1. Sammensætningskrav til kobber med høj-ledningsevne
Kobber med høj-ledningsevne refererer generelt til kobber med en elektrisk ledningsevne på ikke mindre end 100 % IACS (International Annealed Copper Standard). For at opfylde dette krav er streng kontrol med den kemiske sammensætning afgørende.
For det første skal basiskobberrenheden være tilstrækkelig høj. For standardkobber med høj-ledningsevne skal massefraktionen af kobber være mindst 99,90 %. For høj-elektroniske og elektriske applikationer er renheden ofte højere end 99,95 % eller når endda 99,99 %. Højere kobberrenhed reducerer elektronspredning forårsaget af urenheder og gitterdefekter, hvilket forbedrer ledningsevnen.
For det andet skal indholdet af skadelige urenhedselementer være strengt begrænset. Almindelige urenheder såsom fosfor, jern, svovl, oxygen, bly, vismut, antimon, arsen og nikkel reducerer den elektriske ledningsevne betydeligt.
Typiske sammensætningsgrænser for kobber med høj-ledningsevne omfatter:
Fosfor mindre end eller lig med 0,005 %
Jern mindre end eller lig med 0,005 %
Svovl mindre end eller lig med 0,005 %
Ilt Mindre end eller lig med 0,02 % (for oxygen-holdigt kobber) eller lavere for oxygen-frit kobber
Samlede ikke-kobberurenheder Mindre end eller lig med 0,05 %–0,10 %
Oxygen-frit kobber (OFC) kontrollerer yderligere oxygen under 0,001 % for at undgå skørhed og tab af ledningsevne under høj-temperaturbehandling.
2. Er højere kobberindhold altid bedre?
I rent kobber forbedrer højere kobberindhold den elektriske og termiske ledningsevne, men det er ikke altid bedre til alle applikationer.
Inden for et vist område reducerer øget kobberrenhed urenhedsspredning og forbedrer ledningsevnen betydeligt. Men for høj renhed giver problemer:
Omkostningerne stiger kraftigt, da ultra-høj rensning kræver komplekse processer såsom elektrolytisk raffinering og vakuumsmeltning.
Mekanisk styrke falder, fordi rent kobber er meget blødt og har lav hårdhed og slidstyrke.
I nogle tilfælde kan spor gavnlige elementer (såsom små mængder sølv eller cadmium i kontrollerede koncentrationer) forbedre styrken og blødgøringsbestandigheden uden alvorlig skade på ledningsevnen.
Derfor bør kobberrenhed vælges i henhold til faktiske behov. For eksempel bruger almindelige elektriske komponenter 99,90 %-99,95 % renhed, mens høj-signaler og ultra-præcisionsenheder kræver 99,99 % eller højere.
3. Virkninger af urenhedselementer på ledningsevne
Næsten alle urenhedselementer i fast opløsning eller udfældningsform reducerer den elektriske ledningsevne af rent kobber.
Opløselige urenheder (phosphor, jern, nikkel, arsen, antimon, bismuth) forvrænger kobbergitteret og spreder kraftigt elektroner, hvilket fører til et kraftigt fald i ledningsevnen. Selv 0,01% fosfor kan forårsage tydeligt ledningsevnetab.
Uopløselige eller svagt opløselige urenheder (bly, svovl) danner anden-fasepartikler ved korngrænser, hvilket øger elektronspredning og reducerer også ledningsevnen.
Ilt danner Cu₂O-partikler, som påvirker både ledningsevne og bearbejdningsydelse. Ilt-fri kobber bruges i specielle applikationer for at undgå disse effekter.
Generelt gælder det, at jo mindre forskellen i atomradius og opløselighedsforskellen mellem urenhed og kobber er, jo mindre er skaden på ledningsevnen; ellers er virkningen mere alvorlig. For applikationer med høj-ledningsevne er minimering af urenhedsindhold den mest effektive måde at sikre ydeevne på.
