Effekten af iltindhold på egenskaberne af rent kobber
Ilt er et af de mest almindelige og indflydelsesrige urenhedselementer i rent kobber. Selv meget lave koncentrationer af ilt kan i væsentlig grad ændre kobbers fysiske, mekaniske, elektriske, termiske og procesegenskaber. I industriel produktion er iltindholdet normalt strengt kontrolleret i henhold til anvendelsesscenarier, og dets påvirkning afspejles hovedsageligt i følgende aspekter.
For det første har ilt en åbenlys effekt på den elektriske ledningsevne af rent kobber.
Kobberoxid dannet af oxygen og kobber er en halvlederforbindelse med meget højere resistivitet end kobbermatrix. Når ilt opløses i kobber i form af fast opløsning eller udfældes som kobberoxidpartikler ved korngrænser, vil det hindre bevægelsen af frie elektroner, øge elektronspredningen og dermed reducere den elektriske ledningsevne. Generelt set falder kobberets ledningsevne gradvist med stigningen i oxygenindholdet. For kobber med høj-ledningsevne, der anvendes i kabler, ledninger, motorer og transformere, skal oxygenindholdet være strengt begrænset, normalt kontrolleret under 10 ppm, ellers vil det direkte påvirke transmissionseffektiviteten og energiforbruget af elektriske produkter.
For det andet bestemmer iltindholdet den termiske ledningsevne af rent kobber.
I lighed med ledningsevnen vil eksistensen af oxygen og kobberoxid forstyrre udbredelsen af varmestrømmen i krystallen. Højt oxygenindhold reducerer kobbers termiske ledningsevne, hvilket gør det mindre egnet til varmeafledningskomponenter såsom køleplader, varmevekslere og elektroniske emballagematerialer. I modsætning hertil har lavt-ilt- eller oxygen--frit kobber ekstremt høj varmeledningsevne og kan hurtigt eksportere varme, hvilket er afgørende for høj-elektronisk og elektrisk udstyr.
For det tredje har oxygen en kritisk indvirkning på de mekaniske egenskaber af rent kobber, især plasticitet og sejhed.
Når iltindholdet er lavt, bevarer kobber stadig god duktilitet og formbarhed, velegnet til stempling, tegning, bukning og anden koldbearbejdning. Men når oxygen overskrider et vist interval, dannes et stort antal kobberoxidindeslutninger og sprøde faser ved korngrænser, hvilket reducerer kobbers plasticitet og slagfasthed betydeligt. Sådan kobber er tilbøjelig til intergranulær fraktur under forarbejdning, og overfladen er tilbøjelig til revner og appelsinskaldefekter. Samtidig vil styrken og hårdheden af kobber stige lidt med stigningen i oxygen, men dette er på bekostning af plasticitet, hvilket ikke er befordrende for dyb forarbejdning.
For det fjerde påvirker oxygenindholdet direkte svejseydelsen og varmbearbejdeligheden af rent kobber, hvilket også er et af de mest bekymrede problemer i industriel forarbejdning.
Kobber med højt oxygenindhold er meget let at producere brintskørhed under svejsning eller lodning. Brint i svejseatmosfæren eller flux reagerer med kobberoxid ved høj temperatur for at producere vanddamp. Et stort antal vanddampbobler samler sig inde i materialet, hvilket resulterer i mikro-revner og porer, som alvorligt reducerer fugens styrke og lufttæthed. Derfor er kobber med højt-iltindhold svært at svejse pålideligt, og det er også tilbøjeligt til at revne under varmvalsning, varmsmedning og anden termisk behandling. I modsætning hertil har oxygen-frit kobber eller lavt-ilt kobber fremragende svejseydelse og er meget udbredt i vakuumenheder, bølgeledere og præcisionssvejsedele.
Derudover påvirker oxygen også korrosionsbestandigheden og overfladekvaliteten af rent kobber.
Indeslutninger af kobberoxid er let at blive korrosionsinitieringspunkter, hvilket accelererer lokal korrosion, såsom grubetæring og intergranulær korrosion i fugtige, sure eller forurenede miljøer. Materialer med højt iltindhold er også sværere at opnå en glat og lys overflade under galvanisering, polering og andre overfladebehandlinger, og er tilbøjelige til pletter, gruber og dårlig vedhæftning af belægninger.
I industriel klassificering opdeles rent kobber ofte i oxygen-frit kobber (OF-Cu), lavt-ilt kobber og højt-ilt kobber alt efter oxygenindhold.
Ilt-frit kobber med oxygenindhold under 5 ppm har den bedste ledningsevne, termiske ledningsevne, plasticitet og svejseydelse og bruges inden for avanceret elektronik, rumfart og kommunikation. Kobber med lavt-iltindhold er meget brugt i daglige ledninger, kabler og hardware på grund af dets moderate omkostninger og ydeevne. Højt-ilt kobber bruges kun i tilfælde med lave krav til bearbejdning og ledningsevne, såsom nogle støbedele.
Sammenfattende
Oxygen er et dobbelt-element i rent kobber. For meget ilt vil skade elektrisk ledningsevne, termisk ledningsevne, plasticitet, svejseydelse og korrosionsbestandighed, mens ultra-lavt ilt er nøglen til at sikre høj-kobber. I produktion og anvendelse er nøjagtig styring af iltindhold et vigtigt middel til at balancere omkostninger, ydeevne og levetid for rene kobbermaterialer.
