一種上進液式銅箔一體機設備的製作方法

2023-05-18 23:56:26

專利名稱：一種上進液式銅箔一體機設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種銅箔一體機設備，尤其是一種上進液式銅箔一體機設備，本設備將傳統的下進液式銅箔設備中電解液由下而上的流動，改為由上而下的流動，從而提高了流動速度和平穩性，屬於設備加工製造領域。
背景技術：
目前，電解銅箔的生產已經淘汰了不環保、容易侵蝕的鉛陽極，改用表面設有導電塗覆層的鈦銥陽極，但是無論使用鉛陽極還是鈦陽極，其生產工藝基本沒變，即電解液從陽極槽的底端輸入，從陽極槽的上埠輸出回流到溶銅系統。銅箔生產傳統的設備和工藝是這樣的:把表面粗糙度Ra ( 0.25um的陰極輥，將其軸線以下浸泡在加入有含銅量在70-110g/L,含酸量80-130g/L，溫度在40-65 °C流動硫酸銅溶液的陽極槽中，在陰極輥和陽極之間通入電流，這樣根據電鍍原理陰極輥在流動硫酸銅溶液浸泡部分表面會鍍上銅晶粒，根據電鍍常數:1.186g/A-h,在電流一定的情況下陰極輥表面所鍍銅箔的厚度取決於陰極輥在硫酸銅溶液中電鍍的時間，轉動陰極輥改變陰極輥在硫酸銅溶液中的轉速就可以改變陰極輥表面所鍍銅箔的厚度，隨著陰極輥的轉動和連續不斷的將鍍在陰極輥表面上的銅箔揭下就可以得到不同厚度的銅箔。銅箔貼於陰極輥表面的一側稱為光面，鍍層面稱為毛面，由於電鍍過程中的極化作用，在銅箔的毛面將產生像山峰一樣的不規則的銅晶粒，銅箔越厚，其毛面的銅晶粒越大，粗糙度也越大。生產工藝中是通過加入添加劑(明膠或改性明膠，硫脲等)的方法控制銅箔毛面的粗糙度Rz。生產工藝複雜且極難控制，是銅箔生產中的瓶頸，也是各銅箔製造廠保密的專有技術，同時由於在電解液中加入了大量的添加劑，當電解液回流到溶銅系統時，為了提高電解液的質量，就要濾掉上述添加劑，就要增加多套過濾設備，也增加了過濾器的負擔。由於在電解液中的銅離子被電鍍到陰極輥的過程中析氧，會產生大量的氣泡，氣泡也會影響電鍍的效果，由於電解液是向上流動的，氣泡被電解液從陽極槽的上埠帶出，形成硫酸煙氣氧化剛剛從陰極輥揭下的銅箔表面。為了解決這一問題，需要在陽極槽口設置大排量的抽風口，使得銅箔生產設備複雜，控制難度大。從1955年Yates商業化電解銅箔以來，其生產工藝基本沒有改變，一直都是以下進液、上溢流的方式生產。這種方式主要是在維持銅離子和添加劑的濃度，對於槽中的流體力學問題沒有良好的解決方案。電解銅箔不論是用高位槽或耐酸泵來供給電解液，流速一般都在0.5米/秒以下。所得的銅箔結晶是柱狀的結構，雖然用光亮添加劑可以改變常溫下的結晶結構及物性，但在高溫下卻很不穩定，它的抗拉強度衰減很大，也容易產生針孔及翹曲。這種銅箔不適合做高檔的電路板及鋰電池。在電解銅箔的過程中，銅原子在陰極表面沉積，氧氣泡在陽極表面生成並被下進液帶到液面。連同硫酸銅產生酸霧，對銅箔表面及操作人員都是極大的損害。因此，必須用很強的抽風設備來 維持車間的潔淨。下進液會在進液口附近產生很大的亂流，它的雷諾數遠超過2000。雖然很多生產商對進液管的設計下了很大的功夫，卻仍然不能解決厚薄不均的現象，而必須仰賴進液閥門及屏蔽板來調節厚度，而這種調節法只是暫時的，非常不穩定。每一兩天就得調整一次。屏蔽板只能用一到兩次，它的費用更是高的嚇人。這對連續生產是一個很頭疼的問題。下進液分封閉式和開放式兩種。前者是百分之百的新液，後者同時使用新液和舊液。無論哪一種方式，都無法準確的控制左右兩邊陽極的流量。通常只能假設兩邊各有一半的流量，其可控性很低。下進液最大的缺點是液面的銅離子及添加劑濃度是電解過的舊液，濃度較低，在液面累積了很多氣泡，使得液面的電阻較大。兩者合併後，使得液面的電流密度低於液面下。這個現象在陰極輥進入液面時，不利於晶核的生成。在較嚴重的情況下，是造成銅箔翹曲及針孔的一大因素。

