[01420587]超高纯铝制备技术与装备

该项目属于有色金属及其合金材料领域。超高纯铝含铝量大于99.999wt.%(＞5N),具有优异的导电性、延展性和抗腐蚀性能。中国年产集成电路芯片超1000亿片、TFT-LCD液晶面板超2000万平方米，超高纯铝及其合金制作的溅射靶材不可或缺，用量5000吨以上；此外，用超高纯铝制造雷达罩和航天器关键部件用焊料、航空惯性制导陀螺仪屏蔽罩等关键零件，具有不可替代性。但长期以来，中国超高纯铝完全依赖进口，迫切需要发展自主知识产权的生产技术和装备，以打破国外垄断与技术壁垒。精铝含铝量约99.995wt.%(～4N5),不仅是制备超高纯铝的原料，也是一种广泛用于电子信息、航空航天、新能源等领域的基础原料，年需求量50万吨以上。只有用三层液法生产的精铝才能用作超高纯铝提纯的原料，但其能耗高、污染大、成本高，亟需发展新的精铝制备技术。十多年来，在973、863和国家自然科学基金等项目支持下，该项目组在铝的提纯理论和技术领域开展了深入系统的研究，重点攻克了超高纯铝提纯技术、提纯装备制造和精铝制备技术等难题，取得了如下创新结果：发明了超高纯铝定向凝固高效提纯技术：开发了促进胞状晶合并长大、减少晶界杂质驻留的变速生长控制技术；突破了液固界面前沿熔体强迫对流的电磁场控制技术，创建了液固界面前沿溶质富集层的杂质强化排出方法；发明了铸锭定向凝固温度场控制技术，实现了液固界面以近平面方式快速生长，提高了杂质偏析效果；使杂质平均去除效率从50%提高到73%以上。研制出国内首套超高纯铝真空提纯装备：建立了多因素温度-晶体生长速度自反馈闭环控制系统，开发了相应控制软件，实现了超高纯铝提纯设备的自动化控制；开发了液固界面位置精确控制技术，将电磁搅拃强作用区精确定位于液固界面前沿，保证了电磁搅拌对溶质富集层的高效减薄作用；规模生产出了纯度超过5N的超高纯铝锭。创建了“熔剂反应法+偏析法”双联工艺精铝制备技术：发明了去除原铝液中铁、硅、钛等杂质的反应熔剂，使原铝纯度达到了3N;提出了调节硅钒质量比减小钒元素分配系数的方法，解决了钒杂质偏析法无法去除的难题，通过偏析法将3N铝提纯到4N5;新工艺比三层液法能耗低近80%,成本低约50%。该项目共获得15项发明专利，5项实用新型专利和1项软件著作权登记，发表论文23篇。经中国有色金属工业协会组织的鉴定认为，“超高纯铝制备技术与装备，达到了国际先进水平”。研制的技术实现了4N5、5N、5N5和6N等系列产品的规模化生产。近三年新增产值8.4亿元，新增利润0.97亿元。产品已用于制备TFT-LCD和太阳能电池用溅射靶，通过了中国台湾、日本、美国客户的认证；用于制造中国航空惯性制导陀螺仪屏蔽罩、军用雷达罩焊料，品质优良、稳定可靠，为国防工业做出了贡献。该项目对提升中国超高纯铝和精铝制备技术水平，推动中国铝工业的转型升级具有重要意义。