實驗室高純銅制備：真空管式爐的關鍵作用與實踐研究

真空管式爐在實驗室規模的高純銅等金屬熔煉中，扮演著“小型真空熔煉爐"的角色，主要用于制備高純銅、高純無氧銅及銅合金，并研究其熔煉工藝與組織性能。

核心原理與特點

真空管式爐通過爐管、真空系統和加熱系統，在密閉環境中實現金屬的熔化與凝固。其核心優勢在于：

高真空環境：有效降低氧、氮等氣體含量，減少金屬氧化和吸氣，提升純度。

溫場均勻可控：升溫速率和保溫時間可精確設定，利于成分均勻和氣體排出。

氣氛可控：可在真空或惰性氣氛（如高純氬氣）下工作，滿足不同工藝需求。

靈活小巧：適合實驗室小批量、多批次的熔煉實驗，為工業化生產提供工藝參考。

典型應用場景

1. 高純銅及無氧銅制備

以高純銅為例，其典型工藝流程如下：

原料預處理：選用純度不低于99.9%的電解銅，經清洗、烘干后備用。

真空熔煉：將銅料裝入高純石墨坩堝，密封于真空管式爐內。抽真空至-0.1 MPa（約10 Pa）或更高，以10℃/min的速率升溫至1100-1200℃并保溫，使銅料充分熔化。

澆鑄成型：停止加熱后，在真空或保護氣氛下冷卻，獲得表面光滑、致密的銅錠。

應用效果：通過真空熔煉，可有效提高銅的純度。例如，原料純度99%的銅錠，熔煉后純度可提升至99.5%左右。若采用更高真空度（如≤3×10?2 Pa）和多級精煉工藝，可制備出純度≥99.995%、氧含量低于1 ppm的高純無氧銅，其導電率可達102% IACS，性能滿足電子和真空器件的需求。

2. 銅合金及難熔金屬研究

真空管式爐同樣適用于銅基合金及其他高熔點金屬的小規模熔煉與精煉研究，例如：

銅基合金：用于制備銀銅、錫青銅等，研究合金元素配比、熔煉溫度等對組織和性能的影響。

難熔金屬：配合石墨加熱體，可用于鎢、鉬等金屬的預熔煉和合金化實驗。

高純金屬：作為真空感應熔煉等工業化工藝的前期實驗平臺，用于驗證工藝參數。

關鍵工藝要點

真空度控制：熔煉階段真空度通常需達到102–10?1 Pa量級，以減少氧化和吸氣。對于更高純度要求，可采用多級抽真空或長時間保溫除氣。

溫度與保溫：銅的熔點約為1083℃，熔煉溫度常設置在1100–1250℃。保溫時間需足夠長，以保證成分均勻和氣體排出，但也要避免過熱導致金屬燒損或坩堝反應。

坩堝與污染控制：高純石墨坩堝是常用選擇，但需注意其可能引入碳雜質。通過控制工藝或在后續加工中去除表層，可有效管理碳含量。

冷卻與凝固：緩慢冷卻有助于氣體和夾雜物的進一步排出，獲得更致密的組織。采用水冷銅?？煽焖倌?，適用于制備高純銅棒材或特定形狀的試樣。