發明內容
本發明的目的是針對上述問題提出一種上進液式銅箔一體機設備，它將傳統的陽極槽中的電解液由下而上的流動，改為由上而下的流動，提高了流動速度和平穩性，給銅箔生產帶來了意想不到的良好效果，徹底擺脫了只能用添加劑控制銅箔表面質量的歷史。為了實現上述目的，本發明的技術方案是:
一種上進液式銅箔一體機設備，包括由陰極輥、陽極槽、電解液輸送裝置、電解液回流接收裝置，陰極輥在陽極槽中轉動，陽極槽設有電解液流入埠和電解液流出埠，所述電解液輸送裝置與陽極槽的電解液流入埠連通，所述電解液流出埠與電解液回流接收裝置連通，所述陽極槽電解液流入埠至少是在陰極輥沿徑向一個側面的陽極槽上埠，所述電解液回流接收裝置與陽極槽電解液流入埠之間通過一個電解液補充裝置連通，其特徵在於:所述電解液從陰極輥沿徑向的一個側面的陽極槽上埠流入，電解液從上進液裝置流出時產生的氣泡較少且流量可以準確調節。進一步的優點是，·陽極槽上端進液口，採用多塊均勻分布的寬度為60mm到150mm的矩形板，通過板上固定的螺栓與固定在陽極槽上端的螺母相互轉動，對進液口流量進行調節，當銅箔在一定範圍內的平均厚度低於設定值時，則提高電解液的流量，當銅箔在一定範圍內的平均厚度高於設定值時，則降低電解液的流量。進一步的優點是，矩形板之間的距離為2mm到5mm之間。進一步的優點是，矩形板調節電解液進液口流量是通過其與導軌發生相對運動實現的。進一步的優點是，陰極輥、陽極槽和電解液在直流電場作用下發生電化學反應。進一步的優點是，所述電解液從陰極輥磨刷側的陽極槽上埠流入。進一步的優點是，所述電解液流入時是順著陰極輥的輥面流入陽極槽內。進一步的優點是，所述電解液從陰極輥中心軸兩側的陽極槽上埠流入，從陽極槽底端流出，電解液在陰極輥流入兩側面形成與氣泡走向相反的流速衝力，當銅箔層表面粗糙度大於設定值時，提高電解液的流速；當銅箔層表面粗糙度小於設定值時，降低電解液的流速。進一步的優點是，所述電解液在陰極輥表面形成的流速快，至少是0.5米/秒。進一步的優點是，所述電解液是一次電解液與二次電解液的混合液，其中，一次電解液是硫酸銅源液，二次電解液是經陽極槽流出的硫酸銅電解液。進一步的優點是，所述一次電解液與二次電解液的含量比值大於0.5。進一步的優點是，所述電解液輸送通路中設置有位於陽極槽上方的上位槽，上位槽通過管路與陽極槽電解液流入埠連通，在上位槽與陽極槽電解液流入埠的管路中設置有流量調節閥，所述電解液補充泵與陽極槽電解液流入埠之間連通的管路中設置有電解液回流流量調節閥。本發明具有如下的突出優點:
首先，擺脫了只能依賴添加劑控制銅箔表面質量的歷史。通過控制電解液在陰極輥表面的流速控制表面的粗糙度以及銅箔銅離子的電鍍密度，實現從添加劑工藝控制銅箔質量到設備製造精度控制銅箔質量的轉變，這對於銅箔製造產生了根本的變革。其次，本發明的銅箔一體機設備，顯著降低了對過濾裝置的要求，使設備比傳統的生箔機設備結構簡單。再次，該銅箔一體機設備的控制過程易於操作。下面結合附圖和實施例對本發明作一詳細描述。


圖1上進液式銅箔一體機設備整體示意圖。圖2陽極槽電解液流入埠示意圖。圖3流量調節裝置結構圖。圖中:1.陰極輥2.陽極支承3.陽極槽4.硫酸銅電解液5.銅箔6.剝離輥
