粘贴有横向高热导率材料层的内铜套置于内径因受热膨胀而变大的外铜套中，自然冷却，即得复合铜套。

所述步骤（1）和步骤（2）中，可以通过熔炼、浇铸、锻造、机械加工、抛磨等工艺制成内外光滑的外铜套和内铜套。