1. Требования к составу меди с высокой-проводимостью
Медь с высокой-проводимостью обычно подразумевает медь с электропроводностью не менее 100 % IACS (Международный стандарт на отожженную медь). Для удовлетворения этого требования необходим строгий контроль химического состава.
Во-первых, чистота базовой меди должна быть достаточно высокой. Для стандартной меди с высокой-проводимостью массовая доля меди должна составлять не менее 99,90%. Для высокоточных-электронных и электрических приложений чистота часто превышает 99,95 % или даже достигает 99,99 %. Более высокая чистота меди уменьшает рассеяние электронов, вызванное примесями и дефектами решетки, тем самым улучшая проводимость.
Во-вторых, содержание вредных примесных элементов должно быть строго ограничено. Обычные примеси, такие как фосфор, железо, сера, кислород, свинец, висмут, сурьма, мышьяк и никель, значительно снижают электропроводность.
Типичные ограничения на состав меди с высокой-проводимостью включают:
Фосфор Меньше или равно 0,005%
Железо Меньше или равно 0,005%
Сера Меньше или равно 0,005%
Кислород Менее или равно 0,02 % (для кислородсодержащей-меди) или ниже для бескислородной-меди
Общее количество примесей, отличных от-меди Меньше или равно 0,05–0,10 %.
Бескислородная-медь (OFC) дополнительно контролирует содержание кислорода ниже 0,001 %, чтобы избежать хрупкости и потери проводимости во время-высокотемпературной обработки.
2. Всегда ли более высокое содержание меди лучше?
В чистой меди более высокое содержание меди улучшает электро- и теплопроводность, но не всегда лучше для всех применений.
В определенном диапазоне увеличение чистоты меди уменьшает рассеяние примесей и значительно улучшает проводимость. Однако чрезмерно высокая чистота приносит проблемы:
Стоимость резко возрастает, поскольку сверх-высокая очистка требует сложных процессов, таких как электролитическая очистка и вакуумная плавка.
Механическая прочность снижается, поскольку чистая медь очень мягкая, имеет низкую твердость и износостойкость.
В некоторых случаях микроэлементы полезных элементов (например, небольшое количество серебра или кадмия в контролируемых концентрациях) могут улучшить прочность и устойчивость к размягчению без серьезного повреждения проводимости.
Поэтому чистоту меди следует выбирать в соответствии с реальными потребностями. Например, для обычных электрических компонентов требуется чистота 99,90–99,95 %, тогда как для высокочастотных сигналов и сверх-прецизионных устройств требуется 99,99 % или выше.
3. Влияние примесных элементов на проводимость.
Практически все примесные элементы в виде твердых растворов или осадков снижают электропроводность чистой меди.
Растворимые примеси (фосфор, железо, никель, мышьяк, сурьма, висмут) искажают решетку меди и сильно рассеивают электроны, что приводит к резкому падению проводимости. Даже 0,01% фосфора может привести к явной потере проводимости.
Нерастворимые или слаборастворимые примеси (свинец, сера) образуют частицы второй-фазы на границах зерен, увеличивая рассеяние электронов, а также снижая проводимость.
Кислород образует частицы Cu₂O, которые влияют как на проводимость, так и на производительность обработки. Чтобы избежать этих эффектов, в специальных применениях используется-бескислородная медь.
В общем, чем меньше разница атомных радиусов и разница растворимости между примесью и медью, тем меньше повреждение проводимости; в противном случае воздействие будет более серьезным. Для приложений с высокой-проводимостью минимизация содержания примесей является наиболее эффективным способом обеспечения производительности.