7.表面處理輥8.磨刷輥9.收卷輥10.貯液槽11.高位槽12.調節螺杆13.矩形板14.上進液鬥15.流量調節口 16.調節螺母17.導軌。
具體實施例方式實施例1:
一種上進液式銅箔一體機設備，參見圖1。主要包括陰極輥1、陽極支承2、陰極輥I與陽極支承2形成陽極槽3。其中，陰極輥和陽極支承之間的距離通常保持在8_至15_之間，陽極槽中有流動的硫酸銅電解液4。陰極輥外表面軸線以下部分浸沒在70-110g/L、含酸量80-130g/L、溫度在40-65°C流動的硫酸銅溶液的陽極槽中，陽極兩端通過導電排送電，陰極輥兩端通過導電排加導電裝置加導電環送電。其中，陽極板附著在陽極支承上，陽極是指陽極板，即DSA (尺寸穩定性陽極)陽極。當陽極和陰極輥通入的總電流26000-32000A、總電壓12-15V時，陽極、陰極輥、硫酸銅電解液三者之間在直流電場的作用下發生電化學反應，銅離子吸附在陰極輥的表面，從而在陰極輥上形成厚度均勻的銅箔，通過陰極輥均勻的、連續不斷的轉動，電鍍在陰極輥的銅箔5被連續不斷揭下經剝離輥6進入表面處理輥7最後通過收卷輥9完成收卷。其中，所述硫酸銅電解液至少從陰極輥沿徑向一個側面的陽極槽3-1的上埠流入，其所示陰極輥一個側面是指磨刷輥一側，電解液在流入時直接流入到陰極輥表面一側，為了減少陽極槽內的酸氣、改善銅箔表面的氧化程度、粗糙度和銅箔晶粒的緻密度，所述電解液流入時 流速比較快，至少是0.5米/秒，以便儘快的將產生的氣泡帶走。而在傳統方法中，在陽極槽中的電解液是從下面進液口流入，從上端溢流口流出的輸送方法，使得電解液液流量在陰極輥表面形成的流速始終低於0.5米/秒，若大於0.5米/秒將會對銅箔表面質量、氧化程度和銅箔晶粒的緻密度產生很大的影響。本實施例通過改變電解液的輸送方向來減少電解液中氣泡的產生和提高電解液的流速，可以實現對陰極輥表面剝離下的銅箔的氧化程度和銅箔晶粒的緻密度進行控制，並通過控制電解液在陰極輥表面的流速來控制銅箔表面的粗糙度。實施例2:
一種上進液式銅箔一體機設備，參見圖1和圖2。主要包括陰極輥1、陽極支承2形成的陽極槽3、貯液槽10、高位槽11。陽極槽、電解液輸送通路和回流通路形成供液系統。所述電解液是一次電解液和二次電解液的混合液，所述一次電解液是硫酸銅原液，所述二次電解液是經陽極槽流出的硫酸銅電解液。陽極支承2和陰極輥之間的距離保持在8_至15_之間，陰極輥在陽極槽中均勻轉動，陽極槽電解液流入埠設置有均勻分布的矩形板，矩形板與螺杆連成一體，電解液從陽極槽上埠流入時流量通過矩形板13調節。具體是通過螺杆與螺母的轉動調節矩形板，進而準確調節進液口不同位置的進液量，最終調節銅箔橫斷面的厚度均勻度。其中，所述陽極槽電解液流入埠至少是陰極輥沿徑向一個側面的陽極槽上埠。其中，所述一個側面是指陰極輥磨刷側。所述二次電解液是指經陽極槽流入到貯液槽10後通過過濾裝置和電解液補充泵回流到高位槽11中的液體，最後從陽極槽上端進液口流入陽極槽。本實施例中所述的電解液是一次電解液與二次電解液的混合液，其中一次電解液與二次電解液的含量比值大於1:2 (即0.5)，而7:3是最佳比例，即100%的電解液中70%是一次電解液，30%是二次電解液。實施例3:
