Kuparifolion tuotanto- ja valmistusprosessi

Kuparifoliolla, tällä näennäisesti yksinkertaisella erittäin ohuella kuparilevyllä, on erittäin herkkä ja monimutkainen valmistusprosessi. Tämä prosessi sisältää pääasiassa kuparin uuttamisen ja jalostuksen, kuparifolion valmistuksen ja jälkikäsittelyvaiheet.

Ensimmäinen vaihe on kuparin uuttaminen ja jalostus. Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen (USGS) tietojen mukaan kuparimalmin maailmanlaajuinen tuotanto nousi 20 miljoonaan tonniin vuonna 2021 (USGS, 2021). Kuparimalmin uuttamisen jälkeen voidaan saada kuparirikastetta, jonka kuparipitoisuus on noin 30 %. Nämä kuparirikasteet käyvät läpi jalostusprosessin, mukaan lukien sulatuksen, konvertteripuhdistuksen ja elektrolyysin, jolloin saadaan lopulta elektrolyyttistä kuparia, jonka puhtausaste on jopa 99,99 %.

Seuraavaksi tulee kuparifolion valmistusprosessi, joka voidaan jakaa kahteen tyyppiin valmistusmenetelmän mukaan: elektrolyyttiseen kuparifolioon ja rullattuun kuparifolioon.

Elektrolyyttinen kuparifolio valmistetaan elektrolyyttisellä prosessilla. Elektrolyyttikennossa kuparianodi liukenee vähitellen elektrolyytin vaikutuksesta ja kupari-ionit siirtyvät virran ohjaamia kohti katodia ja muodostavat kuparikerrostumia katodin pinnalle. Elektrolyyttisen kuparifolion paksuus vaihtelee yleensä 5 - 200 mikrometriä, jota voidaan tarkasti ohjata piirilevytekniikan (PCB) tarpeiden mukaan (Yu, 1988).

Valssattu kuparifolio sen sijaan valmistetaan mekaanisesti. Useita millimetrejä paksuisesta kuparilevystä alkaen sitä ohennetaan vähitellen valssaamalla, jolloin lopulta muodostuu kuparifoliota, jonka paksuus on mikrometrin tasolla (Coombs Jr., 2007). Tämän tyyppisellä kuparifoliolla on tasaisempi pinta kuin elektrolyyttisellä kuparikalvolla, mutta sen valmistusprosessi kuluttaa enemmän energiaa.

Kun kuparifolio on valmistettu, sille on yleensä suoritettava jälkikäsittely, mukaan lukien hehkutus, pintakäsittely jne. sen suorituskyvyn parantamiseksi. Esimerkiksi hehkutus voi parantaa kuparifolion sitkeyttä ja sitkeyttä, kun taas pintakäsittely (kuten hapetus tai pinnoitus) voi parantaa kuparifolion korroosionkestävyyttä ja tarttuvuutta.

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka kuparifolion tuotanto- ja valmistusprosessi on monimutkainen, tuotetuotannolla on syvällinen vaikutus nykyaikaiseen elämäämme. Tämä on osoitus teknologisesta kehityksestä, joka muuttaa luonnonvarat korkean teknologian tuotteiksi tarkkojen valmistustekniikoiden avulla.

Kuparifolion valmistusprosessi tuo kuitenkin myös haasteita, kuten energiankulutusta, ympäristövaikutuksia jne. Raportin mukaan 1 kuparitonnin tuotanto vaatii noin 220 GJ energiaa ja tuottaa 2,2 tonnia hiilidioksidipäästöjä (Northey et ai., 2014). Siksi meidän on löydettävä tehokkaampia ja ympäristöystävällisempiä tapoja valmistaa kuparifoliota.

Yksi mahdollinen ratkaisu on käyttää kierrätettyä kuparia kuparifolion valmistukseen. On raportoitu, että kierrätetyn kuparin tuotannon energiankulutus on vain 20 % primaarisen kuparin energiankulutuksesta ja se vähentää kuparimalmivarojen hyödyntämistä (UNEP, 2011). Lisäksi tekniikan kehittymisen myötä voimme kehittää tehokkaampia ja energiaa säästäviä kuparifolion valmistustekniikoita vähentäen entisestään niiden ympäristövaikutuksia.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kuparifolion valmistus ja valmistusprosessi on teknologia-ala täynnä haasteita ja mahdollisuuksia. Vaikka olemme edistyneet merkittävästi, työtä on vielä paljon tehtävänä varmistaaksemme, että kuparifolio täyttää päivittäiset tarpeemme samalla kun suojellaan ympäristöämme.