Kuparikalvon tuotanto- ja valmistusprosessi

Kuparifolio, tällä näennäisesti yksinkertaisella ultraohokuparilevyllä, on erittäin herkkä ja monimutkainen valmistusprosessi. Tämä prosessi sisältää pääasiassa kuparin uuttamisen ja puhdistamisen, kuparikalvon valmistuksen ja jälkikäsittelyvaiheet.

Ensimmäinen vaihe on kuparin uuttaminen ja puhdistaminen. Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen (USGS) tietojen mukaan kuparimalmin globaali tuotanto oli 20 miljoonaa tonnia vuonna 2021 (USGS, 2021). Kuparimalmin louhinnan jälkeen voidaan saada vaiheiden, kuten murskaamisen, hionnan ja vaahdotuksen, kautta, kuparikonsentraatti, jolla on noin 30% kuparipitoisuutta. Nämä kuparikonsentraatit käyvät sitten puhdistusprosessin, mukaan lukien sulatus, muunnin jalostus ja elektrolyysi, jolloin lopulta tuottavat elektrolyyttisen kuparin, jonka puhtaus on jopa 99,99%.

Seuraavaksi tulee kuparikalvon valmistusprosessi, joka voidaan jakaa kahteen tyyppiin valmistusmenetelmästä riippuen: elektrolyyttinen kuparikalvo ja valssattu kuparikalvo.

Elektrolyyttinen kuparikalvo valmistetaan elektrolyyttisen prosessin kautta. Elektrolyyttisessä kennossa kuparianodi liukenee vähitellen elektrolyytin ja virran ohjaaman kupari -ionien alle katodia kohti ja muodostavat kupariesiintymiä katodin pinnalle. Elektrolyyttisen kuparikalvon paksuus vaihtelee yleensä 5 - 200 mikrometriä, joita voidaan tarkasti ohjata painetun piirilevyn (PCB) -tekniikan (YU, 1988) tarpeiden mukaan.

Toisaalta valssattu kuparikalvo valmistetaan mekaanisesti. Alkaen kuparilevystä useita millimetrejä paksu, se ohennetaan vähitellen rullaamalla, tuottaen lopulta kuparikalvon, jonka paksuus on mikrometrin tasolla (Coombs Jr., 2007). Tämän tyyppisellä kuparikalvolla on tasaisempi pinta kuin elektrolyyttisen kuparikalvon, mutta sen valmistusprosessi kuluttaa enemmän energiaa.

Kun kuparikalvo on valmistettu, sen on yleensä suoritettava jälkikäsittely, mukaan lukien hehkutus, pintakäsittely jne., Sen suorituskyvyn parantamiseksi. Esimerkiksi hehkutus voi parantaa kuparikalvon taipuisuutta ja sitkeyttä, kun taas pintakäsittely (kuten hapettuminen tai pinnoite) voi parantaa kuparikalvon korroosionkestävyyttä ja tarttumista.

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka kuparikalvon tuotanto- ja valmistusprosessi on monimutkainen, tuotetuotannolla on syvällinen vaikutus nykyaikaiseen elämäämme. Tämä on osoitus teknologisesta kehityksestä, joka muuttaa luonnonvarojen korkean teknologian tuotteet tarkan valmistustekniikan avulla.

Kuparikalvon valmistusprosessi tuo kuitenkin myös joitain haasteita, mukaan lukien energiankulutus, ympäristövaikutukset jne. Raportin mukaan, yhden tonnin kuparin tuotanto vaatii noin 220 gj energiaa ja tuottaa 2,2 tonnia hiilidioksidipäästöjä (Northey et al., 2014). Siksi meidän on löydettävä tehokkaampia ja ympäristöystävällisempiä tapoja tuottaa kuparikalvoa.

Yksi mahdollinen ratkaisu on käyttää kierrätettyjä kuparia kuparikalvon tuottamiseen. On todettu, että kierrätetyn kuparin tuottamisen energiankulutus on vain 20% primaarisen kuparista, ja se vähentää kuparimalmivarojen hyödyntämistä (UNEP, 2011). Lisäksi tekniikan edistymisen myötä voimme kehittää tehokkaampia ja energiaa säästävää kuparikalvon valmistustekniikoita vähentäen niiden ympäristövaikutuksia edelleen.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kuparikalvon tuotanto- ja valmistusprosessi on teknologinen ala, joka on täynnä haasteita ja mahdollisuuksia. Vaikka olemme edistyneet huomattavasti, on vielä paljon työtä sen varmistamiseksi, että kuparikalvo voi vastata päivittäisiin tarpeemme samalla kun suojataan ympäristöämme.