本實施例是在實施例1和2 的基礎上進行的改進。電子行業對銅箔的均厚有很大的要求，因此在生產電解銅箔時，對銅箔均厚的控制就顯得尤為重要。傳統方法中，陽極槽中電解液是自下而上的輸送方式，控制銅箔的均厚主要通過進液口的閥門來實現。本實施例中，陽極槽電解液採用自上而下的輸送方式，電解液流經上進液鬥14、流量調節口 15，通過控制矩形板的方向來調節銅箔橫斷面的厚度均勻度。在生產過程中，所述矩形板的調整位置不一定在同一條直線上，會根據試生產出來的原箔厚度來調節。所述矩形板與螺栓連成一體，螺母固定在陽極槽上端進液口，通過螺栓和螺母的相對運動來調節矩形板的方向。當銅箔均厚大於設定值時，提高電解液從陽極槽上端流量調節口 15流出速度，即提高電解液的流速；當銅箔均厚小於設定值時，降低電解液從陽極槽上埠流量調節口 15流出速度，即降低電解液的流速。銅箔橫斷面均厚設定值根據不同的產品有不同的要求，通常誤差控制在彡1%( IOOmmX IOOmm範圍內)。所述矩形板是電解液從陽極槽上埠流入時控制電解液流量的主要結構，其與螺杆、螺母、導軌一起共同組成了進液口調節裝置。以上以較佳實施例公開了本發明，然其並非用於限制本發明，凡採用等同替換或者等效變換方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種上進液式銅箔一體機設備，包括陰極輥、陽極槽、電解液輸送裝置、電解液回流接收裝置，其特徵在於，陰極輥在陽極槽中轉動，陽極槽設有電解液流入埠和電解液流出埠，所述電解液輸送裝置與陽極槽的電解液流入埠連通，所述電解液流出埠與電解液回流接收裝置連通，所述陽極槽電解液流入埠至少是在陰極輥沿徑向一個側面的陽極槽上埠，所述電解液回流接收裝置與陽極槽電解液流入埠之間通過一個電解液補充裝置連通，所述電解液從陽極槽上電解液流入埠流入，所述電解液流入埠設有流量調節>j-U ρ α裝直。
2.根據權利要求1所述的一種上進液式銅箔一體機設備，其特徵在於，所述電解液流入埠的流量調節裝置採用多塊均勻分布的矩形板，通過板上固定的螺栓與固定在陽極槽上端的螺母相互轉動，對電解液流入埠流量進行調節。
3.根據權利要求2所述的一種上進液式銅箔一體機設備，其特徵在於，所述矩形板寬度為 BOmm 到 150mm。
4.根據權利要求2或3所述的一種上進液式銅箔一體機設備，其特徵在於，所述各矩形板之間的距離為2mm到5mm。
5.根據權利要求2或3所述的一種上進液式銅箔一體機設備，其特徵在於，所述矩形板調節電解液流入埠流量是通過其與導軌發生相對運動實現的。
6.根據權利要求1所述的一種上進液式銅箔一體機設備，其特徵在於，所述電解液從陰極輥磨刷側的陽極槽上埠流入。
7.根據權利要求1所述的一種上進液式銅箔一體機設備，其特徵在於，所述電解液流入時順著陰極輥的輥面流入陽極槽內。
全文摘要
本發明涉及一種上進液式銅箔一體機設備，包括陰極輥、陽極槽、電解液輸送裝置、電解液回流接收裝置，陰極輥在陽極槽中轉動，陽極槽設有電解液流入埠和電解液流出埠，電解液輸送裝置與陽極槽的電解液流入埠連通，電解液流出埠與電解液回流接收裝置連通，電解液回流接收裝置與陽極槽電解液流入埠之間通過一個電解液補充裝置連通，所述電解液流入埠設有流量調節裝置，採用多塊均勻分布的矩形板，通過板上固定的螺栓與固定在陽極槽上端的螺母相互轉動，對電解液流入埠流量進行調節。本發明設備，通過電解液流入埠的流量調節裝置，使銅箔橫斷面的均厚得到很好的控制。
文檔編號C25D1/04GK103233249SQ201310168289
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月9日 優先權日2013年5月9日
發明者陳建林, 劉建平 申請人:南京順捷機械設備有限公司