1. Cerințe de compoziție pentru cuprul cu-conductivitate ridicată
Cuprul cu conductivitate ridicată se referă, în general, la cuprul cu o conductivitate electrică de nu mai puțin de 100% IACS (Standard internațional de cupru recoat). Pentru a îndeplini această cerință, este esențial un control strict al compoziției chimice.
În primul rând, puritatea de bază a cuprului trebuie să fie suficient de mare. Pentru cuprul standard de-conductivitate ridicată, fracția de masă a cuprului ar trebui să fie de cel puțin 99,90%. Pentru aplicațiile electronice și electrice de înaltă precizie-puritatea este adesea mai mare de 99,95% sau chiar ajunge la 99,99%. Puritatea mai mare a cuprului reduce împrăștierea electronilor cauzată de impurități și defectele rețelei, îmbunătățind astfel conductivitatea.
În al doilea rând, conținutul de elemente de impurități nocive trebuie să fie strict limitat. Impuritățile comune, cum ar fi fosforul, fierul, sulful, oxigenul, plumbul, bismutul, antimoniul, arsenul și nichelul reduc semnificativ conductivitatea electrică.
Limitele tipice de compoziție pentru-cupru de înaltă conductivitate includ:
Fosfor Mai mic sau egal cu 0,005%
Fier Mai puțin sau egal cu 0,005%
Sulf Mai mic sau egal cu 0,005%
Oxigen Mai mic sau egal cu 0,02% (pentru cuprul cu oxigen-) sau mai mic pentru cuprul fără oxigen-
Total de impurități care nu sunt de-cupru Mai puțin sau egal cu 0,05%–0,10%
Cuprul fără oxigen-(OFC) controlează în continuare oxigenul sub 0,001% pentru a evita fragilitatea și pierderea de conductivitate în timpul procesării la temperatură-înaltă.
2. Conținutul mai mare de cupru este întotdeauna mai bun?
În cuprul pur, conținutul mai mare de cupru îmbunătățește conductivitatea electrică și termică, dar nu este întotdeauna mai bun pentru toate aplicațiile.
Într-un anumit interval, creșterea purității cuprului reduce împrăștierea impurităților și îmbunătățește semnificativ conductivitatea. Cu toate acestea, puritatea excesiv de ridicată aduce probleme:
Costul crește brusc, deoarece purificarea ultra-înaltă necesită procese complexe, cum ar fi rafinarea electrolitică și topirea în vid.
Rezistența mecanică scade deoarece cuprul pur este foarte moale și are duritate scăzută și rezistență la uzură.
În unele cazuri, oligoelemente benefice (cum ar fi cantități mici de argint sau cadmiu în concentrații controlate) pot îmbunătăți rezistența și rezistența la înmuiere, fără a deteriora serios conductivitatea.
Prin urmare, puritatea cuprului trebuie selectată în funcție de nevoile reale. De exemplu, componentele electrice obișnuite folosesc o puritate de 99,90%–99,95%, în timp ce semnalele de înaltă-frecvență și dispozitivele de ultra-precizie necesită 99,99% sau mai mult.
3. Efectele elementelor de impuritate asupra conductibilității
Aproape toate elementele de impurități în soluție solidă sau sub formă de precipitare reduc conductivitatea electrică a cuprului pur.
Impuritățile solubile (fosfor, fier, nichel, arsen, antimoniu, bismut) distorsionează rețeaua de cupru și împrăștie puternic electronii, ducând la o scădere bruscă a conductibilității. Chiar și 0,01% fosfor poate provoca pierderi evidente de conductivitate.
Impuritățile insolubile sau slab solubile (plumb, sulf) formează particule de-faza a doua la granițele granulelor, crescând împrăștierea electronilor și, de asemenea, reducând conductivitatea.
Oxigenul formează particule de Cu₂O, care afectează atât conductivitatea, cât și performanța de procesare. Cuprul fără-oxigen este utilizat în aplicații speciale pentru a evita aceste efecte.
În general, cu cât diferența de rază atomică și diferența de solubilitate dintre impuritate și cupru este mai mică, cu atât este mai mică deteriorarea conductivității; în caz contrar, impactul este mai grav. Pentru aplicațiile cu-conductivitate ridicată, minimizarea conținutului de impurități este cea mai eficientă modalitate de a asigura performanța.
